2024年高等教育工学类自考-02200现代设计方法考试近5年真题附答案

（图片大小可自由调整）2024年高等教育工学类自考-02200现代设计方法考试近5年真题荟萃附答案第I卷一.参考题库(共100题)1.梯度方向是指（）增长最快的方向。2.实验测试了自变量为3，4，5，6，7，8时的函数值，现要用抛物线插值法计算5.3处的函数值，选择下列哪组自变量及其对应的函数值进行插值计算较为合理（）A、3，4，5B、4，5，6C、5，6，7D、6，7，83.写出n元函数的泰勒展开式。4.请简述现代CAD技术的概念。5.在单峰搜索区间[a，b]内，任取两个试算点a1，a2，若两点的函数值F（a1）>F（a2），则缩小后的区间为（）6.世界坐标系是一个符合右手定则的直角坐标系，世界坐标系也称为（）坐标系。7.若函数F（x）在Dl上具有连续二阶导数（D是Dl内部的凸集），则F（x）为D上的凸函数的充分必要条件是F（x）的Hessian矩阵（）A、半正定B、正定C、半负定D、负定8.简述数值计算的迭代方法特点。9.有限元方法可以用来解决工程实际中的许多问题，这些问题主要可以分成三类：平衡或稳态问题，（）问题和瞬态问题。10.优化设计的数学模型的基本组成要素是（）A、设计变量，目标函数，约束条件B、设计变量，目标函数C、设计空间，目标函数，约束条件D、设计变量，约束条件11.写出n元函数的海赛矩阵。12.一般机械产品的可靠性设计程序分哪几个阶段？13.最优化问题，按是否包含有约束条件分为（）和（）。14.什么是约束条件？约束条件和可行域有何关系？15.对于一个无约束优化问题，若设计变量很多（n>20），且每一步的Hessian矩阵求解很费时间，则下列方法对于该类问题较为适用的是（）A、拟牛顿法B、变尺度法C、罚函数法D、复合形法16.可靠性设计的内容包括（）和（）。17.什么是可靠度？系统的可靠性预测和可靠性分配有何不同？18.CAD系统分类中的集中式主机系统有什么优缺点？19.CAD技术在机械工业中的应用主要有哪几方面？20.海赛（Hessian）矩阵21.有限元法的前处理主要包括哪些内容？22.当零件材料的强度的标准差增加时，零件的可靠度（）A、提高B、降低C、不变D、难以确定23.二维图形比例变换矩阵中，可有（）A、a=0，d=1B、a=1，d=0C、a=d=1D、a=d=024.画出梯度法流程图。25.简述用有限元方法求解问题的基本步骤。26.传统CAD涉及以哪些基础技术？27.根据强度—应力干涉理论可以判定，当强度均值r等于应力均值s时，则零件可靠度R的值（）A、小于0.5B、大于0.5C、等于0.5D、等于128.某系统由3个子系统串联组成，若该系统的可靠度为0.729，且每个子系统的可靠度相等，则该子系统的可靠度为（）A、0.8B、0.9C、0.95D、129.一光栅扫描显示器的分辨率为1024×768×8，其中8表示（）A、彩色显示器有8种颜色B、单色显示器有8种灰度级C、每个像素点用8位2进制表示D、8个帧缓冲存储器30.下列优化方法中，其处理方法是将有约束优化问题转化为无约束优化问题来处理的是（）A、复合型法B、共轭梯度法C、变尺度法D、罚函数法31.划分单元时应注意哪些问题。32.设计数据处理的常用方法有哪些？33.平面刚架结构中的某杆单元局部编码依次对应的总体编码为8，4，则单元刚度矩阵中的元素k24应放入总体刚度矩阵[K]中的第（）A、8行4列B、4行8列C、10行23列D、23行10列34.可靠性尺度包括（）、失效率、平均寿命、有效寿命、维修度、有效度、重要度等。35.常用的一维最优化方法有黄金分割法和（）。36.按目标函数和约束函数的性质可分（）和（）。37.进行有限元分析时，刚度矩阵中的某元素为Kij，它的物理意义可表述为（）A、在i自由度方向产生单位位移时，需要在j自由度方向施加的力B、在j自由度方向产生单位位移时，需要在i自由度方向施加的力C、在i自由度方向产生单位位移时，需要在i自由度方向施加的力D、在j自由度方向产生单位位移时，需要在j自由度方向施加的力38.试简述编码剪裁（Cohen-Sutherland）算法的基本原理。39.抽取100只灯泡进行实验，灯泡工作到50小时有12只损坏，工作到70小时有20只损坏，从50小时到70小时这段时间内灯泡的平均失效密度是（）A、0.006B、0.004C、0.0140.对结构进行有限元分析时，结构所受的载荷可以分为节点载荷和非节点载荷，对于（）载荷需要进行载荷的移置处理。41.对平面桁架结构进行有限元分析，单元局部坐标系下的刚度矩阵的阶数为（）阶矩阵。42.CAD系统中，滚筒式绘图仪是一种（）设备。43.在有限元分析时，何谓对称结构？一般如何处理？44.采用杆单元进行平面刚架有限元分析，杆单元的一端具有（）A、两个自由度B、三个自由度C、四个自由度D、六个自由度45.CAD系统中，支撑用户进行CAD工作的通用性功能软件是（）A、系统软件B、支撑软件C、专用操作软件D、专用应用软件46.无约束优化方法分为哪两类？47.优化设计的数学模型三要素是。48.在CAD作业过程中，人与计算机必须密切合作，在以下几个方面中人起主导作用的是（）A、逻辑控制B、信息存储与检索C、分析与计算D、图形处理与作图49.平面桁架结构中的杆单元，在局部坐标系下的单元位移分量个数为（）A、2B、4C、6D、850.简述什么是梯度？梯度的基本性质。51.有限元分析过程中，如何决定单元数量？52.功能元优选原则是怎样的。53.下列方法中属于利用目标函数的导数构造搜索方向的优化方法有（）A、坐标轮换法B、梯度法C、单纯形D、Powell法E、变尺度法54.机电产品零件失效率曲线有（）区域、正常工作区域、（）区域。55.对于n维优化问题，采用复合形法寻优，所构造的复合形的顶点个数不能少于（）A、n个B、n一1个C、n+1个D、2n个56.偏导数、方向导数都是研究某点沿给定方向的（）。57.常用的三种功能元是哪些？58.按Cohen—Sutherland编码裁剪算法剪裁线段，当线段一个端点的编码为0100，则该端点位于窗口（）A、下边B、上边C、左边D、右边59.说明消隐算法中的分段扫描线算法的原理。60.简述有限元分析结果的后处理。61.机械系统可靠性优化设计的3种实现策略分别是（）、（）、（）。62.有限元位移法中单元分析的主要内容由节点位移求内部任一点的位移，由节点位移求单元应变，应力和（）。63.平面桁架结构中的杆单元，每个单元中的位移分量个数为（）A、2B、3C、4D、664.在消隐处理中“面的可见性测试”适用何种情况的测试？说明其具体测试方法。65.简述最优分配法的原理及特点。66.简述什么是优化设计？下降迭代算法的构成需要解决哪几个基本问题？67.梯度法与变尺度法所具有的收敛性分别为（）A、一次收敛性.一次收敛性B、二次收敛性.二次收敛性C、一次收敛性.二次收敛性D、二次收敛性.一次收敛性68.对一个具体结构进行有限元分析，在划分节点和单元时，所划分单元的数量取决于要求的精度、单元的（）和自由度的数量。69.在消阴处理中，进行极大／极小检验，如果两个物体的投影不满足极大／极小条件，则两个物体之间（）A、相互完全遮挡B、部分相互遮挡C、相互不遮挡D、遮挡关系不确定70.单元刚度矩阵具有对称性、（）性和奇异性。71.在Cohen--Sutherland编码裁剪算法中，线段端点的编码是采用二进制编码的，它所采用的二进制数的位数为（）A、2位B、3位C、4位D、5位72.系统的可靠度取决于组成系统的各零部件的可靠度和（）两个因素。73.简述设计资料处理的程序化方法中常用的两种处理方法。74.如何提高光栅扫描显示器的分辨率？75.结合实际应用，说明CAD的工作过程。76.设备坐标系的维数一般为（）A、一维B、二维C、三维D、四维77.产品工作到t时刻后的单位时间内发生失效的概率称为（）A、平均寿命B、平均失效密度C、平均可靠度D、平均失效率78.用有限元方法求解问题获得的解属于（）A、近似解B、精确解C、解析解D、半解析解79.黄金分割法中，每次缩短后的新区间长度与原区间长度的比值始终是一个常数，此常数是（）。80.请简述梯度法和共轭梯度法的特点。81.工程设计的参数一般可分为几何参数和（）两种类型。82.按照强度一应力干涉理论，传统设计中，当零件的平均安全系数为1时，零件的可靠度为（）。83.CAD的外部设备要通过各种接口与计算机相连，以下设备一般是通过标准接口RS-232C与计算机相连的是（）A、显示器B、扫描仪C、数字化仪D、键盘E、打印机84.标准件的图形构成分为四个层次：A类构件、B类构件、K类整件、G类组件，其中最基本的单元是（）。85.求解等式约束优化问题的两种处理方法。86.在工程设计的CAD作业中，一般对以线图形式给出的系数或参数如何处理？87.在内点罚函数法中，初始罚因子的大小对优化计算过程有何影响？88.下列特性中，梯度法不具有的是（）A、二次收敛性B、要计算一阶偏导数C、对初始点的要求不高D、只利用目标函数的一阶偏导数值构成搜索方向89.简述可靠性设计传统设计方法的区别。90.简述平面应力和平面应变问题的区别。91.一隔行扫描光栅显示器的水平扫描频率为15600Hz，垂直扫描频率为50Hz，则该显示器垂直方向上的水平扫描线数为（）A、50条B、312条C、614条D、15600条92.简述库恩—塔克（K-T）条件。93.若把平面应力问题的弹性矩阵改成平面应变问题的弹性矩阵，只需将（）A、E换成E／（1-μ），μ换成1／（1-μ）B、E换成E／（1-μ2），μ换成1／（1-μ）C、E换成E／（1-μ2），μ换成μ／（1-μ）D、E换成E／（1-μ），μ换成μ／（1-μ）94.在有限元方法中，求总体刚度矩阵的方法主要有两种，其中一种方法是利用刚度系数集成的方法获得总体刚度矩阵的，该方法应用了（）原理。95.要将一个有约束问题的求解转化为一系列无约束问题的求解，可以选择（）A、复合形法B、简约梯度法C、罚函数法D、共轭梯度法96.简述强度—应力干涉理论中“强度”和“应力”的含义，试举例说明之。97.简述可靠度分配中的等同分配法与加权分配法的主要区别。98.简述三维建模中表面几何模型的主要特点。99.CAD一词已经成为世界通用的名词，它是指（）A、计算机辅助工程B、计算机辅助制造C、计算机辅助设计D、计算机辅助工艺规程设计100.500只灯泡工作200小时后，发现有30只损坏，此时这批灯泡的存活频率为（）A、0.06B、0.94C、0.3D、0.15第I卷参考答案一.参考题库1.参考答案：函数值2.参考答案：C3.参考答案：4.参考答案：现代CAD技术是指在复杂的大系统环境下，支持产品自动化设计的设计理论和方法，设计环境，设计工具各相关技术的总称，它们能使设计工作实现集成化，网络化和智能化，达到提高产品设计质量，降低产品成本和缩短设计周期的目的。5.参考答案：[a1，b]6.参考答案：用户7.参考答案：C8.参考答案：①是数值计算而不是用数学分析方法；②具有简单的逻辑结构并能进行反复的同样的算术运算；③最后得出的是逼近精确解的近似解。9.参考答案：特征值10.参考答案：A11.参考答案：12.参考答案： 一般机械产品的可靠性设计程序，可大致分为以下几个阶段： （1）方案论证阶段：确定可靠性指标，对可靠性和成本进行估算分析； （2）审批阶段：对可靠度及其增长初步评估、验证试验要求、评价和选择试制厂家； （3）设计研制阶段：主要进行可靠性预测、分配和故障模式及综合影响分析，进行具体结构设计； （4）生产及试验阶段：按规范进行寿命试验、故障分析及反馈、验收试验等； （5）使用阶段：收集现场可靠性数据，为改型提供依据。13.参考答案：无约束优化问题；约束优化问题14.参考答案： 设计变量的取值范围有限制或必须满足一定的条件，对设计变量取值的限制称为约束条件。 不等式约束条件将设计空间划分为可行域和非可行域，设计方案只能在可行域内选取。 等式约束条件只允许设计方案在可行域的等式约束线（或面）上选取。15.参考答案：B16.参考答案：可靠性预测；可靠性分配17.参考答案： 1、可靠度是产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。 2、系统的可靠性预测和系统的可靠性分配的区别是：系统的可靠性预测是按系统的组成形式，根据已知的单元和子系统的可靠度计算求得的；系统的可靠性分配是将已知系统的可靠性指标合理地分配到其组成的各子系统和单元上去，从而求出各单元应具有的可靠度。18.参考答案： 优点：一个集中的数据库统一管理所有数据。 缺点： 1、由于所有软件都存在主机里，一旦主机失误，将影响用户的工作。 2、当计算量过大时，系统响应变慢，甚至于会出现个别终端等待现象。19.参考答案： 1、二维绘图。 2、图形及符号库。 3、参数化设计。 4、三维造型。 5、工程分析。 6、设计文档和生产报表。20.参考答案：函数F（X）在（）kX点的二阶偏导数矩阵，常用H（X）表示，这个矩阵是对称矩阵。21.参考答案： （1）单元的自动分割生成网格。 （2）节点的自动优化编码。 （3）使用图形系统显示单元分割情况。 （4）带宽优化。 （5）节点坐标的确定。 （6）检查单元分割的合理性。 （7）局部网格的自适应加密。 （8）有限元模型的尺寸优化。22.参考答案：B23.参考答案：C24.参考答案：25.参考答案： 用有限元方法求解问题的基本步骤如下： （1）对整个结构进行简化，并进行离散化； （2）求出单元的刚度矩阵； （3）集成总体刚度矩阵； （4）处理非节点载荷，引入支承条件； （5）写出总体平衡方程； （6）求出各节点的位移； （7）求出各单元内的应力和应变； （8）分析结果的合理性。26.参考答案： 1、处理技术，如自动绘图，几何建模，图形仿真及其他图形输入，输出技术。 2、分析技术，如限元分析，优化设计及面向各种专业的工程分析等。 3、数据管理与数据交换技术，如数据库管理，产品数据管理，产品数据交换规范及接口技术等。 4、文档处理技术，如文档制作，编辑及文字处理等。 5、软件设计技术，如窗口界面设计，软件工具，软件工程规范等。27.参考答案：C28.参考答案：B29.参考答案：C30.参考答案：D31.参考答案：（1）单元各边不要相差太大。 （2）单元的大小要根据计算精度和计算成本来确定。 （3）单元疏密要按应力（场）的梯度变化分布。 （4）注意单元的界面布置。32.参考答案： 通常对设计数据处理的方法有以下两种： （1）将设计数据转变为程序，即程序化。采取编程的方法对数表及图线进行处理，通常不外乎两种方法： 第一，采用数组存储在程序中，用查表、插值的方法检索所需数据； 第二，拟合成公式编入程序，由计算获得所需数据； （2）利用数据库管理设计数据。将数表中的数据或线图经离散化后的数据按规定的格式存放在数据库中，由数据库自身进行管理，独立于应用程序，因此，可以被应用程序所共享。33.参考答案：D34.参考答案：可靠度35.参考答案：二次插值法36.参考答案：线性规划；非线性规划37.参考答案：B38.参考答案： 将窗口的四个边界向两边延伸，把平面分成9个区域，每个区域用四位二进制表示； 线段的端点落在哪个区域则端点的编码就与该区的编码相同； 如果线段两端点的编码都为“0000”，则线段位寺窗口内；如果线段两端点编码的逻辑乘不为“0000”，则线段位于窗口外； 如果线段不能用上述方法测试决定，则将线段分割，然后用上述方法判断。39.参考答案：C40.参考答案：非节点41.参考答案：2×242.参考答案：绘图43.参考答案： 当结构的几何形状、尺寸、载荷和约束条件对称于某一平面（对平面问题对称于某一直线），其结构内部的应力及位移也对称于该平面（线），这类结构称为对称结构。 对于对称结构一般按如下方法处理：当对称结构只有一个对称平面（线）时，只研究它的一半。若对称结构有两个相互垂直的对称平面（线）时，则只研究它的四分之一。44.参考答案：B45.参考答案：B46.参考答案： 无约束优化方法分为两类： 第一类：直接解法。这种方法中只用到函数f（x），而不涉及其导数，如坐标轮换法、鲍威尔法（Powell法）、随机搜索法、单纯形法等； 第二类：间接解法。它要用到f（x）的导数，如用到一阶导数的方法有梯度法、共扼梯度法和变尺度法；用到二阶导数的方法以牛顿法为代表。间接解法也称为解析法。47.参考答案：设计变量、目标函数、约束条件。48.参考答案：A49.参考答案：A50.参考答案： 函数在点X（K）的梯度是由函数在该点的各个一阶偏导数组成的向量，即为一个列向量，可用行向量的转置来表示： 梯度的基本性质为： （1）函数在一点的梯度是一个向量。梯度的方向是该点函数值上升得最快的方向，梯度的大小就是它的模长。 （2）一点的梯度方向与过该点的等值线或等值面的切线或切平面相垂直的方向或等值面的法线方向。 （3）梯度是函数在一点邻域内局部性态的描述。在—点上升得快的方向不—定上升得快，甚至可能下降。51.参考答案：单元数量取决于要求的精度、单元的尺寸、以及自由度的数量，虽然，单元的数量越多精密度越高，但是也存在一个界限，超过这个值，精度的提高就不明显。单元数量大，自自由度数也越大，计算机内存量有时会不够。52.参考答案：①相容性：各功能元必须相容，否则不予组合。 ②优先选用分功能较佳的解。 ③剔除不满足设计要求和约束的解或不满意的解。53.参考答案：B,E54.参考答案：早期失效；功能失效55.参考答案：C56.参考答案：变化率57.参考答案：物理功能元、逻辑功能元、数学功能元。58.参考答案：A59.参考答案： 分段扫描线算法的原理为： 扫描线算法通过计算每一行扫描线与各物体在屏幕上投影之间的关系来确定该行的有关显示信息。 每条扫描线被各多边形边界在xy平面上的投影分割成若干段，在每段中最多只有一个多边形是可见的。 只要在段内任一点处，找出在该处Z值最大的一个多边形，这个段上的每个象素点就用这个多边形的颜色来填充。60.参考答案：后处理所显示的结果主要有两类：意识结构的变形，另一类是应力和应变在结构中分布的情况。一般用结构的三维线框图，采用与结构不同的比例尺，放大地显示其变形的情况，在受动载荷时，也可用动画显示其振动的形态。结构中应力、应变或唯一的分布用云图或等值线图来显示。61.参考答案：耦合优化策略；分解协调优化策略；分散优化策略62.参考答案：节点力63.参考答案：C64.参考答案： “面的可见性测试”适用于单凸物体的自隐藏线和自隐藏面的消隐测试。 “面的可见性测试”也称为法线方向测试。它利用面的法线矢量和视线矢量之间夹角的大小判别面的可见性。 欲判别某个面的可见性，则先做该面的法线，法线矢量垂直于物体表面且指向物体的外部为正方形；再从观察者的视点处向该面引视线矢量，视线矢量从视点指向物体方向为正方向；然后计算法线矢量和视线矢量的夹角，夹角大于90度，面可见，夹角小于90度，面不可见。65.参考答案： 最优分配法是将系统的成本、重量、体积或研制周期等影响因素作为目标函数，而将可靠度作为约束条件或将可靠度作为目标函数，而将影响因素作为约束条件进行可靠度分配。 特点：全面考虑各种因素的影响，采用优化方法分配可靠度。66.参考答案： 1、优化设计是指，将工程设计问题转化为最优化问题，利用数学规划方法，借助电子计算机高速度、高精度和大储存量的运算处理能力，从满足设计要求的一切可行方案中自动寻求最佳设计方案的设计方法。 2、下降迭代算法的构成需要解决以下三个基本问题：选择搜索方向，确定步长因子，给定收敛准则。67.参考答案：C68.参考答案：尺寸69.参考答案：D70.参考答案：分块71.参考答案：C72.参考答案：零部件的组成方式73.参考答案： 程序化方法常用的两种处理方法为：存储查表法和经验公式法。 存储查表法，是将数表中的数据或线图经离散化后存入计算机，用查表、插值等方法检索所需要数据。 经验公式法，是将数表中的数据或线图拟合成公式编入程序计算出所需要的数据。74.参考答案： 为了提高图形的清晰度，应增加扫描线的线数。 有两个方法可供选择： 1、在水平扫描频率不变的前提下把水片扫描线数量增加一倍。 2、采用逐行扫描但水平扫描频率增高。75.参考答案： CAD的工作过程为： 1、通过CAD系统人机交互界面输入设计要求，构造出设计产品的几何模型，并将相关信息存贮于数据库中； 2、运用计算方法库的计算分析：包括有限元分析和优化设计，同时确定设计方案和零部件的性能参数； 3、通过人机交互方式，对设计结果进行评价决策和实时修改，直至达到设计要求为止，利用图形库支持工具，绘制所需图形，生成各种文档； 4、设计结果可直接进入CAPP和CAM阶段。76.参考答案：B77.参考答案：D78.参考答案：A79.参考答案：0.61880.参考答案： （1）梯度法的特点： 1、梯度法理论明确，程序简单，计算量和存储量较少，对初始点的要求不严格。 2、负梯度方向不是理想的搜索方向，梯度法也不是一种理想的方法，梯度法的收敛速度并不快。 3、梯度法的迭代全过程的搜索路线呈锯齿状。 （2）共轭梯度法的特点： 1、全局收敛（下降算法），线性收敛； 2、每步迭代只需存储若干向量（适用于大规模问题）； 3、有二次终结性（对于正定二次函数，至多n次迭代可达opt.）81.参考答案：物理参数82.参考答案：0.583.参考答案：B,C84.参考答案：A类85.参考答案：消元法（降维法）和拉格朗日乘子法（升维法）。86