2024年高等教育工学类自考-02200现代设计方法考试近5年真题集锦（频考类试题）带答案

（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年真题集锦（频考类试题）带答案第I卷一.参考题库(共100题)1.建立数学模型有哪三个基本步骤？2.固定视区参数、放大窗口，则显示的图形将（）。3.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、84.由三个相同的元件组成的并联系统，系统正常工作的条件是至少有两个元件处于正常工作状态，每个元件的可靠度为R=0.9，则系统的可靠度为（）A、0.972B、0.99C、0.9995.若产品的平均寿命等于失效率的倒数则产品的寿命服从（）A、正态分布B、泊松分布C、指数分布D、二项分布6.平面刚架单元的刚度矩阵与下列因素无关的是（）A、材料的弹性模量B、杆件的横截面面积C、杆件的长度D、材料的泊松化7.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8.在有限元分析时，何谓对称结构？一般如何处理？9.并联系统的可靠度比组成该系统的零件的可靠度（）A、底B、高C、相等D、不确定10.平面刚架结构中的杆单元，单元刚度矩阵的阶数为（）A、2*2B、3*3C、4*4D、6*611.在CAD使用中，为了方便定义图形通常采用不同坐标系，在以下坐标系中，坐标系的定义域是连续且无界的是（）A、世界坐标系B、显示器坐标系C、规格化设备坐标系D、绘图仪坐标系12.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13.CSG方法是三维造型中经常使用的方法，下列不是CSG方法直接存储的信息的是（）A、基本型体的类型B、基本型体的参数C、采用的拼合运算D、基本型体的表面信息14.简述求解优化问题的图解法基本步骤。15.传统CAD涉及以哪些基础技术？16.在以样本数据估计母体可靠度时，如果a变大，则估计的可靠性（）A、降低B、不变C、增大D、无法判断17.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18.简述可靠性的重要意义。19.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20.在现有的有限元分析程序中，其前处理程序一般包含哪些主要功能？21.试述可靠性的定义及机械可靠性设计方法的主要特征。22.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（）。23.某产品的寿命服从指数分布，若知其失效率λ＝0.002，则该产品的平均寿命为（）A、200B、1000C、500D、200024.试简述编码剪裁（Cohen-Sutherland）算法的基本原理。25.功能元优选原则是怎样的。26.单元刚度矩阵所具有的共同特性是什么？解释产生这些特性的力学上的原因。27.下降迭代算法的收敛准则有哪些？28.机电产品零件失效率曲线有（）区域、正常工作区域、（）区域。29.已知变换矩阵，则图形将在（）A、X方向放大2倍B、Y方向放大2倍C、X方向平移2D、Y方向平移230.平面刚结构中，某单元局部编码依次对应的总体编码为3，11，则单元刚度矩阵中的元素K53应放人总体剐度矩阵中的（）A、9行32列B、32行9列C、8行33列D、33行18列31.可靠性分配需考虑哪些因素？32.现代设计所指的全新理论与方法是什么？33.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。34.对于n维二次正定函数，用Powell法要达到函数极值点，需使用（）个共扼方向。35.海赛（Hessian）矩阵36.机械系统可靠性优化设计的3种实现策略分别是（）、（）、（）。37.按目标函数和约束函数的性质可分（）和（）。38.对于平面刚架问题，如何将整体坐标系的单元刚度集成为总体刚度矩阵？39.在进行图形处理时，为什么要引入规格化设备坐标系？40.当有两个设计变量时，目标函数与设计变量之间的关系是（）中的一个曲面。41.简述有限元分析结果的后处理。42.试述方向导数与梯度的关系。43.现代设计方法指的是？主要包括哪些？44.下列设备不属于CAD作业输入设备的，有（）A、绘图仪B、键盘C、数字化仪D、光笔45.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46.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47.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（）。48.可靠性设计的内容包括（）和（）。49.建立优化设计的数学模型的基本步骤。50.梯度法的基本原理和特点是什么？试写出其流程。51.对于三分之二表决系统而言，下列说法正确的有（）A、该系统只有4种能正常工作的情况B、该系统属于广义的工作冗余系统C、该系统属于非工作冗余系统D、若各零件服从参数为λ的指数分布，则系统的平均寿命为E、该系统能正常工作的情况大于452.单元刚度矩阵的推导是有限元方法中的关键环节，一般可采用直接法、变分法和（）法来确定。53.一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54.工程数据处理中，使用线性插值法完成（）A、一元插值B、二元插值C、曲线拟合D、曲线绘制55.有限元分析中，为什么要引入支撑条件？56.请写出梯度法的迭代公式。57.在消隐处理中，当进行平面可见性测试时，若该面可见，则该平面的法线矢量与视线矢量之间的夹角（）A、小于90°B、大于90°C、小于180°D、大于180°58.写出n元函数的海赛矩阵。59.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60.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61.对比传统机械设计与现代机械设计的区别。62.简述库恩—塔克（K-T）条件。63.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。64.消隐算法中的基本测试方法有哪些？各适合哪些方面的测试？65.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66.什么是约束条件？约束条件和可行域有何关系？67.简述平面应力和平面应变问题的区别。68.等值线有哪些特点？69.某刚架单元两节点对应的总体编码为5和3，则局部座标系下的单元刚度系数k在总体刚度矩阵中的位置为（）A、第5行第3列B、第14行第3列C、第5行第14列D、第14行第14列70.优化设计的数学模型通式。71.在平面应变问题中，沿轴线方向（）A、应变、应力都为零B、应力为零，但应变不为零C、应变为零，但应力不为零D、应变、应力都不为零72.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？73.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。74.参数化绘图在定义图形时关键是利用了图形的（）A、相似性B、多样性C、个别性D、特殊性75.通过矩形窗口与矩形视区的匹配，可以实现图形的（）A、放大B、缩小C、锗切D、摇视E、平移76.串联系统的失效模式大多服从（）A、正态分布B、对数正态分布C、指数分布D、威布尔分布77.标准件的特性文件给出了为生成图形所必须的全部几何参数，为了具体产生图形还需要进一步说明标准件的显示等级、（）和组装方式等。78.有限元分析过程中，如何决定单元数量？79.有限元分析过称中，如何决定单元数量？80.如何理解强度一应力干涉理论中应力与强度的含义？81.内点罚函数法的特点是（）A、能处理等式约束问题B、初始点必须在可行域内C、初始点可以在可行域外D、后面产生的迭代点序列可以在可行域外82.表征相容关系的方式是。83.多元函数在点取得最小值的充要条件是。84.请写出梯度法的迭代的步骤。85.单元刚度矩阵具有对称性、（）性和奇异性。86.可靠度是对产品可靠性的（）度量。87.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、188.工程设计的参数一般可分为几何参数和（）两种类型。89.平面问题的弹性矩阵与材料的（）A、弹性模量有关，泊松比无关B、弹性模量无关，泊松比有关C、弹性模量和泊松比都无关D、弹性模量和泊松比都有关90.简述三维建模中线框模型的特点。91.Powell法在每一轮形成新的搜索方向时会存在何种问题导致不收敛？如何修正？92.对于n维正定二次函数，沿一组共轭方向依次作一维搜索，当达到极值点时，最多需要搜索（）A、n＋1次B、n次C、n－1次D、2n次93.梯度方向是指（）增长最快的方向。94.画出梯度法流程图。95.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。96.在有限元分析中，对结构划分的单元数是否越多越好？为什么？97.将平面图形沿X方向平移10个单位，沿Y方向平移15个单位，其坐标变换矩阵为（）A、B、C、D、98.三维图形变换矩阵中，[lmn]表示产生（）A、比例变换B、对称变换C、错切变换D、平移变换99.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。100.有限元法在工程应用中主要解决的三类问题的是（），特征值问题，（）。第I卷参考答案一.参考题库1.参考答案： 1、识别要确定的未知变量，并用袋鼠符号表示它们。 2、识别目标或判别标准，并将其表示为要最大化或最小化的函数。 3、识别问题的约束条件或限制，并将它们表示成未知变量的线性或非线性的等式或不等式组。2.参考答案：缩小3.参考答案：A4.参考答案：A5.参考答案：C6.参考答案：D7.参考答案：B,E8.参考答案： 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。9.参考答案：B10.参考答案：D11.参考答案：A12.参考答案：A13.参考答案：D14.参考答案：图解法的基本步骤是：首先确定设计空间；再作出约束可行域；画出目标函数的一簇等值线；最后根据等值线与可行域的相互关系确定最优点。15.参考答案： 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。16.参考答案：A17.参考答案：A18.参考答案： 可靠性的有以下重要意义： 1、提高产品的可靠性，可以防止故障和事故的发生； 2、提高产品的可靠性，能使产品总的费用降低； 3、提高产品的可靠性，可以减少停机时间，提高产品可用率； 4、对于企业来说，提高产品的可靠性，可以改善企业信誉，增强竞争力，扩大产品销路，从而提高经济效益； 5、提高产品的可靠性，可以减少产品责任赔偿案件的发生，以及其他处理产品事故费用的支出，避免不必要的经济损失。19.参考答案：C20.参考答案： 1、单元的自动分割生成网格。 2、单元和节点的自动优化编码实现带宽最小。 3、各节点坐标值确定。 4、可以使用图形系统显示单元分割情况。21.参考答案： 1、可靠性是指机械产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力，它是衡量机械产品质量的一个重要指标。 2、机械可靠性设计方法的主要特征就是将常规设计方法中所涉及的设计变量，如材料强度、疲劳寿命、载荷、几何尺寸及应力等所具有的多值现象都看成是服从某种分布的随机变量。根据机械产品的可靠性指标要求，用概率统计方法设计出零、部件的主要参数和结构尺寸。22.参考答案：0.523.参考答案：C24.参考答案： 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。25.参考答案：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。26.参考答案： 单元刚度矩阵和总体刚度矩阵所具有的共同特性：对称性和奇异性。 具有对称性是因为材料力学中的位移互等定理：对于一个构件，作用在点j的力引起i点的挠度等于同样大小的力作用在i点而引起j点的挠度。 具有奇异性是因为单元或结构在没有约束之前，除本身产生弹性变形外，还可以做任意的刚体位移。27.参考答案： 下降迭代算法的收敛准则有： （1）点距准则：相邻两迭代点的距离来判断； （2）值差准则：相邻两迭代点的函数值之差来判断； （3）梯度准则：梯度的模长判断。28.参考答案：早期失效；功能失效29.参考答案：B30.参考答案：B31.参考答案： 可靠性分配考虑的因素： 1、子系统复杂程度的差别； 2、子系统重要程度的差别； 3、子系统运行环境的差别； 4、子系统任务时间的差别； 5、子系统研制周期的差别。32.参考答案：包括有限元法、并行设计、虚拟设计、反求设计、网络设计、计算机仿真、遗传算法、神经网络算法、模糊理论及智能设计等。33.参考答案：尺寸34.参考答案：n35.参考答案：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。36.参考答案：耦合优化策略；分解协调优化策略；分散优化策略37.参考答案：线性规划；非线性规划38.参考答案：基本思想：根据叠加原理，利用集成的方法，求出总体刚度矩阵。集体步骤如下： （1）对于一个n个节点的平面钢架结构，将总体刚度矩阵[K]划分成n×n个子区间，然后按节点总码的顺序进行编号； （2）将整体坐标系中单元刚度矩阵的各子矩阵，根据其下标的两个总码对号入座，写在总体刚度矩阵相应的子区间内； （3）同一子区间内的子矩阵相加，成为总体刚度矩阵中相应的子矩阵，从而集成总体刚度矩阵。39.参考答案： （1）由于用户的图形是定义在世界坐标系里，而图形的输出是定义在设备坐标系里。不同的图形设备具有不同的设备坐标系且其工作范围也不相同。 （2）为了便于图形处理，有必要定义一个标准设备，引入与设备无关的规格化设备坐标系，采用一种无量纲的单位代替设备坐标，当输出图形时，再转化为具体的设备坐标。 （3）规格化设备坐标系的取值范围是左下角（0，0），右上角（1，1），其工作范围为0～1。40.参考答案：三维空间41.参考答案：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。42.参考答案： 函数在一点的梯度是函数在该点变化率的全面描述。当方向S与梯度的夹角为零时，方向导数达到最大值；这时梯度的模就是函数的最大变化率，此方向称之为梯度方向，函数在给定点的梯度方向必定是该点等值线或等值面的法线方向。当方向S与点X（k）的梯度相垂直时，函数在该点沿S的方向导数等于零，即，这说明方向S位于该点等值线的切线上或等值面的切平面内。因此函数在一点的梯度方向是该点上方向导数最大的方向，或者说函数值增长得最快的方向。43.参考答案：是指计算机技术得到广泛应用后，从20世纪60年代以来在设计领域出现的设计理论和方法。主要包括：设计方法学、优化设计、可靠性设计、有限元法、动态设计、计算机辅助设计、人工神经元算法、遗传算法、智能工程、价值工程、工业造型设计、人机工程、并行设计、模块化设计、相似性设计、摩擦学设计、三次设计、、反求工程。44.参考答案：A45.参考答案：A46.参考答案：C47.参考答案：A类48.参考答案：可靠性预测；可靠性分配49.参考答案：①识别要确定的未知变量（设计或决策），并用代数符号表示它们；②识别目标或判别标准，并将其表示为要最大化或最小化的函数；③识别问题的约束或限制，并将它们表示未知变量的线性或非线性的等式或不等式组。50.参考答案：梯度法又称为最速下降法，基本原理是在迭代点附近采用使目标函数值下降最快的负梯度方向作为作为搜索方向，从而求得目标函数的极小值。其特点为：迭代计算简单，只需要求一阶偏导数，所占的存储单元少，对初始点的要求不高，刚开始收敛速度较快，在接近极小位置时收敛速度很慢。 51.参考答案：A,B,D52.参考答案：加权残值53.参考答案：B54.参考答案：A55.参考答案：总体刚度矩阵[K]，它是节点力矢量[F]与节点位移矢量[Φ]之间的转移矩阵[K][Φ]=[F]结构的总体刚度矩阵是一个奇异矩阵，她的逆矩阵不存在，因而从式中无法求得各节点的位移矢量。因为，没有任何约束的结构运算是一个悬空结构，可以在空间坐刚体运动。这是，即使各节点力量是已知的，各节点位移矢量也不存在唯一确定的解。所以，还必须引入支撑条件。56.参考答案：57.参考答案：B58.参考答案：59.参考答案：C60.参考答案：B,C61.参考答案：62.参考答案：是多元函数取得约束极值的必要条件，既可以用来作为约束极值点的判别条件，又可以用来直接求解比较简单的约束优化问题。但K-T条件不是多元函数取得约束极值的充分条件。只有当目标函数f（x）为凸函数，且所有约束函数也都是凸函数时，即为凸规划问题时，其局部优点就是全局优点，则库恩—塔克条件才是该极值存在的充要条件。63.参考答案： 1、加权分配法足把各子系统在整个系统中的重要度以及各子系统的复杂度作为权重来分配可靠度的。 2、等同分配法没有考虑各子系统的可靠度、重要性等因素，是按照各子系统可靠度均等的原则进行可靠度分配的。64.参考答案： 基本测试方法有： 1、面的可见性测试、最大最小测试、包含性测试和深度测试。 2、面的可见性测试适合于单凸物体的自隐藏面和自隐藏线的测试。 3、最大最小测试用来检查两个多边形是否重叠。 4、包含性测试用来检查一个给定的点是否位于给定的多边形内。 5、深度测试是用来测定一个物体遮挡其它物体的基本方法。65.参考答案：D66.参考答案： 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。67.参考答案：（1）应力状态不同：平面应力问题中平板的厚度与长度、高度相比尺寸小很多，所受的载荷都在平面内并沿厚度方向均匀分布，可以认为沿厚度方向的应力为零。平面应变问题中由于Z项尺寸大，该方向上的变形时被约束住的，沿Z项的应变为零。（2）弹性矩阵不同：将平面应力问题弹性矩阵中的E换成E/（1-u2）、把u换成u/（1-u），就成为平面应变问题的弹性矩阵。68.参考答案：不同值的等值线不相交；除极值点外，等值线在设计空间内不会中断；等值线反映了目标函数的变化规律，愈内层的等值线，其函数值愈小，其中心点为极值点；等值线间隔越密，表示该处函数变化率越大；极值点附近的等值线近似椭圆族，极值点为中心点。69.参考答案：D70.参考答案：71.参考答案：C72.参考答案：在内点罚函数法，若初始罚因子选得过小，则迭代点有跑出可行域的危险，使优化过程失败；若初始罚因子选得