现代设计方法参考答案

现代设计方法参考答案

1.凸规划

对于约束优化问题

。

2.可行搜寻方向

是指当设计点沿该方向作微量移动时，目标函数值下降，且不会越出可行域。

3.设计空间：n 个设计变量为坐标所组成的实空间，它是全部设计方案的组合

7.黄金分割法：是指将一线段分成两段的方法，使整段长与较长段的长度比值等于较长段与较短段长度的比值。

8.可行域：满足全部约束条件的设计点，它在设计空间中的活动范围称作可行域

一、与文件系统相比，数据库系统的主要特征有哪些？

关于数据库系统比照文件系统的优点有：

1、提高了数据的共享性，使多个用户能够同时访问数据库中的数据。

2、提高了数据的全都性和完整性。

3、供给数据与应用程序的独立性。

二、常用的牢靠度安排方法有哪三种？各自的安排原则是什么？

答：常用的牢靠度三种安排方法和各自的安排原则如下：

〔1〕等同安排法：依据系统中各单元〔子系统或零部件〕的牢靠度均相等的原则安排。〔2〕加权安排法：把各子系统在整个系统中的重要度以及各子系统的简单度作为权重来安排牢靠

度。

〔3〕最优安排法：全面考虑各种殷素的影响，承受优化方法安排牢靠度。

三、在有限元分析时，什么状况下适合选择一维、二维、三维单元？

（1）当几何外形、材料性质及其它参数能用一个坐标描述时，选用一维单元。

（2）当几何外形、材料性质及其它参数需要用两个相互独立的坐标描述时，选用二维单元。

（3）当几何外形、材料性质及其它参数需要用三个相互独立的坐标描述时，选用三维单元。

四、简述梯度法的根本原理和特点

梯度法的根本原理：梯度法又称最速下降法，根本原理是在迭代点四周承受使目标函数

值下降最快的负梯度方向作为搜寻方向，求目标函数的微小值。

梯度法的特点：迭代计算简洁，只需求一阶偏导数，所占用存储单元少，对原始点要求不高，在接

近微小点位置时收敛速度很慢。

五、什么是牢靠性、牢靠度？二者有何关系？

牢靠性是指产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成规定功能的力量；

牢靠度是指产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成规定功能的概率；

两者的联系就在于，牢靠度是对产品牢靠性的概率度量。

六、简述用有限元方法求解问题的根本步骤

答：进展有限元分析的根本步骤：

〔1〕对构造或求解区域离散化。〔2〕求得单元刚度矩阵，并进展坐标转换。〔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〕计算各单元的应力和应变。〔8〕分析计算结果的合理性。

七、无约束优化方法分为哪两类？

答：直接优化法和间接优化法

八、下降迭代算法构成的根本步骤

（1）给定一个初始点X(0)和收敛精度ε

（2）选取一个搜寻方向S(k)

（3）确定步长因子ak，按上式得到的迭代点

（4）收敛推断：假设X(k+1)满足收敛精度，则以X(k+1)作为最优点，终止计算；否则，

以X(k+1)作为的起点，转2〕进展下一轮迭代。

九、简述梯度法和共轭梯度法的特点

迭代计算简洁，只需求一阶偏导数，所占的存储单元少，对初始点的要求不高，在接近微小点位置时收敛速度很慢，共轭的特点为在梯度法靠近极值点收敛速度放慢时，它可以构造共轭方向使其收敛速度加快，迭代计算比较简洁，效果好，在每一步迭代过程中都要构造共轭的、方向，比较繁琐。

十、在进展图形处理时，为什么要引入规格化设备坐标系？1〕用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一样。

（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，承受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。

十一、迭代法的根本思想是什么？常用的终止准则有哪些？

（1）迭代法的根本思想是“步步靠近”，最终到达目标函数的最优点。

首先选择一个尽可能接近极值点的始点，从初始点动身，依据肯定的原则查找可行方向和初始步长，向前跨出一步，得到点，再把点作为初始点重复进展。每次迭代都必需使目标函数值向最优值靠近。

（2）常用的终止规章有

十二、在有限元分析中，对构造划分的单元数是否越多越好？为什么?

不是。单元的数量取决于要求的精度、单元的尺寸和自由度数。虽然一般单元的数量越多精度越高，但也有一个界限，超过这个值，精度的提高就不明显。

十三、试简述编码剪裁〔Cohen-Sutherland〕算法的根本原理

将窗口的四个边界向两边延长，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一样；

假设线段两端点的编码都为“0000”，则线段位寺窗口内；假设线段两端点编码的规律乘不为“0000”，则线段位于窗口外；

假设线段不能用上述方法测试打算，则将线段分割，然后用上述方法推断。

十四、说明消隐算法中的分段扫描线算法的原理

答：(1)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。

(2)每条扫描线被各多边形边界在xy 平面上的投影分割成假设干段，在每段中最多只有一个多边形是可见的。

（3）只要在段内任一点处，找出在该处Z 值最大的一个多边形，这个段上的每个像素点就用这个多边形的颜色来填充。

十五、三维实体模型的实现方法中，体素构造法〔CSG〕的根本思想是什么？需要存储的几何模型信息有哪些？

答：〔1〕体素构造法〔CSG〕的根本思想是：各种各样外形的几何形体都可以由假设干个根本单元形体，经过有限次外形拼合运算构建得到。

〔2〕需要存储的几何模型信息是：全部的根本形体的类型、参数和所承受的拼合运算过程。

十六、什么叫事物物性表？其作用是什么？

答：〔1〕事物物性表是一种组合排列对象的事物和关系特性的表格。〔2〕事物物性表的作用是：可用于概括地描述、限制和选择标准的、非标准的，物质的和非物质的以及相互近似的事

物对象。将其用于CAD 中，可标准化的支持CAD 数据的归档、存储和交换。

十七、什么是约束条件？约束条件和可行域有何关系？

（1）设计变量的取值范围有限制或必需满足肯定的条件，对设计变量取值的限制称为约束条件。〔2〕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。〔3〕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。

十八、有限元分析过程中，构造离散化时如何打算单元尺寸？

(1)单元尺寸的概念有两个方面：一是单元本身的大小，另一方面指单元内自身几个尺寸之

间的比率。(2)单元本身尺寸小，所得到的精度高，但是所需要的计算量大。为削减计算量，有

时对一个构造要用不同尺寸的单元离散。例如，考虑应力集中这一因素，在应力变化率大的区

域内，单元尺寸要小。

(3)一个单元中最大与最小的尺寸要尽量接近。例如，对于三角形单元，其三边长要尽量接

近；对于矩形单元，长度和宽度不宜相差太大。

十九、在有限元分析时，何谓对称构造？一般如何处理？

当构造的几何外形、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始终线〕，

其构造内部的应力及位移也对称于该平面〔线〕，这类构造称为对称构造。

对于对称构造一般按如下方法处理：当对称构造只有一个对称平面〔线〕时，只争论它的一半。假设对称构造有两个相互垂直的对称平面〔线〕时，则只争论它的四分之一。

二十、简述强度—应力干预理论中“强度”和“应力”的含义

答：〔1〕强度一应力干预理论中“强度”和“应力”具有广义的含义：“应力”表示导致失

效的任何因素；而“强度”表示阻挡失效发生的任何因素。

（2）“强度”和“应力”是一对冲突的两个方面，它们具有一样的量纲；例如，在解决杆、梁或轴的尺寸的牢靠性设计中，“强度”就是指材料的强度，“应力”就是指零件危急断面上的

应力，但在解决压杆稳定性的牢靠性设计中，“强度”则指的是推断压杆是否失稳的“临界压力”，而“应力”则指压杆所受的工作压力

二十一、说明常规设计方法中承受平均安全数的局限性。

答：平均安全系数未同零件的失效率联系起来，有很大的盲目性。从强度一应力干预图可以看出：（1）即使安全系数大于1，仍旧会有肯定的失效概率。

（2）当零件强度和工作应力的均值不变〔即对应的平均安全系数不变〕，但零件强度或工作

应力的离散程度变大或变小时，其干预局部也必定随之变大或变小，失效率亦会增大或削减。

二十二、罚函数法的根本原理及其分类？

（1）罚函数法是解约束优化问题的间接法，适用于求解具有不等式约束和等式约束

条件的优化设计问题。它的根本思想是把一个有约束的问题转化为一系列无约束问题求解，

渐渐靠近于目标函数的最优值。

（2）依据罚函数法的函数形式不同，可分为内点法、外点法和混合法三种。

二十三、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？

答：在工程设计的CAD作业中，对以线图形式给出的系数或参数和处理方法有以下几种〔：1〕假

设能找到线图原来的公式，则找到原公式将公式编入程序。〔2分〕〔2〕将线图离散化为数表，再用表格的处理方法加以处理。〔2分〕〔3〕用曲线拟合的方法求出线图的阅历公式，再

将公式编入程序。〔2 分〕

二十四、什么是约束条件？等式约束与不等式约束的区分？

二十五、设计数据处理的常用方法有那些？

答：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。实行编程的方法对数表及图线进展处理，通常不外乎两种方法：第一，承受数组存储

在程序中，用查表、插值的方法检索所需数据；其次，拟合成公式编入程序，由计算获得所

需数据；(2)利用数据库治理设计数据。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，由数据库自身进展治理，独立于应用程序，因此，可以被应用程序所共享。二十六、结合实际应用，说明CAD 的工作过程

答：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，对设计结果进展评价决策和实时修改，直至到达设计要求为止，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。

二十七、请简述现代CAD 技术的概念。

答：现代CAD 技术是指在简单的大系统环境下，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，

到达提高产品设计质量，降低产品本钱和缩短设计周期的目的。

二十八、请简述现代CAD 技术争论的内容

答：1)争论现代设计理论与方法

2）争论与设计工具相关的技术①协同设计环境的支持技术，②协同设计的治理技术。

3）争论与设计环境相关的技术

①产品数字化定义及建模技术，

②基于PDM 的产品数据治理与工作流〔过程〕治理技术，

③进展集成的CAx 和DFx 工具。

二十九、传统CAD 涉及以哪些根底技术？

答：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，优化设计及面对各种专业的工程分析等。

3)数据治理与数据交换技术，如数据库治理，产品数据治理，产品数据交换标准及接口

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，软件工程标准等。

三十、试述方向导数与梯度的关系

答：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，方向导数到达最大值；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

三十一、简述求解优化问题的图解法根本步骤。

答：图解法的根本步骤是：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；最终依据等值线与可行域的相互关系确定最优点。

三十二、简述什么是梯度？梯度的根本性质。

28.答：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：

梯度的根本性质为：

(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。

三十三、什么是共轭梯度法？试述梯度法与共轭梯度法的区分。

29.答：共轭梯度法是以函数的梯度构造共轭方向的一种算法，具有共轭方向的性质。

共轭梯度法具有超线性收敛速度。梯度法与共轭梯度法的区分是：

1)最速下降法(梯度法) ：搜寻方向为目标函数负梯度方向，计算效率优于坐标轮换法。开头几步搜寻下降快，但愈接近极值点下降愈慢。对初始点的选择要求不高，适合与其它方法结合使用。

2)共轭梯度法：第一步搜寻沿负梯度方向，然后沿负梯度的共轭方向搜寻。计算效率介于梯度法和牛顿法之间。对初始点没有特别的要求，不需要计算二阶偏导数矩阵及其逆矩阵，计算量与梯度法相当。适用于各种规模的问题。

三十四、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根本问

题？

答：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力量，从满足设计要求的一切可行方案中自动寻求最正确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根本问题：选择搜寻方向，确定步长因子，给定收敛准则。

三十五、下降迭代算法的收敛准则有哪些？

答：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推断；(2)值差准则：相邻两迭代点的函数值之差来

推断；(3)梯度准则：梯度的模长推断。

三十六、优化设计的数学模型由哪三局部组成？建立优化设计的数学模型的基

本步骤是

什么？

答：〔1〕优化设计的数学模型由设计变量、目标函数和约束条件组成。

〔2〕建立优化设计的数学模型的根本步骤是：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。

三十七、请简述梯度法和共轭梯度法的特点。

答：〔1〕梯度法的特点。1〕梯度法理论明确，程序简洁，计算量和存储量较少，对初始点的要求不严格。2〕负梯度方向不是抱负的搜寻方向，梯度法也不是一种抱负的方法，梯度法的收敛速度并不快。3〕梯度法的迭代全过程的搜寻路线呈锯齿状。

〔2〕共轭梯度法的特点

1）全局收敛〔下降算法〕,线性收敛；

2）每步迭代只需存储假设干向量〔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.〕

三十八、请简述下降迭代算法构成的根本步骤。

34.答：1〕给定一个初始点X(0)和收敛精度ε

2）选取一个搜寻方向S(k)

3）确定步长因子ak，按上式得到的迭代点

4）收敛推断：假设X(k+1)满足收敛精度，则以X(k+1)作为最优点，终止计算；否则，以X(k+1) 作为的起点，转2〕进展下一轮迭代。

三十九、无约束优化方法分为哪两类？

35.答：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)、随机搜寻法、单纯形法等；其次类：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。

四十、一般机械产品的牢靠性设计程序分哪几个阶段

36.答：一般机械产品的牢靠性设计程序，可大致分为以下几个阶段：

(1)方案论证阶段：确定牢靠性指标，对牢靠性和本钱进展估算分析；

(2)审批阶段：对牢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：主要进展牢靠性推测、安排和故障模式及综合影响分析，进展具体构造设计；(4)生产及试验阶段：按标准进展寿命试验、故障分析及反响、验收试验等；(5)使用阶段：收集

现场牢靠性数据，为改型供给依据。

四十一、试述牢靠性的定义及机械牢靠性设计方法的主要特征。

37.答：1)牢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力量，

它是衡量机械产品质量的一个重要指标。

2)机械牢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、疲乏寿命、载荷、几何尺寸及应力等所具有的多值现象都看成是听从某种分布的随机变量。依据机械产品的牢靠性指标要求，用概率统计方法设计出零、部件的主要参数和构造尺寸。

四十二、什么是牢靠度？系统的牢靠性推测和牢靠性安排有何不同?

38.答：1)牢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) 系统的牢靠性推测和系统的牢靠性安排的区分是：系统的牢靠性推测是按系统的组成形式，依据的单元和子系统的牢靠度计算求得的；系统的牢靠性安排是将系统的牢靠性指标合理地安排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牢靠度。

四十三、简述牢靠性的重要意义。

39.答：牢靠性的有以下重要意义：1〕提高产品的牢靠性，可以防止故障和事故的发生；2〕提高产品的牢靠性，能使产品总的费

用降低；

3）提高产品的牢靠性，可以削减停机时间，提高产品可用率；

4）对于企业来说，提高产品的牢靠性，可以改善企业信誉，增加竞争力，扩大产品销路，

从而提高经济效益；5〕提高产品的牢靠性，可以削减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，避开不必要的经济损失。

四十四、牢靠性安排需考虑哪些因素？

40.答：牢靠性安排考虑的因素：1〕子系统简单程度的差异；2〕子系统重要程度的差异；

3〕子系统运行环境的差异；4〕子系统任务时间的差异；5〕子系统研制周期的差异。

四十五、共轭梯度法中，共轭方向和梯度之间的关系是怎样的？试画图说明。

四十六、为什么说共轭梯度法实质上是对最速下降法进展的一种改进？.

答：共轭梯度法是共轭方向法中的一种，在该方法中每一个共轭向量都依靠于迭代点处的负梯度构造出来的。共轭梯度法的第一个搜寻方向取负梯度方向，这是最速下降法。其余各步的搜寻方向是将负梯度偏转一个角度，也就是对负梯度进展修正。所以共轭梯度法的实质是对最速下降法的一种改进

四十七、简述随机方向法的根本思路

答：随机方向法的根本思路是在可行域内选择一个初始点，利用随机数的概率特性，产生假设干个随机方向，并从中选择一个能使目标函数值下降最快的随机方向作为可行搜寻方向。从初始点动身，沿搜寻方向以肯定的步进步行搜寻，得到的X 值，点应当满足肯定的条件，至此完成第一次迭代。然后将起始点移至X，重复以上过程，经过假设干次迭代计算后，最终取得约束最优解。

四十八、试述两种一维搜寻方法的原理，它们之间有何区分

1、试述两种一维搜寻方法的原理，它们之间有何区分答：搜寻的原理是：区间消去法原理区分：〔1〕、摸索法：给定的规定来确定插入点的位置，此点

的位置确定仅仅依据区间的缩短如何加快，而不顾及函数值的分布关系，如黄金分割法〔2〕、插值法：没有函数表达式，可以依据这些点处的函数值，利用插值方法建立函数的某种近似表达式，近而求出函数的微小点，并用它作为原来函数的近似值。这种方法称为插值法，又叫函数靠近法。

四十九、在变尺度法中，为使变尺度矩阵kH 与1kG 近似，并具有简洁计算的特点，kH 必需附加哪些条件？

答：〔1〕必需是对称正定的〔2〕要求有简洁的迭代形式〔3〕必需满足拟牛顿条件

现代设计方法答案

环境变量 一．用牛顿法求函数 2214121)2()2(),(x x x x x f -+-= 的极小值点坐标（迭代二次）。 解 初始点T x ]2,3[0 = 则初始点处的函数梯度、海森矩阵及其逆矩阵为 ⎥⎦ ⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---+-=∇42)2(4)2(2)2(4)(21213 1 0x x x x x x f ⎥⎦⎤⎢⎣ ⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+-=∇844148442)2(12)(21 02x x f ⎥⎥⎥⎦ ⎤⎢⎢ ⎢⎣⎡=∇=487241241121 )]([1 02x f 代入牛顿法迭代公式，得 T x f x f x x ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎣⎡=∇∇-=34,38)()]([0 1 2 1 - ⎥⎥⎦ ⎤⎢⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---+-=∇02732)2(4)2(2)2(4)(212 1311x x x x x x f 代入牛顿法迭代公式，得

⎥⎦ ⎤ ⎢⎣⎡=∇∇-=26.152.2)()]([1 1 12 1 2 x f x f x x - 二、分析比较牛顿法、阻尼牛顿法、共轭梯度法、变尺度法和鲍威尔法的特点，找出前四种方法的相互联系。 比较牛顿法：牛顿法收敛很快，对于二次函数只需迭代一次便达到最优点，对非二次函数也能较快迭代到最优点，但要计算二阶偏导数矩阵及其逆阵，对维数较高的优化问题，其计算工作和存储量都太大。 阻尼牛顿法：可以看出原始牛顿法就相当于阻尼牛顿法的步长因子取成固定值1的情况。阻尼牛顿法每次迭代都在牛顿方向上进行一维搜索，避免了迭代后函数值上升的现象，从而保持了牛顿法二次收敛的特性，而对初始点的选取并没有苛刻的要求。 这类方法的主要缺点计算复杂，工作量大，要求计算机存储量大 共轭梯度法：共轭方向主要是针对二次函数的，但也可以用于一般非二次函数。共轭方向法是二次收敛的，计算程序简单，存储量相对较少 变尺度法：只需用到函数的一阶梯度；下降算法，故收敛全局；计算量小（不需要求矩阵逆）；一般可以达到超线性收敛（速度快） 鲍威尔法：多维无约束优化算法是在无约束优化算法之一，首先选取一组共轭方向，从某个初始点出发，求目标函数在这些方向上的极小值点，然后以该点为新的出发点，重复这一过程直到获得满意解，其优点是不必计算目标函数的梯度就可以在有限步内找到极值点。 三、已知约束优化问题minf(x)=(x 1-2)2+(x 2-x 1)2

现代设计方法参考答案

现代设计方法参考答案 1.凸规划 对于约束优化问题 。 2.可行搜寻方向 是指当设计点沿该方向作微量移动时，目标函数值下降，且不会越出可行域。 3.设计空间：n 个设计变量为坐标所组成的实空间，它是全部设计方案的组合 7.黄金分割法：是指将一线段分成两段的方法，使整段长与较长段的长度比值等于较长段与较短段长度的比值。 8.可行域：满足全部约束条件的设计点，它在设计空间中的活动范围称作可行域 一、与文件系统相比，数据库系统的主要特征有哪些？ 关于数据库系统比照文件系统的优点有： 1、提高了数据的共享性，使多个用户能够同时访问数据库中的数据。 2、提高了数据的全都性和完整性。 3、供给数据与应用程序的独立性。 二、常用的牢靠度安排方法有哪三种？各自的安排原则是什么？ 答：常用的牢靠度三种安排方法和各自的安排原则如下： 〔1〕等同安排法：依据系统中各单元〔子系统或零部件〕的牢靠度均相等的原则安排。〔2〕加权安排法：把各子系统在整个系统中的重要度以及各子系统的简单度作为权重来安排牢靠

度。 〔3〕最优安排法：全面考虑各种殷素的影响，承受优化方法安排牢靠度。 三、在有限元分析时，什么状况下适合选择一维、二维、三维单元？ （1）当几何外形、材料性质及其它参数能用一个坐标描述时，选用一维单元。 （2）当几何外形、材料性质及其它参数需要用两个相互独立的坐标描述时，选用二维单元。 （3）当几何外形、材料性质及其它参数需要用三个相互独立的坐标描述时，选用三维单元。 四、简述梯度法的根本原理和特点 梯度法的根本原理：梯度法又称最速下降法，根本原理是在迭代点四周承受使目标函数 值下降最快的负梯度方向作为搜寻方向，求目标函数的微小值。 梯度法的特点：迭代计算简洁，只需求一阶偏导数，所占用存储单元少，对原始点要求不高，在接 近微小点位置时收敛速度很慢。 五、什么是牢靠性、牢靠度？二者有何关系？ 牢靠性是指产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成规定功能的力量； 牢靠度是指产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成规定功能的概率； 两者的联系就在于，牢靠度是对产品牢靠性的概率度量。 六、简述用有限元方法求解问题的根本步骤 答：进展有限元分析的根本步骤： 〔1〕对构造或求解区域离散化。〔2〕求得单元刚度矩阵，并进展坐标转换。〔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〕计算各单元的应力和应变。〔8〕分析计算结果的合理性。 七、无约束优化方法分为哪两类？ 答：直接优化法和间接优化法 八、下降迭代算法构成的根本步骤 （1）给定一个初始点X(0)和收敛精度ε （2）选取一个搜寻方向S(k) （3）确定步长因子ak，按上式得到的迭代点 （4）收敛推断：假设X(k+1)满足收敛精度，则以X(k+1)作为最优点，终止计算；否则， 以X(k+1)作为的起点，转2〕进展下一轮迭代。 九、简述梯度法和共轭梯度法的特点 迭代计算简洁，只需求一阶偏导数，所占的存储单元少，对初始点的要求不高，在接近微小点位置时收敛速度很慢，共轭的特点为在梯度法靠近极值点收敛速度放慢时，它可以构造共轭方向使其收敛速度加快，迭代计算比较简洁，效果好，在每一步迭代过程中都要构造共轭的、方向，比较繁琐。 十、在进展图形处理时，为什么要引入规格化设备坐标系？1〕用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一样。

现代设计方法试卷及答案

《现代设计方法》考试题 一． 用牛顿法求函数 2214121)2()2(),(x x x x x f -+-= 的极小值点坐标（迭代二次）。 解 初始点T x ]2,3[0 = 则初始点处的函数梯度、海森矩阵及其逆矩阵为 03 01121224(2)2(2)()44(2)12T x x x f f f x x x x x x ??-+-?????===????--???? ?????? 2 2 1 222 21441112(2)24()4848222122x f x x f f x x x f f x x x -??-+-?? ? ===? ???--?? ???????????????? ????????? 201 111224[()]172448f x -?? ???=? ??????? 代入牛顿法迭代公式，得 T x f x f x x ? ? ? ???=??-=34,38)()]([0 1 2 1 -

13 11121232 4(2) 2(2)()274(2)120T x x x f f f x x x x x x ?? ??-+-?????===????--?????? ???? 代入牛顿法迭代公式，得 2121-11 229[()]()119x x f x f x ????=-??=?? ??????

二、分析比较牛顿法、阻尼牛顿法、共轭梯度法、变尺度法和鲍威尔法的特点，找出前四种方法的相互联系。 答：牛顿法：牛顿法是一种经典的优化算法，是一种解析法。该法为梯度法的进一步发展，他的搜索方向是根据目标函数的负梯度和二阶偏导数矩阵来构造的。牛顿法分为原始牛顿法和阻尼牛顿法两种。 原始牛顿法的基本思想是：再求目标函数f (X)的极小值时，现将它在点 处展开为泰 勒二次近似式ф（X ），然后求出这个二次函数的极小点，并以此点作为原目标函数的极小点的一次近似值;若此值不满足收敛精度的要求，则可以以此近似值作为下一次迭代的初始点，照上面的 阻尼牛顿法：为了克服牛顿法的缺点，保留选牛顿方向为搜索方向，摒弃其步长恒取1，而用一维搜索确定最优步长迭代公式是。由于阻尼牛顿法含有异味搜索， 因此每次迭代目标函数值一般偶所下降，阻尼牛顿法具有全局收敛性，且为二级收敛。阻尼牛顿法克服了牛顿法的缺点。特别是当迭代点接近于最优解时候此法具有收敛速度快的优点，对初始点的选择要求不严。 阻尼牛顿法仍需要计算目标函数的海森矩阵和逆矩阵，所以求解的计算量和存储量均很大。当目标函数的海森矩阵在某点出现奇异时，迭代将无法进行，因此修正牛顿法仍有相当的局限性。 共轭梯度法：共轭梯度法最初由Hesteness 和Stiefel 于1952年为求解线性方程组而提出的。后来，人们把这种方法用于求解无约束最优化问题，使之成为一种重要的最优化法。Fletcher-Reeves 共轭梯度法，简称FR 法。共轭梯度法的基本思想是把共轭性与最速下降方法相结合，利用已知点处的梯度构造一组共轭方向，并沿这组方向进行搜素，求出目标函数的极小点。根据共轭方向基本性质，这种方法具有二次终止性。当目标函数是高于二次的连续函数(即目标函数的梯度存在)时,其对应的解方程是非线性方程,非线性问题的目标函数可能存在局部极值,并且破坏了二次截止性,共轭梯度法需要在两个方面加以改进后,仍然可以用于实 ) k (X ) k (k )k () 1 k (d x x λ+=+

《现代设计方法》考题及答案

《现代设计方法》考题及答案 机械与自动化学院普通硕士研究生 《现代设计方法》考试试题 姓名：专业：研究方向：成绩： 一、填空题(每题1分,共15分) 1、现代设计所指的新兴理论与方法包括（现代设计方法学、计算机辅助设计技术、可信性设计技术）等等。 2、优化设计是(以数学规划理论为基础，以计算机为工具，优化设计参数)的一种现代设计方法。 3、功能设计法的基本过程包括（任务抽象、功能分解、功能载体、载体组合、方案评价）。 4、功能分解的常用方法有（按解决问题的因―果关系，或手段―目的关系分解；、按产品工艺过程 的空间顺序或时间顺序分解；）。 5、解决供求矛盾的措施有（互换性原理、组合机床、系列化、通用化、标准化）。 6、模块化设计可分类成（横系列模块化、纵系列模块化、跨系列、全系列模块化、跨类模块化）。 7、模块的划分将影响（模块通用性、产品性能、产品外观、产品成本）。 8、遗传算法是一种（模拟生物进化过程）的搜索算法。 9、遗传算法最常用和基本的选择方法（选择算子）是（适应度比例选择）。 10、遗传算法中采用罚函数法的目的是（对违背约束条件的情况给予惩罚，并将此惩罚体现在目标函数设计中。2.2）。 11、遗传算法常用的编码方法有(二进制编码二进制编码方法、格雷码编码方法、实数编码、多参数级联编 码)等等。 12、神经网络的样本数据应包括（训练样本数据和检验样本数据）。

13、当神经网络的样本数据不在[0～1]范围内时，应对数据进行（归一化）处理。 14、前馈型人工神经网络包括（1、线性阈值单元组成的前馈网络2、非线性单元组成的前馈网络输入层、隐层和输出层）3章。 15、神经网络的学习规则有（Hebb学习规则、感知器（perceptron）学习规则、Delta学习规则、 Widrow-Hoff 学习规则）2章。 二、选择题(每题1分,共10分) 1、在遗传算法中，若两个个体的二进制编码为01111、*****，以这两个个体为双亲，随机地选 一个交叉点（如第二点），交叉点后的基因链码相互交换，从而产生两个新个体作为后代。两个新个体为：[ A ] A. 01001，***** B. 01101，***** C. 01111，***** D. 01001，***** 2、在遗传算法中，若群体规模为N=50，变异概率为pm=0.02，变异的个体数为：[ B ] A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 3、在遗传算法中，若四个个体的初始适应度分别为f01?99,f02?18.45,f03?77.88,f04?91.39，则第1个个体在新一轮选择中被选中的概率为：[ A ] A. 34.53 B. 38.53 C. 31.3 2 D. 39.53 4、在遗传算法中，将极小化问题转换成极大化问题采用的变换是：[ D A] A. Cmax-f(X) B. Cmax+f(X) C. Cmin-f(X) D. Cmin+f(X) 5、人工神经网络的隐层神经元数目越多，则在一定的训练次数下，训练误差一般：[ D ] A. 越小 B. 越大 C. 不变 D. 不一定 6、当人工神经网络的训练样本数据含有噪声时，当训练误差越小时，泛化误差一般：[ B ] A. 越小 B. 越大 C. 不变 D. 不一定 7、单层前馈网络的转移函数采用线性阈值函数时称为：[ A ] A. 单层感知器B. 多层感知器C. 单层BP网络

现代设计方法试题答案

1.下列发明专利的发明难度最大的是哪一种？（5.0分） A.通常的设计问题 B.解决了一个冲突 C.对已有系统的根本性改进 D.罕见的科学原理导致一种新的发明或发现 我的答案：D √答对 2.关于黄金分割法描述正确的是？（5.0分） A.每次区间缩减的比例都是相同的 B.区间缩减比例越来越大 C.区间缩减比例越来越小 D.以上都不对 我的答案：A √答对 3.关于梯度法描述正确的是哪一个？（5.0分） A.该方法是所有方法中搜索速度最快的 B.相邻两次搜索方向是垂直的 C.相邻两次搜索方向是平行的 D.以上都不对 我的答案：B √答对 4.过某点的梯度与等值线的切线方向之间的关系（ 5.0分） A.同向 B.反向 C.正交 D.无法确定 我的答案：C √答对 5.使用一条牵引线将水底位置探测器拖在船的后方，可以减少轮船自身振动对探测器的影响。这采用了哪种原理？（5.0分）

A.分离原理 B.嵌套原理 C.预补偿原理 D.振动原理 我的答案：A √答对 6.关于Hessian矩阵描述正确的是哪一个？（5.0分） A.对称矩阵 B.正定矩阵 C.负定矩阵 D.以上都不对 我的答案：A √答对 7.单峰区间的几何特性？（5.0分） A.高-低-高 B.高-高-低 C.低-高-高 D.以上都不对 我的答案：A √答对 8.利用振动消除胆结石或肾结石。这采用了什么原理？（5.0分） A.分离原理 B.嵌套原理 C.预补偿原理 D.振动原理 我的答案：D √答对 9.为了煎锅更好的加热，要求煎锅是热的良导体，为了避免从火上取下煎锅时烫伤，又要求煎锅是热的不良导体，为此发明了带手柄的煎锅。这是采用了哪种原理?（5.0分） A.空间分离原理

现代设计方法习题集及答案

《现代设计方法》课程习题集【说明】：本课程《现代设计方法》（编号为02200）共有单选题,填空题1,计算题,简答题等多种试题类型，其中，本习题集中有[单选题,填空题1,计算题,简答题]等试题类型未进入。 一、单选题 1.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 2.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 3.三维几何造型是CAD中的一种（） A.图形处理技术 B.工程分析技术 C.文档处理技术 D.软件设计技术 4. 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 5.若在CAD系统中，固定窗口参数，同时缩小视区高度和宽度，则视图内图形 （） A.比例增大 B.比例缩小 C.左右移动 D.上下移动 6. CAD系统中不是按其描述和存储内容的特征划分的几何模型（）

A.线框几何模型 B.表面几何模型 C.实体几何模型 D.曲面几何模型 7. 世界坐标系、设备坐标系、规格化坐标系的转换关系是（ ） A ．WC→DC→NDC B ．NDC→DC→W C C ．WC→NDC→DC D ．DC→WC→N DC 8. 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 9. 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 10. 为使窗口—视区变换后的图形在视区中输出而不失真，则（ ） A ．yb xl W W =yb xl V V B ．yt xr W W =yt xr V V C ． yb yt xl xr W W W W --=yb yt xl xr V V V V -- D ．yt xr yb xl V V W W --=yt xr yb xl W W V W -- 11. 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 12. 三维图形变换矩阵 ????? ???? ???=s n m l r j i h q f e d p c b a T ，中l 表示产生的（ ） A.比例变换 B.对称变换 C.错切变换 D.平移变换 13. 二维图形比例变换矩阵中?? ? ???=d a T 00，可有（ ） A.a=0,d=1 B. a=1,d=0 C. a=d=1 D. a=d=0

(完整版)现代设计方法_习题集(含答案)

《现代设计方法》课程习题集 西南科技大学成人、网络教育学院 版权所有 习题 【说明】：本课程《现代设计方法》（编号为09021）共有单选题,计算题,简答题, 填空题等多种试题类型，其中，本习题集中有[ 填空题,单选题]等试题类型未进入。 一、计算题 1. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 342)(m in 2+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取1.0=ε。 2. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次） 32)(m in 2+=x x f ，给定[][],1,2a b =-，取1.0=ε 3. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次） 432+=x )x (f min ，给定[][]40,b ,a =，取10.=ε。 4. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 12)(m in 3+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取5.0=ε 5. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 107)(m in 2+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取1.0=ε 6. 用梯度法求解无约束优化问题： 168)(m in 22221+-+=x x x X f ，取初始点[]T X 1,1)0(= ，计算精度1.0=ε。 7. 用梯度法求解96)(m in 12221+-+=x x x X f ，[]T X 1,1)0(= ，1.0=ε。 8. 用梯度法求解44)(m in 22221+-+=x x x X f ，[]T X 1,1)0(=，1.0=ε 。 9. 用梯度法求解无约束优化问题：1364)(m in 222 121+-+-=x x x x X f ，取初始点

《现代设计方法》试题及答案

1. 下列关于并联系统说法正确的是？（ 5.0分） A. 并联系统的可靠康不小于任何一个部件的可靠度 B. 并联系统的可靠度不大于任何一个部件的可靠度 C. 并联系统可靠度与部件可靠度无法比较大小 D. 以上都不对 2. 为了煎锅更好的加热,要求煎锅是热的良导体,为了避免从火上取下煎锅时烫伤，又要求煎锅是热的不良导体,为此发明了带手柄的煎锅。这是采用了哪种原理？（5.0分） A. 空间分离原理 B. 时间分离原理 C基于条件的分离原理 D.整体与部分的分离原理 3•钢厂余热发电。这采用了什么发明原理？（ 5.0分） A. 分离原理 B. 嵌套原理 C. 预补偿原理 D. 自服勢原理 4如果满足不等式约束极值点存在的K-T条件，要求计算得到的入（5.0分）

A. 正数 B负数 C. 非正数 D. 非负数 5.100个产品工作到80h尚有50个没有失效f在80-82小时之间又失效了 4 个,则失效率（5.0分） A. 4% B. 2% C. 8% D. 以上都不对 6.钓鱼竿制作成可伸缩的结构。这采用了哪种原理? （5.0分） A. 分离原理 B •嵌套原理 C. 预补偿原理 D. 振动原理 7•关于坐标轮换法描述正确的是？（ 5.0分） A. 坐标轮换法属于间接法

B. 分别沿着n个坐标轴方向作n次一维搜索f反复多次,直到满足精度眼球 C. 对所有的函数都^常有效 D. 以上都不对 8•过某点的梯度与等值线的切线方向之间的关系（5.0分） A同向 B. 反向 C •正交 D.无法确走 9.无约束优化问题，多元函数极小值的充要条件（5.0分） A. 梯度为0 , Hessian为正走矩阵 B. 梯度为0 , Hessian为负走矩阵 C. 梯度为0 D. Hessian为负定 10•飞机起落架设计,在起降过程中飞机要求有起落架,而飞行过程中起落架收回到起落架舱内以减少阻力。这是采用了哪种原理？？（5.0分） A. 空间分离原理

现代设计方法习题集及答案

现代设计方法习题集及答案 《现代设计方法》课程习题集【说明】：本课程《现代设计方法》（编号为02200）共有单选题,填空题1,计算题,简答题等多种试题类型，其中，本习题集中有[单选题,填空题1,计算题,简答题]等试题类型未进入。 一、单选题 1.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 2.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 3.三维几何造型是CAD中的一种（） A.图形处理技术 B.工程分析技术 C.文档处理技术 D.软件设计技术 4. 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 5.若在CAD系统中，固定窗口参数，同时缩小视区高度和宽度，则视图内图形

A.比例增大 B.比例缩小 C.左右移动 D.上下移动 6. CAD系统中不是按其描述和存储内容的特征划分的几何模型（） A.线框几何模型 B.表面几何模型 C.实体几何模型 D.曲面几何模型 7. 世界坐标系、设备坐标系、规格化坐标系的转换关系是（） A ．WC→DC→NDC B ．NDC→DC→W C C ．WC→NDC→DC D ．DC→WC→N DC 8. 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 9. 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 10. 为使窗口—视区变换后的图形在视区中输出而不失真，则（） A ．yb xl W W =yb xl V V B ．yt xr W W =yt xr V V

2020年02200现代设计方法真题精选

2020年02200现代设计方法真题精选 [填空题] 1画出梯度法流程图。 参考答案： [填空题] 2在现有的有限元分析程序中，其前处理程序一般应包含？ 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）各节点坐标值的确定； （4）可以使用图形系统显示单元分割情况； （5）检查单元分割的合理性。 [单项选择题] 3、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 参考答案：A [填空题] 4划分单元时应注意哪些问题。 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。 [填空题] 5可靠性 参考答案：是在规定的条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。 [单项选择题] 6、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 参考答案：A [填空题] 7简述有限元分析过程中，求总体刚度矩阵的两种主要方法和特点。 参考答案：L.直接根据总体刚度系数的定义分别求出它们，从而写出总体刚度矩阵，概念清晰，但是在分析复杂结构时运算极其复杂。 （2）分别先求出各单元的刚度矩阵，然后根据叠加原理，利用集成的方法，求出总体刚度矩阵。从单元刚度矩阵出发，单元刚度矩阵求法统一，简单明了，但总体刚度需要集成。 [单项选择题] 8、三维几何造型是CAD中的一种（） A.图形处理技术 B.工程分析技术 C.文档处理技术 D.软件设计技术 参考答案：A [填空题] 9什么是数据模型？常用的数据模型有哪三种？ 参考答案：数据模型是指数据库内部数据的组织方式，它描述了数据之间的各种联系，也是数据的高度结构化的表现。常用的数据模型有三种：层次型、网络型和关系型。 （1）层次型：指记录间是树型的组织结构，体现了记录间的“一对多”的关系。 （2）网络型：指事物之间为网络的组织结构，它体现了事物间的“多对多”的关系。

现代设计方法试卷及答案

现代设计方法试卷及答案 内点罚函数法的特点是当转换开关的可靠度为1时,非工作冗余系统 的可靠度为R1有限元位移法中单元分析的主要内容设计数据处理的常用 方法有那些简述求解优化问题的图解法基本步骤请简述梯度法和共轭梯度 法的特点简述可靠性的重要意义 课程名称：现代设计方法 一、单选题(每题1分，共10题，共10分，下列各小题备选答案中，只有一个符合题意的答案。多选、错选、不选均不得分) 1.参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 2.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 0，可有（）3.二维图形比例变换矩阵中Ta0d A.a=0,d=1 B.a=1,d=0 C.a=d=1 D.a=d=0 4.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 5.对于极小化F(某)，而受限于约束gμ(某)≤0(μ=0,1,2,…,m)的 优化问题，其内点罚函数表达式为（） A.(某,r(k))F(某)r(k)1/g(某) B.(某,r1m(k))F(某)r(k)1/g(某)1m

C.(某,r)F(某)r(k)(k)ma某 [0,g(某)]D.(某,r1m(k))F(某)r(k)min[0,g(某)]1m 6.设F(某)为区间(0,3)上的单峰函数，且F(1)=2、F(2)=1.5，则可将搜索区间(0,3)缩小为（） A．(0,2)B．(1,2)C．(2,3)D．(1,3) 7.标准正态分布是定义为（） A.μ＝1，σ＝0.5的正态分布 B.μ＝1，σ＝1的正态分布 C.μ＝0，σ＝1的正态分布 D.μ＝0.5，σ＝1的正态分布 8.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.0.006 B.0.004 C.0.01 D.0.12 9.当转换开关的可靠度为1时，非工作冗余系统的可靠度为R1,工作冗余系统的可靠度为R2，则R1与R2之间的关系为（） A.R1＜R2 B.R1＞R2 C.R1=R2 D.R1≤R2 10.设试验数为N0，累积失效数为Nf(t)，仍正常工作数N(t)，则存活频率是指（） A．Nf(t) N0B．Nf(t)N(t)N(t)C．D．N0Nf(t)N(t) 内点罚函数法的特点是当转换开关的可靠度为1时,非工作冗余系统的可靠度为R1有限元位移法中单元分析的主要内容设计数据处理的常用

现代设计方法_练习1及答案

《现代设计方法》（总分100分） 一单选题 (共18题，总分值18分，下列选项中有且仅有一个选项符合题目要求，请在答题卡上正确填涂。) 1.在约束优化方法中，容易处理含等式约束条件的优化设计方法是（ D ）。（1 分） A. 可行方向法 B. 复合形法 C. 内点罚函数法 D. 外点罚函数法 2. 平面三角形单元内任意点的位移可表示为三个节点位移的（ D ）。（1 分） A. 算术平均值 B. 代数和车员 C. 矢量和 D. 线性组合 3. Powell修正算法是一种（ A ）。（1 分） A. 一维搜索方法 B. 处理约束问题的优化方法 C. 利用梯度的无约束优化方法 D. 不利用梯度的无约束优化方法 4. 在一平面桁架中，节点3处铅直方向位移为已知，若用置大数法引入支承条件，则应将总体 刚度矩阵中的（ B ）。（1 分） A. 第3行和第3列上的所有元素换为大数A B. 第6行第6列上的对角线元素乘以大数A C. 第3行和第3列上的所有元素换为零 D. 第6行和第6列上的所有元素换为零 5. 平面应力问题中(Z轴与该平面垂直)，所有非零应力分量均位于（ A ）。 A. XY平面内 B. XZ平面内 C. YZ平面内 D. XYZ空间内 6. 对于二次函数F(X)= X T AX+b T X+c ,若X*为其驻点，则▽F(X*)为（ A ）。（1 分） A. 零 B. 无穷大 C. 正值 D. 负值 7. 约束极值点的库恩——塔克条件为：，当约束函数是g i(X) ≤0和λi>0时，则q应为（ D ）。（1 分） A. 等式约束数目 B. 不等式约束数目 C. 起作用的等式约束数目 D. 起作用的不等式约束数目 8. 已知F(X)=(x1-2)2+x22,则在点处的梯度为（ D ）。（1 分）

现代设计方法试卷及答案

《现代设计方法》 （课程代码：02200） 一、单项选择题（本大题共20小题，每小题1分，共20分） 1．数字化仪在早期CAD作业中经常使用，它是一种（） A．输入设备B．输出设备 C．存储设备D．绘图设备 2．滚筒式绘图仪一般采用插补原理进行绘图，但在绘图过程中有时不需要插补。绘制以下方向的线段时需要插补的是（） A．X方向线段B．Y方向线段 C．±45o方向线段D．一般方向线段 3．在采用Cohen—Sutherland编码裁剪算法剪裁线段时，如果一条线段跨越两个区，则当其两端点编码的逻辑乘为零时，则该线段( ) A．全部可见B．全部不可见 C．部分可见D．不确定 4．在消隐处理中，当进行平面可见性测试时，若平面的法线矢量和视线矢量的夹角大于90o，则该面（） A．可见B．不可见 C．部分可见D．不确定 5．一逐行扫描光栅显示器的水平扫描频率为15600H Z，垂直扫描频率为50H Z，则该显示器（） A．水平方向有15600个像素点B．垂直方向有312条水平扫描线C．一条水平扫描线上有312个像素点D．垂直方向上有50条扫描线 6．F（x）为单值、连续、可微且无约束的一元函数，则在点x=x*处有极大值的充分条件是（） A.B． 第1页（共9页）

第2页（共9页） C ．0)(=''* X F D ．0)(0 )(<''='** X F X F 7．外点罚函数法的特点是（ ） A ．适合处理等式约束的最优化问题 B ．探索过程在可行域内进行 C ．适合处理不等式约束的最优化问题 D ．需要先求出初始内点 8．在单峰搜索区间[a ，b]内任取两点a 1、a 2，若函数值F(a 1)=F(a 2)，则缩小后的区间为（ ） A ．[a ，a 1] B ．[a 1，b] C ．[a 1，a 2] D ．[a ，a 2] 9．以下关于函数的梯度的说法不正确的是（ ） A ．函数的梯度是标量 B ．函数值沿梯度方向变化最剧烈 C ．函数的梯度是矢量 D ．求函数的极小值时常沿负梯度方向搜索 10．多元函数F(x)在点X * 附近一阶偏导数连续，则该点为极大值点的充分条件为（ ） A ．F （x * ）=0 B ． F （x *）=0，H （x *）正定 C ．F （x * ）=0 D ． F （x * ）=0，H （x * ）负定 11．平面桁架结构中，某单元局部编码依次对应的总体编码为8，6，则单元则度矩阵中的元素k 34应放入总体刚度矩阵[K]中的（ ） A ．16行15列 B ．11行12列 C ．12行16列 D ．11行15列 12．平面三解形单元的刚度矩阵阶数为（ ） A ．2×2 B ．3×3 C ．4×4 D ．6×6 13．平面刚架结构中的杆单元，单元中的位移分量个数为（ ） A ．3 B ．6 C ．9 D ．12 14．平面问题的弹性矩阵与材料的（ ） A ．弹性模量和硬度有关 B ．弹性模量和泊松比有关 C ．弹性模量和强度有关 D ．强度和泊松比有关 15．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（ ） E /（12μ-）μ-

现代设计方法习题及答案

现代设计方法思考题和练习题 一、有限元部分 思考题 1有限单元法中离散的含义是什么？有限单元法是如何将具有无限自由度的连续介质问题转 变成有限自由度问题？ 2位移有限单元法的标准化程式是怎样的？ 3什么叫做节点力和节点载荷？两者有什么不同？为什么应该保留节点力的概念？ 4单元刚度矩阵和整体刚度矩阵各有哪些性质？单元刚度系数和整体刚度系数的物理意义是 什么？两者有何区别？ 5减少问题自由度的措施有哪些？各自的基本概念如何？ 6构造单元函数应遵循哪些原则？ 7在对三角形单元节点排序时，通常需按逆时针方向进行，为什么？ 8采用有限元分析弹性体应力与变形问题有哪些特点和主要问题？ 9启动ANSYS-般需几个步骤？每一步完成哪些工作？ 10进入ANSYSH,图形用户界面分几个功能区域？每个区域作用是什么？ 11 ANSYS提供多种坐标系供用户选择，主要介绍的6种坐标系的主要作用各是什么？ 12工作平面是真实存在的平面吗？怎么样理解工作平面的概念和作用？它和坐标系的关系是怎样的？ 13如何区分有限元模型和实体模型？ 14网格划分的一般步骤是什么？ 15单元属性的定义都有什么内容？如何实现？如何实现单元属性的分配操作？ 16自由网格划分、映射网格划分和扫掠网格划分一般适用于什么情况的网络划分？使用过程中各需要注意什么问题？ 17如何实现网格的局部细化？相关高级参数如何控制？ 18负载是如何定义和分类？ 19在有限元模型上加载时，节点自由度的约束有几种？如何实现节点载荷的施加？ 20与有限元模型加载相比，实体模型加载有何优缺点？如何实现在点、线和面上载荷的施加’ 21 ANSYS提供的两种后处理器分别适合查看模型的什么计算结果？ 22使用POST1后处理器，如何实现变形图、等值线图的绘制？ 习题 试用ANSYS应用程序计算下列各题： 1. 如习题图2-1，框架结构由长为1米的两根梁组成，各部分受力如图表明， E=2.01 10 pa，J =0.32，求各节点的力及力矩，节点位移。

现代设计方法试题及答案

现代设计方法试题 一、单项选择题(本大题共20小题。每小题1分。共20分) 1．CAD 一词已经成为世界通用的名词，它是指（ A ） 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 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（ C ） A ．3，4，5 B ．4，5，6 C ．5，6，7 D ．6，7，8 3．设备坐标系的维数一般为（ B ） A ．一维 B ．二维 C 三维 D ．四维 4．将平面图形沿*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 ） A ．⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡11510010001 B ．⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--11510010001 C ．⎥⎥⎥⎦⎤ ⎢⎢⎢⎣⎡101001500010D ．⎥⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎢ ⎣⎡10100150001 5．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（ D ） 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 6．若函数F(*)在Dl 上具有连续二阶导数(D 是Dl 内部的凸集)，则F(*)为D 上的凸函数的充分必要条件是F(*)的Hessian 矩阵（ C ） A ．半正定 B ．正定 C ．半负定 D ．负定 7．对约束优化问题，设计变量的选择（ C ） A ．可以在可行域中 B ．不允许在可行域中 C ．只允许在可行域中 D ．不一定在可行域中 8．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（ C ） A ．复合形法 B ．简约梯度法 C ．罚函数法 D ．共轭梯度法 9．在解决线性规划问题时，首选的优化方法为（ B ） A ．外点罚函数法 B ．单纯形法 C ．拟牛顿法 D ．变尺度法 10．当目标函势沩凸函数，约『束函彭嘣黜函数时，K —T 条件是约束优化问题取得极值的（ D ） A ．必要条件 B ．充分条件 C ．一般条件 D ．充分必要条件 11．有限元分析中，下列单元属于二维单元的是（ D ） A ．六面体单元 B ．四面体单元 C ．杆单元 D ．三角形单元 12．用有限元方法求解问题获得的解属于（ A ） A ．近似解 B ．精确解 C ．解析解 D ．半解析解 13．采用杆单元进行平面刚架有限元分析，杆单元的一端具有（ B ） A ．两个自由度 B ．三个自由度 C ．四个自由度 D ．六个自由度 14．*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（ D ） 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 1 5．在平面应变问题中，沿轴线方向（ C ） 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 16．若产品的平均寿命等于失效率的倒数则产品的寿命服从（ C ） A ．正态分布 B ．泊松分布 C ．指数分布 D ．二项分布 17．在平均安全系数不变的情况下，由于强度(或应力)的分散度增大会使零件的可靠度（ A ） A ．降低 B ．提高 C ．不变 D ．无法确定 18．当系统中任何—个零件发生故障都会导致整个系统失效，该系统是（ A ） A ．串联系统 B ．冗余系统 C ．表决系统 D ．非工作冗余系统 19．并联系统的可靠度比组成该系统的零件的可靠度（ B ） A ．底 B ．高 C ．相等 D ．不确定 20．产品工作到t 时刻后的单位时间内发生失效的概率称为（ D ） A ．平均寿命 B ．平均失效密度 C ．平均可靠度 D ．平均失效率 二、多项选择题(本大题共5小题。每小题2分．共10分) 21．下列设备属于CAD 的输入设备的，有（ BCE ） A ．显示器 B ．扫描仪 C ．键盘 D ．绘图仪 E ．光笔 22．通过矩形窗口与矩形视区的匹配，可以实现图形的（ ABD ） A ．放大 B ．缩小 C ．锗切 D ．摇视 E 平移 23．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（ BE ） A ．坐标轮换法 B ．梯度法 C ．单纯形 D ．Powell 法 E ．变尺度法 24．单元刚度矩阵具有（ ACE ）

《现代设计方法》试题题库

现代设计方法试题题库 1.无约束优化方法有（）法。 A.梯度 B.0.618 C.牛顿法 D.坐标轮换法 E.鲍威尔法 答案:A|C|D|E 2.单元刚度矩阵元素的值与单元（）有关。 A.形状 B.节点数 C.节点自由度 D.物理性质 E.化学性质 答案:A|B|C|D 3.提高有限元计算精度的方法有（）。 A.提高单元阶次 B.增加单元数量 C.规则单元形状 D.接近实际的边界条件

E.减小计算规模 答案:A|B|C|D|E 4.元件之间连接的基本方式有（）等。 A.串联 B.并联 C.待机 D.表决 E.混合 答案:A|B|C|D 5.余度技术可以采用（）。 A.并联方式 B.表决方式 C.备用方式 D.交叉方式 E.直接方式 答案:A|B|C 6.能处理含等式约束条件的有约束设计优化方法有( )。 A.Powell法 B.变尺度法 C.内点罚函数法

D.外点罚函数法 E.混合罚函数法 答案:D|E 7.下面给出的数学模型中，属于线性规划的有( )。A. B. C. D. E. 答案:A|B|E 8.下面关于梯度法的一些说法，正确的是( )。 A.只需求一阶偏导数 B.在接近极小点位置时收敛速度很快

C.在接近极小点位置时收敛速度很慢 D.梯度法开始时的步长很小，接近极小点时的步长很大 E.当目标函数的等值线为同心圆时，任一点处的负梯度都是全域的最速下降方向答案:A|C|E 9.下述矩阵中，正定矩阵为( )。 A. B. C. D. E. 答案:A|B|E 10.当零件强度和应力均为正态分布时，提高零件可靠度的措施有( )。 A.提高强度的标准差 B.降低强度的标准差 C.提高应力的标准差 D.降低应力的标准差 E.增加强度的均值

自考《现代设计方法》试题及答案

四川自考《现代设计方法》习题 一、单选题 1. 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) 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 2.工程数据处理中，使用线性插值法完成(A ） A。一元插值 B.二元插值 C。曲线拟合 D.曲线绘制 3.三维几何造型是CAD中的一种(A ） A.图形处理技术 B.工程分析技术 C.文档处理技术 D.软件设计技术4。 CAD系统中，支撑用户进行CAD工作的通用性功能软件是（B ) A.系统软件 B。支撑软件 C。专用操作软件 D。专用应用软件5。若在CAD系统中,固定窗口参数,同时缩小视区高度和宽度，则视图内图形（B ）A。比例增大 B.比例缩小 C。左右移动 D.上下移动 6。 CAD系统中不是按其描述和存储内容的特征划分的几何模型（ D ） A.线框几何模型 B.表面几何模型 C.实体几何模型 D。曲面几何模型 7.世界坐标系、设备坐标系、规格化坐标系的转换关系是（ C ） A．WC→DC→NDC B．NDC→DC→WC C．WC→NDC→DC D．DC→WC→NDC 8。参数化绘图在定义图形时关键是利用了图形的（ A ） A．相似性 B．多样性 C．个别性 D．特殊性 9.下列设备不属于CAD作业输入设备的，有( A ) A．绘图仪 B．键盘 C．数字化仪 D．光笔 10.为使窗口-视区变换后的图形在视区中输出而不失真，则（ C ） A．= B．= C．= D．= 11.平面问题的弹性矩阵与材料的（ D) 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 12.三维图形变换矩阵，中l表示产生的（D ) A.比例变换 B。对称变换 C。错切变换 D。平移变换 13。二维图形比例变换矩阵中，可有（C ) A.a=0，d=1 B. a=1,d=0 C。 a=d=1 D。 a=d=0 14。已知变换矩阵,则图形将在（ B ） A．X方向放大2倍 B．Y方向放大2倍 C．X方向平移2 D．Y方向平移2