2018年自考《现代设计方法》试题及答案
填空题
1.弹性力学问题的有限位移法，包括三个步骤：结构离散法、单元分析、整体分析。
2.设计的发展分为四个阶段: 直观发展阶段、经验发展阶段、中间试验辅助设计阶段、现代设计阶段。
3.当前，CAD的应用主要有以下几个方面：工程设计与分析、几何造型、绘图、工程数据库和设计文档。
4.彩色:是指黑白系列以外的各种颜色，如各种光谱色均为彩色
5.所谓虚位移，是一种假想加到系统上，为系统的约束条件所允许的任意微小位移。
6.单元：即原始结构离散后，满足一定几何特性和物理特性的最小结构域。
7.求解一维目标函数f(a)的极小点和极小值的数值迭代方法称为一维搜索方法。
8.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，是衡量机械产品质量的一个重要指标。
9.工业设计主要包括三个方面的内容：1)产品的设计，2)与产品有关的视觉传达设计，
3)由产品设计扩展开的环境设计。
0.产品设计相关因素涉及到功能，技术，审美三个方面的内容。它们是互相依存、互相制约、互相渗透，组成了一个矛盾的统一体。
11.工程数据处理的两种方法是：将设计数据转变为程序，利用数据库管理设计数据。
12.弹性力学平面问题的基本方程有三个：几何方程、物理方程、平衡方程。
13. 机电产品零件失效曲线分为三个区域，分别为：早期失效区域、正常工作区域和功能失效区域。
14.CAD是采用硬件与计算机软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法与技术，包括设计、绘图、工程分析、文档制作等设计活动，是一种新的设计方法，也是一门多学科综合应用技术。
15.产品设计构思方法：自由构想法、系统构想法、.类比构想法。
16作用于物体的外力分为体积力和表面力，简称体力和面力。
17非彩色:指白色、黑色和各种深浅不同的灰色组成的系列，称为白黑系列。
18产品设计涉及到功能，技术，审美三个方面的内容。它们是互相依存、互相制约、互相渗透，组成了一个矛盾的统一体。
19黄金分割法又称0.618法，它是通过不断缩短搜索区间的长度来寻求一维函数f(X)
的极小点。
20失效率也称故障率产品工作到t时刻后，单位时间内失效的概率。
21.产品设计相关因素有：功能、技术、审美。
22.优化设计的数学模型由设计变量、目标函数、约束条件三部分组成。
23.传统的设计方法是静态的，经验的，手工的方法。现代设计方法动态的，科学的，计算机的方法(CAD，CAE等)。
24.把物体的形状及其属性转变为计算机的内部表示。对于机械CAD系统，几何造型是其核心功能。几何造型分为线框造型、曲面造型和实体造型。
25. 体力是分布在物体体积中的力，如重力和惯性力。
26、工业设计的目标：功能和美的统一。
27.弹性力学的有限元分析计算可分为三个步骤: 物体离散、单元分析、整体分析与求解
28.色度学是对颜色刺激进行测量、计算和评价的学科。
29.可靠度表示产品在规定的工作条件下和规定的时间内完成规定功能的概率
30.节点力：单元与单元间通过节点的相互作用力。
简答题
1简述全寿命周期设计的特点：
答：P237P238
2. 简述整体刚度矩阵的集成规则。
答：(1)先求出每个单元的刚度矩阵【K】;
(2)将【K】的每个子块【Kij】进行换号，换成对应的整体编号;
(3)将换号以后的子块送到整体刚度矩阵中的对应位置上;
(4)若在同一位置上有几个单元的相应子块送到，则应进行叠加。
3.简述对于平面刚架问题，如何将整体坐标系的单元刚度集成为总体刚度矩阵。
答：(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。
4.在有限元分析中，为什么要采用半带存储?
.(1)单元尺寸越小，单元数越多，分析计算精度越高
(2)总刚矩阵具有对称性、稀疏性以及非零元素带形分布规律。
(3)只存储主对角线元素以及上(或下)三角矩阵中宽为NB的斜带形区内的元素，可以大大减小所需内存量。
5.试写出从视区中一点V(xv,yv)到窗口中一点W(xw,yw)的变换公式及相应参数的意义。
6.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。
答.强度一应力干涉理论中“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”表示阻止失效发生的任何因素。
“强度”和“应力”是一对矛盾的两个方面，它们具有相同的量纲;例如，在解决杆、梁或轴的尺寸的可靠性设计中，“强度”就是指材料的强度，“应力”就是指零件危险断面上的应力，但在解决压杆稳定性的可靠性设计中，“强度”则指的是判断压杆是否失稳的“临界压力”，而“应力”则指压杆所受的工作压力。
7.简述创新思维的法则和形式有哪些?
答：教材P228
8.简述CAD、计算机绘图、计算机形图学的概念、区别及联系。
答：CAD是一种用计算机硬软件系统辅助人们，对产品或工程进行设计的方法与技术，包括设计、制图、工程分析与文档制作等设计活动。计算机绘图是实用图形软件和硬件进行绘图及有关标注的一种方法和技术，是以摆脱繁重的手工绘图为目标的。计算机形图(CG)
是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专业设备上显示的原理方法和技术的科学。
三者既有区别也有联系。表述如下：计算机绘图是CG中涉及工程图形绘制的一个分支，
它为人们用软件操作提供服务;计算机绘图不是CAD的全部内涵，但是CAD技术的基础之一;CG是一门独立的科学，有自己丰富的技术内涵，它与CAD有明显区别，但它的有关图形处理的理论与方法构成了CAD技术的重要基础。
9.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?
答.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;
若初始罚因子选得过大，则导致前几次的迭代点远离约束边界，使计算效率降低。
10.可靠性与可靠度二者在概念上有何区别与联系?
答.可靠性是指产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成规定功能的能力;
可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，可靠度是对产品可靠性的概率度量。
11.简述在处理总体刚度矩阵时引入竖带矩阵的可能性与必要性。其带宽如何计算?
答.可能性：稀疏性及带宽性
必然性：减少内存
NB=(相邻节点总码的最大差值+1)×节点的自由度数
12简述绿色产品的定义及内涵
答：P244
13.对于平面桁架中的杆单元，其单元刚度矩阵在局部坐标系中是几阶方阵?在整体坐标系中
是几阶方阵?并分析出两坐标系间的坐标转换矩阵。
答.在局部坐标系是2阶方阵在整体坐标系是4阶方阵坐标转换矩阵
[T]
14.简述可行方向法中，对于约束优化设计问题：
minF(X) (X∈Rn)
s.t.gu(X)≤0(u=1,2,…,m)
确定适用可行方向S时应该满足的要求。
答.(1)满足可行方向的要求
[▽gu(X(k))]TS(k)≤0 (u=1,2,…,j
(2)满足适用方向(目标函数值下降)的要求
[▽F(X(k))]TS(k)<0
(3)同时满足1、2要求的即为适用可行方向。
16.产品设计与机械设计的区别和联系有哪些?
答：区别：产品设计最根本的出发点，就是以人为中心来考虑问题。人的基本要求有两个方面：一是使用功能，二是审美要求。产品设计的任务就是要实现这两方面的统一。所以凡是要求实现使用功能与美观相统一的产品，都属于产品设计的范畴，而那些只要求实用，与人实用无直接关系的零部件是属于机械设计的范畴。
联系：机械设计不能代替产品设计，机械设计是产品设计的基础，只有双方结合与协作，才能设计出理想的产品。
17.简述梯度法的基本原理和特点。
答：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，从而求得目标函数额极小值。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。
18.与文件系统相比，数据库系统的主要特征有哪些?
答：数据库的主要特征有：
(1)实现了数据共享，减少了数据冗余;
(2)数据存储的结构化;
(3)增强了数据的独立性;
(4)加强了对数据的保护。
一、填空题(每空1分，共25分)
1、人类从事设计活动大致经历了四个阶段。分别为、、、。
2、传统设计方法是以、、、为特征的设计方法。
3、现代设计方法与传统设计方法的关系是、。
4、设计方法学研究的主要内容是、、、、、。
5、产品设计的类型可分为、、。
6、常用系统可靠度的分配方法为、、。
7、有限元法求解问题的主要计算步骤、、。
二、简答题(共35分)
1、工业造型设计的特征。(6分)
2、详述机械产品的设计过程。(10分)
3、故障树分析法及其特点。(11分)
4、有限元分析法的实质。(8分)
三、计算题(共40分)
1、用加权计分法对某手表的三种设计方案进行评价。(12分)
附1：评价目标树：
参考答案：
一、填空题(每空1分，共25分)
1、直觉设计阶段，经验设计阶段，半理论半经验设计阶段，现代设计阶段。
2、静态分析，近似计算，经验设计，手工劳动。
3、继承关系，共存与突破的关系。
4、设计对象，设计过程及程序，设计思维，设计评价，设计信息管理，现代设计理论与方法的应用。
5、开发性设计，适应性设计，变型设计。
6、等分配法，按相对失效率比分配，AGREE分配法。
7、连续体离散化，单元分析，整体分析。
二、简答题(共35分)