1、现代设计方法自考真题 2015 年 10 月及答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、第部分 选择题(总题数：16，分数：16.00)1.在以下列出的硬件设备中，是输入设备的是_（分数：1.00）A.CPUB.打印机C.扫描仪D.显示器2.产品模型的工程分析是 CAD 系统的主要功能之一，以下技术属于该方面技术的为_（分数：1.00）A.三维几何造型B.优化设计C.工程数据管理D.工程图绘制3.以下软件属于 CAD 支撑软件的是_（分数：1.00）A.Visual C+B.Solid worksC.Windows XPD.LISP4.以下图形变换属于基本变换的是_（分数：1.0
2、0）A.图形绕(2，3)点旋转 90B.图形关于直线 2x+3y+4=0 对称C.图形对称 x 轴D.图形沿 x 轴平移 1 个单位，然后绕(0，0)点旋转 305.点 X * 为多元函数 F(X)的驻点，在 X * 附近 F(X)具有连续的二阶偏导数，则 X * 为 F(X)极大值点的充分条件为 F(X)的 Hessian 矩阵_（分数：1.00）A.负定B.不定C.半正定D.正定6.外点罚函数法是求解有约束问题的常用方法，该方法_（分数：1.00）A.罚函数定义于可行域内，搜索过程从可行域内部逼近最优解B.罚函数定义于可行域内，搜索过程从可行域外部逼近最优解C.罚函数定义于可行域外，搜索过
3、程从可行域内部逼近最优解D.罚函数定义于可行域外，搜索过程从可行域外部逼近最优解7.对于无约束优化问题，如果目标函数的一阶和二阶偏导数易于计算，但问题规模较大，每一步的Hessian 矩阵求解费时较多，则以下方法中比较适合解决该类问题的方法为_（分数：1.00）A.拟牛顿法B.变尺度法C.Powell 法D.梯度法8.函数 （分数：1.00）A.B.C.D.9.一维简单拉压杆单元，在局部坐标系下的单元刚度矩阵为_（分数：1.00）A.22 阶矩阵B.33 阶矩阵C.44 阶矩阵D.66 阶矩阵10.采用三角形单元对一平板进行强度分析，共划分 8 个结点 9 个单元，则在未引入支撑条件前，该结构
4、的总体刚度矩阵为_（分数：1.00）A.1616 阶矩阵B.1818 阶矩阵C.2424 阶矩阵D.2727 阶矩阵11.一维简单拉压杆单元的刚度矩阵与材料的弹性模量 E，泊松比 的关系为_（分数：1.00）A.与 E 有关，与 有关B.与 E 有关，与 无关C.与 E 无关，与 有关D.与 E 无关，与 无关12.平面三角形单元采用线性位移模式，几何矩阵为 B，弹性矩阵为 D，则_（分数：1.00）A.B 为坐标的函数，D 为坐标的函数B.B 不为坐标的函数，D 为坐标的函数C.B 不为坐标的函数，D 不为坐标的函数D.B 为坐标的函数，D 不为坐标的函数13.用 100 只电容进行实验，工
5、作到 40 小时时有 16 只损坏，工作到 60 小时时又有 8 只损坏，从 40 小时到 60 小时这段时间，电容的平均失效密度为_（分数：1.00）A.0.004B.0.012C.0.048D.0.0814.当零件材料强度的均值大于应力的均值时，零件的平均安全系数为 ，失效概率为 F，则_ A B C D （分数：1.00）A.B.C.D.15.一个系统由若干个环节串联而成，只要其中一个环节失效，整个系统就失效，则这种失效模式的失效概率服从_（分数：1.00）A.正态分布B.对数正态分布C.指数分布D.威布尔分布16.一系统由 N 个相同元件组成，每个元件的可靠度都为 R，若容许一个元件失
6、效，系统仍能正常工作，则系统的可靠度为二项分布中_（分数：1.00）A.第一项的系数B.第二项的系数C.第一项的系数与第二项系数之和D.第一项的系数与第二项系数之差二、多项选择题(总题数：4，分数：12.00)17.以下图形变换矩阵作用效果相同的是_ A B C D E （分数：3.00）A.B.C.D.E.18.以下所列出的要素中，为优化设计问题的基本要素的是_（分数：3.00）A.设计变量B.设计常量C.目标函数D.约束条件E.可行域19.在有限元分析时，以下因素中与结构总体刚度矩阵的大小有关的因素有_（分数：3.00）A.单元的类型B.节点数C.材料种类数D.节点自由度数E.载荷的数量2
7、0.由 ABC 三个元件组成的三分之二表决系统，能正常工作的情况为_（分数：3.00）A.A、B、C 全部正常工作B.A 失效，B、C 正常工作C.B 失效，A、C 正常工作D.C 失效，A、B 正常工作E.A、B、C 全部不能正常工作三、第部分 非选择题(总题数：8，分数：24.00)21.CAD 系统的硬件组成很难有一个统一的标准，一个典型的 CAD 系统的基本硬件一般由主机、输入设备、输出设备和 1 设备及计算机网络等几部分组成。 （分数：3.00）22.计算机的系统软件包括操作系统、汇编系统、 1 系统和诊断系统等。 （分数：3.00）23.约束条件可分为 1 约束和性能约束两类。 （
8、分数：3.00）24.一维搜索方法中黄金分割法每次缩短后的新区间与原区间长度的比值始终是一个常数，此常数为 1。 （分数：3.00）25.用有限元法分析汽车车架的固有频率和振型，该问题属于 1 问题。 （分数：3.00）26.无逆矩阵的矩阵称为奇异矩阵，其 1 的值等于零。 （分数：3.00）27.产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的 1 称作产品的可靠度。 （分数：3.00）28.某零件的强度和应力的分布密度函数分别为 f r (r)和 f s (s)，则计算零件可靠度的一般方程为 R= 1。 （分数：3.00）四、简答题(总题数：4，分数：28.00)29.常用数据模型有哪几种?
9、各自有何特点? （分数：7.00）_30.简述库恩塔克条件及其几何意义。 （分数：7.00）_31.简述可靠度分配的等同分配法和加权分配方法的原理和特点。 （分数：7.00）_32.简述在有限元分析时，如何确定节点位置和单元数量。 （分数：7.00）_五、计算题(总题数：2，分数：20.00)33.将下列数据拟合成 y=a 0 +a 1 x+a 2 x 2 形成的经验公式。(计算结果保留两位小数) x i 1 2 3 4 5 y i 2.05 3.90 11.20 24.20 42.45 （分数：10.00）_34.由相互垂直的两杆组成的平面刚架结构，节点编号单元编号如图示，在节点 3 上作用
10、垂直向下的大小为 100N 的力，单元和单元在局部坐标系下的单元刚度矩阵相同，都为 引入支撑条件写出平衡方程。 （分数：10.00）_现代设计方法自考真题 2015 年 10 月答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、第部分 选择题(总题数：16，分数：16.00)1.在以下列出的硬件设备中，是输入设备的是_（分数：1.00）A.CPUB.打印机C.扫描仪 D.显示器解析：解析 人机交互工作方式是 CAD 系统的主要工作方式，输入 CAD 系统的信息包括数值、文本、几何数据、图形、图像等，常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。CPU 为主机的组成部件。打印机、显示器属于输出设备
11、。2.产品模型的工程分析是 CAD 系统的主要功能之一，以下技术属于该方面技术的为_（分数：1.00）A.三维几何造型B.优化设计 C.工程数据管理D.工程图绘制解析：解析 在产品几何模型的基础上可以进行动力学分析、有限元分析、优化设计以及各行各业中的工程问题分析。3.以下软件属于 CAD 支撑软件的是_（分数：1.00）A.Visual C+B.Solid works C.Windows XPD.LISP解析：解析 A、C、D 三项属于 CAD 系统软件。4.以下图形变换属于基本变换的是_（分数：1.00）A.图形绕(2，3)点旋转 90B.图形关于直线 2x+3y+4=0 对称C.图形对称
12、 x 轴 D.图形沿 x 轴平移 1 个单位，然后绕(0，0)点旋转 30解析：5.点 X * 为多元函数 F(X)的驻点，在 X * 附近 F(X)具有连续的二阶偏导数，则 X * 为 F(X)极大值点的充分条件为 F(X)的 Hessian 矩阵_（分数：1.00）A.负定 B.不定C.半正定D.正定解析：6.外点罚函数法是求解有约束问题的常用方法，该方法_（分数：1.00）A.罚函数定义于可行域内，搜索过程从可行域内部逼近最优解B.罚函数定义于可行域内，搜索过程从可行域外部逼近最优解C.罚函数定义于可行域外，搜索过程从可行域内部逼近最优解D.罚函数定义于可行域外，搜索过程从可行域外部逼近
13、最优解 解析：解析 外点罚函数法的基本思想是将罚函数定义于约束可行域之外，且求解无约束问题探索点是从可行域外部逐步逼近原目标函数的约束最优解。7.对于无约束优化问题，如果目标函数的一阶和二阶偏导数易于计算，但问题规模较大，每一步的Hessian 矩阵求解费时较多，则以下方法中比较适合解决该类问题的方法为_（分数：1.00）A.拟牛顿法B.变尺度法 C.Powell 法D.梯度法解析：8.函数 （分数：1.00）A. B.C.D.解析：解析 函数 的一阶偏导为 9.一维简单拉压杆单元，在局部坐标系下的单元刚度矩阵为_（分数：1.00）A.22 阶矩阵 B.33 阶矩阵C.44 阶矩阵D.66 阶
14、矩阵解析：10.采用三角形单元对一平板进行强度分析，共划分 8 个结点 9 个单元，则在未引入支撑条件前，该结构的总体刚度矩阵为_（分数：1.00）A.1616 阶矩阵 B.1818 阶矩阵C.2424 阶矩阵D.2727 阶矩阵解析：11.一维简单拉压杆单元的刚度矩阵与材料的弹性模量 E，泊松比 的关系为_（分数：1.00）A.与 E 有关，与 有关B.与 E 有关，与 无关 C.与 E 无关，与 有关D.与 E 无关，与 无关解析：12.平面三角形单元采用线性位移模式，几何矩阵为 B，弹性矩阵为 D，则_（分数：1.00）A.B 为坐标的函数，D 为坐标的函数B.B 不为坐标的函数，D 为
15、坐标的函数C.B 不为坐标的函数，D 不为坐标的函数 D.B 为坐标的函数，D 不为坐标的函数解析：13.用 100 只电容进行实验，工作到 40 小时时有 16 只损坏，工作到 60 小时时又有 8 只损坏，从 40 小时到 60 小时这段时间，电容的平均失效密度为_（分数：1.00）A.0.004 B.0.012C.0.048D.0.08解析：解析 从 40 小时到 60 小时，电容的平均失效密度=8/100/(60-40)=0.004。14.当零件材料强度的均值大于应力的均值时，零件的平均安全系数为 ，失效概率为 F，则_ A B C D （分数：1.00）A. B.C.D.解析：解析
16、强度均值大于应力均值时，即 r s ，平均安全系数 ，失效概率 F50%；强度均值小于应力均值时，即 r s ，平均安全系数 15.一个系统由若干个环节串联而成，只要其中一个环节失效，整个系统就失效，则这种失效模式的失效概率服从_（分数：1.00）A.正态分布B.对数正态分布C.指数分布D.威布尔分布 解析：16.一系统由 N 个相同元件组成，每个元件的可靠度都为 R，若容许一个元件失效，系统仍能正常工作，则系统的可靠度为二项分布中_（分数：1.00）A.第一项的系数B.第二项的系数C.第一项的系数与第二项系数之和 D.第一项的系数与第二项系数之差解析：二、多项选择题(总题数：4，分数：12.
17、00)17.以下图形变换矩阵作用效果相同的是_ A B C D E （分数：3.00）A. B.C.D.E. 解析：解析 A 项，18.以下所列出的要素中，为优化设计问题的基本要素的是_（分数：3.00）A.设计变量 B.设计常量C.目标函数 D.约束条件 E.可行域解析：解析 优化设计的数学模型通常包括设计变量、目标函数和约束条件三要素。19.在有限元分析时，以下因素中与结构总体刚度矩阵的大小有关的因素有_（分数：3.00）A.单元的类型 B.节点数 C.材料种类数D.节点自由度数 E.载荷的数量解析：20.由 ABC 三个元件组成的三分之二表决系统，能正常工作的情况为_（分数：3.00）A
18、.A、B、C 全部正常工作 B.A 失效，B、C 正常工作 C.B 失效，A、C 正常工作 D.C 失效，A、B 正常工作 E.A、B、C 全部不能正常工作解析：解析 2/3 表决系统正常工作时，可有(也仅有)以下四种情况：(1)A、B、C 全部正常工作。(2)A失效，B、C 正常工作。(3)B 失效，A、C 正常工作。(4)C 失效，A、B 正常工作。三、第部分 非选择题(总题数：8，分数：24.00)21.CAD 系统的硬件组成很难有一个统一的标准，一个典型的 CAD 系统的基本硬件一般由主机、输入设备、输出设备和 1 设备及计算机网络等几部分组成。 （分数：3.00）解析：存储22.计算
19、机的系统软件包括操作系统、汇编系统、 1 系统和诊断系统等。 （分数：3.00）解析：编译23.约束条件可分为 1 约束和性能约束两类。 （分数：3.00）解析：边界24.一维搜索方法中黄金分割法每次缩短后的新区间与原区间长度的比值始终是一个常数，此常数为 1。 （分数：3.00）解析：0.61825.用有限元法分析汽车车架的固有频率和振型，该问题属于 1 问题。 （分数：3.00）解析：特征值26.无逆矩阵的矩阵称为奇异矩阵，其 1 的值等于零。 （分数：3.00）解析：行列式27.产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的 1 称作产品的可靠度。 （分数：3.00）解析：概率28.某零
20、件的强度和应力的分布密度函数分别为 f r (r)和 f s (s)，则计算零件可靠度的一般方程为 R= 1。 （分数：3.00）解析：四、简答题(总题数：4，分数：28.00)29.常用数据模型有哪几种?各自有何特点? （分数：7.00）_正确答案：()解析：(1)层次模型。指记录间是树型的组织结构，体现了记录间“一对多”的关系，具有结构简单、清晰的特点，适用于记录之间本身就存在一种自然的层次关系，但它难于处理记录之间复杂的联系。 (2)网络模型。指事物之间为网络的组织结构，体现了事物间的“多对多”的关系。能处理事物之间非常复杂的联系，模型结构极其复杂。 (3)关系模型。以集合论中的“关系”
21、的概念为理论基础，把信息定义为一张二维表的组织结构，每一张表为一个关系，表中的每一行为一个记录，每一列为数据项。30.简述库恩塔克条件及其几何意义。 （分数：7.00）_正确答案：()解析：库恩塔克条件可表示为梯度形式，即 31.简述可靠度分配的等同分配法和加权分配方法的原理和特点。 （分数：7.00）_正确答案：()解析：等同分配法：按照系统中各单元(子系统或零部件)的可靠度均相等的原则进行分配。计算简单，没有考虑各子系统现有的可靠度水平、重要性等因素。 加权分配法：把各子系统在整个系统中的重要度以各子系统的复杂度作为权重来分配可靠度。计算麻烦一些，但考虑了子系统的重要度。32.简述在有限元
22、分析时，如何确定节点位置和单元数量。 （分数：7.00）_正确答案：()解析：节点的选择：若结构在几何形状、材料性质和外部条件无突变时，该结构应等分成几个单元，节点呈等距分布。若存在不连续性，节点应选在突变处。 单元数量：取决于要求的精度、单元的尺寸及自由度的数量。单元的数量越多精度越高，但这有一个界限。五、计算题(总题数：2，分数：20.00)33.将下列数据拟合成 y=a 0 +a 1 x+a 2 x 2 形成的经验公式。(计算结果保留两位小数) x i 1 2 3 4 5 y i 2.05 3.90 11.20 24.20 42.45 （分数：10.00）_正确答案：()解析：设经验公式
23、为 y=a 0 +a 1 x+a 2 x 2 ，则节点的偏差平方和为： 将 F(a 0 ，a 1 ，a 2 )分别对 a 0 ，a 1 ，a 2 求偏导并使其等于零，整理后得： 表中共有 5 组数据，故 m=5 将表中数据和 m=5 代入上式得： 34.由相互垂直的两杆组成的平面刚架结构，节点编号单元编号如图示，在节点 3 上作用垂直向下的大小为 100N 的力，单元和单元在局部坐标系下的单元刚度矩阵相同，都为 引入支撑条件写出平衡方程。 （分数：10.00）_正确答案：()解析：先求单元在总体坐标系下的单元刚度矩阵。 单元局部坐标系下的单元刚度矩阵与总体坐标系下的单元刚度矩阵相同，即K =k
24、 单元的局部坐标系顺时针旋转 90就会与总体坐标系重合。 单元的坐标转换矩阵为： 单元在整体坐标系下的单元刚度矩阵为： 单元局部编码与总体编码的对应关系为： 单元i j1 2 单元i j2 3 单元刚度矩阵中子块对应关系为： 总体刚度矩阵为： 节点位移矢量为(U 1 V 1 1 U 2 V 2 2 U 3 V 3 3 ) T 节点力矢量为(F 1x F 1y M 1 F 2x F 2y M 2 F 3x F 3y M 3 ) T 未引入支撑条件的总体平衡方程为： 约束条件为：U 1 =0，V 1 =0，=0。 作用在结构上的外力为 F 3y =-100N，其余为零。 所以引入支撑条件后的结构平衡方程为：
