《现代设计方法》复习资料(自考本科)

《现代设计方法》课程考前复习资料1、什么是优化设计？简述优化设计的分类。答：优化设计亦称为最优化设计，它是以数学规划理论为基础，以电子计算机为辅助工具的一种设计方法宏观世界首先将设计按规定的格式建立数学模型，并选择合适的优化方法，选择或编制计算机程序，然后通过电子计算机计算自动获得最优化设计方案。优化方法大体上可分为两类：（1计算目标函数值，比较目标函数值，并以之作为抚今迭代、收敛根据的方法。（2变量函数极值理论为甚础利用目标函数的以性态，并以之作为寻优、迭代收敛根据的方法。2简述求总体刚度矩阵的方法？答：求总体刚度矩阵的方法主要有两种：一种是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：另一种是分别先求出各单元的刚度矩阵，根据叠加的原理，然后利用集成的方法求出总体刚度矩阵。3在有限元分析中，为什么要采用半带存储？答：（1）单元尺寸越小，单元数越多，分析计算精度越高单元数越多，总体刚度矩阵的阶数越高，所需计算的内存量和计算量越大。（2）总体刚度矩阵具有对称性、稀疏性、奇异性以及非零元素带形颁布的规律。（3）只存储主对角线元素以上三角矩阵中宽为Nb的斜带形区内的元素，可以大大减小所需内存量。4可靠性工程领域主要包括哪几个方面的内容？答：可靠性工程领域主要包括以下三方面的内容：(1)计。它包括了设计方案的分析、对比与评价，必要时也包括可靠性试验、生产制造中的质量控制设计及使用维修规程的设计等。(2)分析。它主要是失效分析，也包括必要的可靠性试验和故障分析。这方面的工作为可靠性设计提供依据，也为重大事故提供科学的责任分析报告。(3)数学。这是数理统计方法在开展可靠性工程上发展起来的一个数学分支。5机械CAD支撑软件从功能上可分为哪三类？具体包括哪些软件？答：机械CAD支撑软件从功能上可分三类：第一类解决几何图形设计问题；第二类解决工程分析与计算问题；第三类解决文档写作与生成问题。具体包括：基本图形资源软件；二维绘图软件；几何造型软件；工程分析及计算软件；文档制作软件。6简述多维空间的一维搜索最优化方法？答：多维空间的最优化方法，一般遵循这样一种基本形式：从一个初始点X0出发，按一定规定律确定一个搜索S0，然后在搜索S0上搜索到目标函数的极小点X1；接着双以X1为新的出了点，确定一个搜索S1，再在S1方向上搜索到目标的极小点X2，作为下一次迭代的出了点。如此重复上述过程，直到把目标函数调整到最优值F（X）为止。7简述用有限元法求解问题的步骤？答：对整个结构进行简化，将其分割成若干个单元，单元间彼此通过节点相连；（1）刚度矩阵；体刚度矩阵并写出总体平衡方程；（3）承条件，求出每个节点的位移；（4）单元内的应力和应变。8常用的可靠度分配方法有哪三种？各自的分配原则是什么？答：（1）等同分配法：它按照系统中各单元（子系统或零部件）的可靠度均相等的原则进行分配。（2）加权分配法：把各子系统在整体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。（3）最优分配法：全面考虑各种因素的影响，采用优化方法分配可靠度。9简述故障树分析的步骤？答：故障树也叫失效树分析，简称FTA，是系统可靠性的有力工具，故障树分析的步骤：（1）悉系统的基础上，建立故障树；（2分析，识别系统的薄弱环节；（3）分析，对系统的可靠性作出评价。10何谓软件工程？一套软件的生存周期大致可分为几个阶段？答：软件工程就是采用工程化的方法进行软件开了，是为了避免“软件危机”面了展起来的技术。一套软件系统人研制开始互最后废弃，整个生存周期大致可划分为以下几个阶段：需求分析和可行性研究阶段、系统和系统结构设计阶段、程序设计及阶段、软件测试阶段、使用与维护阶段。11什么是复合形法？简述其主要特点？答：复合形法是在单纯形法的基础上修改而成的。其优化过程是在可行域内选k个设计点，作为初始复合形的顶点，构成一个多面体，然后对多面体各顶点的函数逐个进行比较，电影票函数值最大的为坏点，按照一定规则去掉坏点面代以新点，构成一个新的多面体；依次步骤重复多次，使复合形的位置逐步调向邻近最优点，最后以顶点中目标函数值最小的点，作为近似最优点而得解。复合形法由于在迭代计算中不必计算目标函数的导数，也不用一维搜索，所以程序结构比较简单，适用性较广。对设计变量增加，维数高或约束条件多的优化问题，为了得到较好的新顶点，往往要向中心点多次收缩，国而计算效率显著降低。12平面刚架与一维结构相比有哪些特点？答：平面刚架比一维结构要些，主要表现在：（1）不再只是轴向位移，对于一根平面杆件的两个端点，除轴向位移处，还有垂直于轴向的横向公位移和角位移。选定杆的端点为节点，每个节点的位移分量由一个增加到三个。（2）件组成，各杆件的取向不同。将每个杆件看成是一个单元，各单元的轴线方向不再相同。13简述可靠性设计的统计指标？答：可靠性的统计指标包括；（1）和累积失效频率；（2）数和累积失效密度；（3）效密度和瞬时失效密度；（4）率和失效率函数；（5）与可靠寿命。14简述“窗口”和“视区”的定义及它们之间的匹配？答：窗口的在用户坐标系中定义的确定显示内容的一个矩形区域，只有在这个区域内的图形才能在设备坐标系中，而窗口外的部分则被载掉。视区是在设备坐标系中定义的一个矩形区域，用于输出窗口中的图形。视区决定了窗口中图形要显示与屏幕上的位置和大小。窗口和视区的匹配就是将两个矩形区域的点按相对位置一一对应起来。15简述在优化设计的过程中，建立数学模型的步骤？答：建立数学模型是优化设计过程中非常重要的一步，建立数学模型的三个基本步骤如下：（1）定的未知变量（设计或决策变量），并用代数符号表示它们；（2）标或判别标准，并将其表示为要最大化或最小化的函数；（3）题的约束或限制，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。16简述由整体坐标系单元刚度矩阵的子矩阵集成刚度矩阵的步骤？答：（1）对一个有n个节点的结构，将刚度矩阵[K]划分成n乘n个子区间，然后按节点总码的顺序进行编码；（2）将整个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）间内的子矩阵相加，成为总体矩阵中相应的子矩阵。17在有限元分析时，如何处理对称结构？当结构的几何开关、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索，其结构内部的应力及位移必定也对称于该平面（线），则称之为对称结构。研究对称结构时，可沿对称面（线）将其切开，只研究它的一半。若结构有两个相互垂直的对称面（线）时，可只研究其四分之一。18与传统设计方法相比，可靠性设计有哪些特点？答：（1）方法是将安全系数作为衡量安全与否的指标，但安全系数的大小并没有同可靠度直接挂钩，这就有很大的盲目性。可靠性设计与之不同，它强调在设计阶段就把可靠度直接引进到零件中，即由设计直接决定固有的可靠度。(2计是把设计变量视为确定性的单值变量并通过确定性的函数进行计算，面可靠性设计则把设计变量视为随机变量并运用随机方法对设计变量进行描述和运算。(3)性设计中，由于应力和强度都随机变量，所以判断一个零件是不否安全可靠，就以强度大于应力的概率大小来表示，这就是可靠度指标。(4)计与可靠性设计都是以零件的安全或失效作为研究内容，因此，两者之间有着密切的联系。可靠性设计是传统设计的延伸与了展，在某种意义上，也可以认为可靠性设计只是在传统设计的方法上把设计变量视为随机变量，并通过随机变量运算法则进行运算而已。19与文件系统相比，数据库系统的主要特征有哪些？答：(1)数据共享，减少了数据冗余；(2据存储的结构化；(3)了数据的独立性；(4)数据的保护。20优化方法一般需要考虑的因素有哪些？答：数学模型的类型，如有约束或无约束，是连续变量或是离散变量，函数是非线性还是全为线性的等。数学模型的规模，即设计变量的维数和约束条件数的多少。模型中函数的性质，如是否连续，一阶和二阶导数是否存在等。优化算法是否有现成的计算机程序，了解它的语言类型、编程质量、所适用的机器类型等。了解算法的基本结构、解题的可靠性、计算稳定性等一些性能。程序的界面性，即使用的简易性及输入、输出解释的清楚程度等。21刚度矩阵的特性？答：对称性，总体刚度矩阵具有对称性，这样一来在计算机中只需要存储它的上三角部分；奇异性，其物理意义仍在无约束的情况下，整个结构可做刚体运动；稀疏性，刚度矩阵中有许多零子，且非零子矩阵中还有大量的零元素，这种矩阵称为稀疏矩阵，大型结构的总体刚度矩阵都是稀疏矩阵。22元分析过程中，结构离散化时如何决定单元尺寸？答：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。单元本身尺寸小，所得到精度高，但是所需的计算量大，为减少计算量，有时对一个结构要用不同尺寸的单元离散。一个单元中最大与最小的尺寸要尽量接近。23可靠性与可靠度的区别与联系？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；显然，可靠度是对产品可靠性的概率度量。24是数据库系统的数据模型？简述其三种常用类型？答：数据模型是指数据库内部数据的组织方式，描述了数据之间的各种首级，也是数据高度结构化的的表现。宏观世界是数据库的核心和基础，每一种数据库管理系统都是基于某种数据模型的。最常用的数据模型有三种：层次型、网络型和关系型。层次型是指记录间是树型的组织结构，体现记录间的“一对多”的关系；网络型是指事物之间为网络的组织结构，体现事物间的“多对多”的关系；关系型是以集合上的“关系”的概念为基础，是把信息集合定义为一张二维表的组织结构。25是优化设计结果的灵敏度分析？有何作用？答：所谓优化结果的灵敏度分析，是指当取得最优设计方案时，分析由于约束或设计变量发生某些变化面对最优解造成的影响。它的作用包括：1找出最灵敏因素，如果能改变一些可控变量的数据，研究它对最优解产生的影响；若对给定参数作微小的变化，而对最优解产生相当大的有利作用，则这个参数就是最灵敏因素。2供与研究对象的改进和补充有关的有介值的信息，以便改进所研究的数学模型。3弄清楚研究对象对这个系统中那些不可控参数或变量变化所起的作用。26么在三你形单元中采用线性位移模式？答：1三角形单元有六个自由度，所选的位移模式中也有六个称为位移参数{a}的待定系数，这样只需用三个节点的六个位移分量就可以完全确定它们。2位移模式应当与局部坐标系的方位无关，这样，多项式中有x的项，则必须有对称的y项。3采用线性函数作位移模式，求解过程将大大简化。27是3法则？答：现有手册中给出的材料强度数据往往是一个范围，我们在摘引这些数据以供可靠性设计使用时，必须加以改造。因为这些数据是经过长期大量测试得到的，可以它们服从正态分布，因此，我们手册中所给的数据范围覆盖了该随机变量的正负3，即6倍的标准差，这一假设称为3法则。从正态分布得知，对应正负3范围的可靠度已为0.9973。28是CAD技术？CAD技术有何主要特点？答：CAD是计算机辅助设计的英文缩写，已经成为一个世界性的通用的专业词汇。它是指人们在计算机软硬件的辅助下对产品或工程进行高、绘图、分析计算、修改和编写技术文件以及显示输出的一种设计方法。它的主要特点有：1制图速度快，减少手工绘图的时间，提高了工作效率。2力样格式统一，质量高，促进设计工作规范化、系列化和标准化。3提高分析计算速度，能够解决复杂的设计计算问题。4易于技术资料的保存及查找，修改设计快，缩短了产品的设计周期。5设计时可预估产品的性能。29罚函数的函数形式不同，可分为内点法、外点法和法三种？答：内点法是指导新目标函数定义于可行域内，因此其初始点和后面产生的迭代点序列也必然在可行域内。这种方法是求解不等式约束最优化问题的一种十分有效的方法，但不能处理等式约束。外点法的基本思想是将罚函数定义于约束可行域之外，且求解无约束问题搜索点是从可行域处部逐步逼近原目标函数的约束最优解。混合法把内点法、外点法结合起来，解决既有不等式约束又有等式约束的优