自考现代设计方法真题及答案解析

答案啊。84558346

现代设计方法试题现代设计方法试题课程代码：02200 第一部分 选择题（共30分）一、单项选择题（本大题共20小题，每小题1分，共20分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。1．在CAD作业过程中，表面几何模型可以支持的工作是（ ）A．自动计算物体的体积 B．自动计算物体的重心C．自动进行物体的消隐处理 D．自动计算面与面的交线2．采用Z向深度缓冲算法进行消隐处理时，内存中最少需要的缓冲区数目为（ ）A．1个 B．2个 C．3个 D．4个3．在Cohen-Sutherland算法中，一线段的一个端点的编码为0110，则该端点位于（ ）A．窗口中 B．窗口左边 C．窗口上方 D．窗口下方4．一彩色光栅扫描显示器，它的分辨率为1024 768 8，其中1024表示（ ）A．水平扫描线上的点数 B．垂直方向上水平扫描线的线数C．水平扫描频率 D．垂直扫描频率5．在三维几何实体的实现模式中，有一种方法其基本思想是：几何实体都是由若干边界外表面包容而成的，通过定义和全面存储这些边界外表面信息就可以建立实体几何模型，该方法是（ ）A．CSG法 B．B－rep法 C．光线投影法 D．扫描表示法6．对于多元函数的无约束优化问题，判断其最优点可以根据（ ）A．目标函数的梯度判定 B．目标函数的性态判定C．目标函数的凹凸性判定 D．目标函数值的大小判定7．函数F（X）为在区间〔10，20〕内有极小值的单峰函数，进行一维搜索时，取两点13和16，若F（13）0，则二次型矩阵M是（ ）A．三角矩阵 B．负定矩阵 C．正定矩阵D．非对称矩阵 E．对称矩阵25．平面刚架与平面桁架的不同之处表现在（ ）A．单元刚度矩阵的阶数不同 B．每个节点的位移分量数不同 C．单元形状不同D．每个单元的节点数不同 E．坐标转换矩阵的阶数不同第二部分 非选择题（共70分）三、填空题（本大题共10小题，每空1分，共10分）请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。26．函数F（x）=3x +x -2x1x2+2在点（1，0）处的梯度为 。27．设备坐标系是一个定义在设备上的二维平面坐标系，它的定义域是 。28．在消阴处理中，当判断两个相互遮挡物体之间的前后关系时，采用的检验规则为 。29．将平面图形沿Y方向平移2个单位，然后放大一倍，其变换矩阵为 。30．单元刚度矩阵具有奇异性、对称性和 。31．进行有限元分析时，在整体坐标系中，为了得到总刚度矩阵，节点应按 码编号。32．传统设计和可靠性设计都是以零件的 作为研究依据。33．组成并联系统的零件的可靠度与该并联系统的可靠度相比较， 的可靠度高。34．一批产品从投入运行到发生失效的平均时间称为 。35．多元函数F（x）在点x*处的梯度▽F（x*）＝0是极值存在的 条件。四、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）36．CAD系统的软件可分为哪三类？其作用各是什么？37．什么是库恩－塔克条件？其几何意义是什么？38．什么是串联模型系统？若已知组成系统的n个零件中每个零件的可靠度为Ri(t)，如何计算串联系统的可靠度？39．正态分布曲线的特点是什么？什么是标准正态分布？40．在进行有限元分析时，为什么要进行坐标转换？五、计算题（本大题共4小题，41、42题各5分，43、44题各10分，共30分）41．由两根杆组成的平面刚架结构如图示，每根杆的长度都是200cm，单元（1）作用分布载荷q=5N/cm，单元（2）作用集中载荷F＝100N，节点和单元划分如图示，试求等效到节点1上的总载荷矢量。42．某零件的寿命服从指数分布，且已知该零件的失效率为λ＝0.0025，试求该零件的平均寿命T、工作250小时的可靠度R（250）和失效密度f(250)。43．一矩形视区V，左下角坐标为（4，4），右上角坐标为（8，8）和一矩形窗口W，其左下角坐标为（8，9），窗口高为6，宽为6。将窗口W下的图形匹配到视区V下，试求匹配的变换矩阵T。匹配后的图形发生了什么变化？是否失真，为什么？44．有一边长为8cm的正方形铁皮，在四角剪去相同的小正方形，折成一个无盖盒子，剪去小正方形的边长为多少时铁盒的容积最大。建立该问题的数学模型。设初始搜索区间为〔a,b〕＝〔0，3〕，用0.618法计算两步。

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什么是CAD？什么是CAD系统？1CAD是指人们在计算机软，件硬件的辅助下对产品或工程进行设计、绘图分析，修改和编写技术文件以及显示、输出的一种设计方法。2CAD系统一般把应用于CAD作业的计算机.软件.及外围设备总称为CAD系统.2．为什么CAD系统大都采用人机交互方式工作？CAD不是完全的设计自动化。实践经验证明，完全的设计自动化是非常国难的。CAD是将人的主导性与创造性放在首位，同时充分发挥计算机的长处，使二者有机的结合起来．从而提高设计质量、缩短设计周期，降低设计费用。因此，人机交流以及人机交互工作方式是CAD系统的显著特点。3.CAD技术在机械工业中有那些主要应用？结合你用过或见过的“CAD的应用”举一例说明。答：CAD技术在机械工业中的主要应用有以下几方面：(l）二维绘图(2）图形及符号库(3）参数化设计(4）三维造型(5）工程分析(6）设计文档及生成报表例：比如，现代数控加工程序的编制4与传统的设计方法相比较，CAD技术的主要特点有那些？答：CAD技术的主要特点有以下几个方面：.(l）制图速度快(2）图样格式统一，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、能解决复杂的设计计算问题。(4）易于技术资料的保存和查找，修改设计快，缩短了产品的设计周期。(5）设计时可预估产品性能。‘5．结合实际应用说明CAD工作过程？答：例如利用CAD设计一个零件的过程：(l）定义产品的几何模型，进行零件的形体设计，一般用实体造型的方法建立零件的立体图。(2）转换为具体的数据(3）根据后续工作抽取模型中的数据进行处理(4）进行工程分析及计算(5）进行详细设计(6）编制全部设计文档，输出工程图。6从硬件配置方面看，CAD系统大致可分为几种类型？每种类型的特点如何？答：根据CAD系统中配配的计算机硬件进行分类，这是目市最常用的分类方法(l）集中式主机系统。该系统由一台集中的大型机（或中型、小型机）与若干图形终端连接而成。优点：有一个集中的数据库统一管理所有数据缺点：①由于所有软件都存在主机里，一旦主机失误?将影响用户的工作②当计其量过大时，系统响应变慢，甚至于会出现个别终端等待现象。早期的CAD系统大多属于这种类型。(2）分布式工程工作站系统。工程工作站系统本身就是一个独立的单用户CAD系统，也可以以一台主服务器为中心将若干台工程工作站或微机联成网络。这种CAD系统的图形功能强，速度快，内存、外存容量大，是从事CAD课题的首选设备(3）微型计算机．系统：计算能力和图形处理功能不如工程工作站，但是价格低、使用方便。7．企业采用CAD技术好处和风险有那些？为什么短期内效果不显著？采用CAD技术的好处是能够提高设计质量、缩短设计周期，降低设计成本，从而加快了产品更新换代的速度，使企业保持良好的竞争能力。但会给企业带来一定的风险和问题，如投资大，需要投入一大笔资金购买软、硬件及支付培训和开发费用；一般不能在段时间内产生效益还有需要一批掌握CAD技术的、具有良好素质的工程技术人员队伍，对原有的技术人员需要培训，这也是影响企业是否采CAD技术一个重要因素8简要叙述CAD到目前为止的大体发展过程。你认为CAD技术今后的发展方向那些？答：CAD技术发展的历史大致如下：（l）第一代CAD系统出现于50年代末60年代初，美国学者提出了著名的SketchPad系统，为交互式图形学和CAD技术莫定了基础。(2）第二代CAD系统始于70年代，出现了将CAD硬件与软件配套交付用户使用的交钥匙系统，大多数还是在16位机上实现的三维线框系统及二维绘图系统，只能解决一些简单的产品设计问题。(3）第三代CAD系统始于80年代，在设计与制造方面做到了将设计与制造的各种各样的要求结合起来，导致了新理论、新算法的大量涌现。(4）进入90年代，实体造型、特征造型、曲面造型、真实感图形显示等技术飞速发展。各种功能强大的造型软件相继出现。(5）现在，CAD技术仍在向前发展，在国外有人称它为下一代CAD系统，这是一种支持新产品设计的综合性环境支持系统，它能全面支持异地的、数字化的、采用不同设计哲理与方法的产品设计工作。9.一个典型的CAD系统的硬件一般有那几部分组成？各部分的作用是什么？答：一个典型的CAD系统基本硬件组成，一般户主机、输入设备、输出设备和储存设备四部分组成。(1）中央处理器CPU是控和指挥整个系统运行并执行实际运算、逻辑分析的装置，是系统的核心。(2）输入设备的主要作用是将字符、平面或空间中．点的坐标输入计算机，其基本功能是“定位’”和“拾取”。“定位”是确定和控制光标在屏幕图形上的位置，“拾取”是选取屏幕图形上的某一内容。理想的图形设备应兼有上述两种功能。(3）输出设备的作用是将CAD系统的计算结果输出到屏幕或者纸面上。(4）数据储存设备主要指外储存器，是用来储存大量的暂时不用而等待调用的程序和数据的装置。10．输入设备的作用是什么？常用的输入设备有那些？答：输入设备的主要作用是将字符、平面或空间中点的坐标输入计算机，其基本功能是“定位”和“拾取”。常用的输入设备有：键盘（Keyboard）、光笔、数字化仪、图形扫描仪。11．简单说明光笔、鼠标器、数字化仪、图形扫描仪的工作原理？答：(1）光笔是一种检测装置，它能将屏幕上的显示状态转换为电信号，送给计算机。(2）鼠标器是一种手动输入的屏幕指示装置，一般有2到3个功能键，用来控制和移动光标在屏幕上的位置，以便在该位置上输入图形、字符或从屏幕菜单上选择需要的项目。它有机械式和光电式之分。机械式鼠标器在底部装有两个相互垂直的滚轮，有两个电位计分别与滚轮相连，当鼠标在柔板上滚动时，电位计记录在、和y方向的增量，经转换成数字信号后送入计算机，就可移动光标；光电式鼠标器则是利用光学传感机构跟踪屏幕上的光标。鼠标器只提供运动的增量，而不依赖于一个给定的坐标原作为起始位置的参考(3）数字化仪因制作原理不同，有四种结构形式，电磁感应式、静电感应、超声波式。现已常用的电磁感应式(4）图形扫描仪是直接把图形扫描输入到计算机中，CCD扫描仪工作原理如下：用光源照射原稿经过模／数转换器、图像数据暂存器等，最终输入到计算机，或者图形输出装置。12输出设备的作用是什么？常用的输出设备有那些？答：(l）输出设备的作用是将CAD系统的计算结果输出到屏幕或者纸面上。(2）常用的输出设备可以分为两大类：一是与图形输入设备相结合构成具有交互功能的可以快速生成和删改图形的显示设备二是在纸或者其它介质上输出的可以永久保存图13结合你单位或你的实际情况，说明如何配置一个CAD系统？应具有那些主要的硬件和软件配置？配置CAD系统需要考虑硬件和软件两部份，可根据需要和经济条件适当‘配置。我单位配置的CAD系统如下：(l）在硬件方面：个人微型计算机一台：输入设备有鼠标器和建盘；输出设备有显示器、打印机、绘图仪采用硬磁盘作为外存储设备。（2）在软件方面win xp autoCAD 等14.CAD系统中的软件可以分为哪几类？说明各类软件的主要作用。答：在CAD系统中，软件可分为三大类：(l）系统软件。系统软件是直接配合硬件工作，并对其它软件起支撑作用的软件，主要是指操作系统和各种计算机语言。’(2）支撑软件。CAD支撑软件是指在CAD系统中，支撑用户进行CAD工作的通用性功能软件。(3）专用应用软件：专用应用软件是专门为适应用户特定使用条件需要而开发的软件。15.系统软件包括那些类型的软件？答：系统软件件包括操作系统、计算机语言、网络通信及管理软件和数据库及数据库管理软件16什么是操作系统？它的主要功能有那些？答：操作系统是对计算机系统硬件（包括中央处理器、储存器、输入／输出设备等）及系统配置的各种软件进行全面控制和管理的程序的集合。它负责对计算机系统内的所有资源进行监控，使之协调、高效的工作，是计算机最底层的软件，其它软件要在操作系统的支持下工作。它具有五方面的管理功能断管理。即内存分配管理、文件管理、外部设备管理、作业管理和中17.CAD系统的支撑软件主要有那些？其作用各是什么？答：(l）基本图形资源软件。这是一种，跟据各种图形标准或规范实现的软件包，大多是供应用程序调用的图形子程序或函数库。由于是根据标准研制而成的，因此与计算机硬件无关，利用它们所编写的应用程序原则上可以在具有这些图形资源的任何计算机上运行，因此具有优良的可移植性。(2）二维、三维绘图软件。这类软件．主要解决零件图的详细设计问题，输出符合工程要求的零件图或装配图。(3）几何造型软件。这类软件主要解决零部件的结构设计问题，储存它们的三维几何数据及相关信息。(4）工程分析和计算软件。针对机械工程领域的需要，时常配备以下商品化软件：计算方法库，解决各种数学计算问题；优化方法库及常用零部件优化模型库；常用及通用有限元分析软件；机构分析与综合；机械系统动态分析软件；注塑模具分析软件等。(5）文档制作软件。这类软件可以快速生成设计结果的各种报告、表格、文件、说明书等；可以方便地对文本及插图进行各种编，，还应支持汉字处理。18．什么是软件工程？以软件工程万法开发软件．大概要经过那些王要阶段？答：软件工程就是采用工程化地方法进行软件开发。早期地软件程序设计，大多数程序设计人员都是个体作业，随意性大。时间表明，对于大型的软件系统，上述工作方法难易保证质量和组织集体合作开发。软件工程就是万了避免“软件科机”而发展起来的技术。以软件工程开发软件，大致可划分以订几个阶段：需需求分析和可行性研究阶段，系统功能和系统结构设计阶段，程序设计和编写阶段，软件测试阶段，使用和维护阶段。19．什么是软件开发的原型系统法？它的特点是什么？答：(1)原型系统法的做法是：开发者先用少量的时间和人力，尽快地实现具有主要的功能的初步系统（称为原型系统），然后逐步扩充原型系预定的开发目标。功能．不断完善改进，最后实现预订的开发目标(2）原型系统法的优点是：可以尽早和用户见面，取的用户的合作和支持；可及早检验系统原理的可行性，并较早的集中精力解决系统中的技术问题。20.在CAD系统中，常用的几何建模方法有哪几种？各有何特点？答：1）在CAD系统中，几何模型按其描述和存储内容的特征，可分为线框几何模型、表面几何模型和实体几何模型三种。(2）①线框几何模型：线框模型就是利用物体的棱边和顶点来表示其几何形状的一种模型。机构简单，易于处理，其输出入可通过键盘输入线段两端坐标值来实现，线框模型完全适合于从任何方向输出三视图和透视图等。但是，由于线框模型只是用物体的棱边来代表形体的形状，因而它只反映出三维形体的一部分形状信息，难以用来输出物体的剖面图、消隐处理以及画出两个面的交线或轮廓线等。也正因其简单，包含的信息量较小，所以它表达的形体有时具有二义性。②表面几何模型：表面几何模型是在线框模型的基拙上发展起来的。它除储存线框线段外，还储存各个外表面的几何描述信．息。由于表面模型描述了形沐的各个面，故可处理与图形有关的大多数问题。如当两个面相交时，可求出其交线和隐藏线，也可求出形体的剖面线。但是，表面几何模型仍然不能自动进行体积、重量、重心等计算。因此，对物体仍没有构建起完整的三维几何关系，在透视投影中也不可能自动消去隐藏线等。③实体几何模型。实体几何模型储存完整的三维几何信息。其墓本体素是由表面定义，并说明了表面哪一侧存在实体。它可以区分物体的外部和内部，可以提取各部分几何位置和相互关系信息。这种模型支持绘制真实感强和消去隐藏线的透视投影和演染图；自动计算生成剖面图泊动进行物性计葬；可将有关零件组装在一起，动态显示其运动状态，并检查空间能否发生千步；支持三维有限元网格自动剖分等。21．特征建模系统与其它建模系统的区别何在？答：与前一代的几何造型软件相比，它共有以下特点：(l）以往的CAD技术从二维绘图起步，经历了三维线框。曲面和实体造型发展阶段，都是着眼于完善产品的几何描述能力；，后特征造型则着若眼于更好地表达产品完整的技术和生产管理信息，为建立产品的集成信息模型服务。它的目的是用计界机可以理解和处理的统一产品模型替代传统的产品设计和施工成套图样以及技术文件使得一个工程项目或机电产品的设计和生产准备各个环节可以并行展开，信息流畅通。(2）它使产品设计工作在更高的层次上进行，设计人员和体素，而是产品的功能要素，像螺纹孔、定位孔、健槽等。特使得建立的产品容易被别人理解和组织生产，设计图样更容(3）它有助于加强产品品设计意图贯彻到各个后续环节并且及时得到后者地意见反馈，为开发新一代的基于统一产品信息模型的CAD/CAPP/CAM集成系统创造前提。(4）它有助于推动行业内的产品设计和工艺方法的规范化、标准化和系列化，使得产品设计中及早考虑制造要求，保证产品结构有更好的工艺性。(5）它将推动各行业实践经验的归纳、总结，从中各多则提炼出规律性知识，以及丰富各种领域专家系统地规则库，促进智能CAD系统和智能制造系统地逐步实现。22参数化绘图有何优点？常用的实现方法有哪几种？答：参数化绘图的优点是使得设计图可以随着某些结构尺寸的修改和使用环境的变化而变化，工作效率高。常用的方法有：作图规则匹配法、几何作图局部求解法和辅助线作图法等。23．什么是特征造型？在特征造型中如何很好的确定特征？答：l）特征指的是反映零件特点的、可按一定原则分类的、具有相对独立意意的典型结构形状。基于特征的造型称为特征造型。2）可以采用以下的方法建立特征模型：①以人机交互的方式辅助识别特征，输入工艺信息，建立零件或产品描述的数据结构。这种方法易于实现，但效率很低，且几何信息与非几何信息是分离的。②利用实体模型信息，自动识别特征，再交互输入工艺信息。这种方法应用面广，但由于识别能力有限，因而使用的零件范田狭小，有很大的局限性。③利用特征进行零件设计，即预先定义大量特征，放入特征库，在设计阶段就调入形状特征进行造型，再逐步输入几何信息、工艺信息，建立起零件特征数据模型，并将其出入数据库这种方法反映了基于特征设计的思想。基于特征的设州是目前特征造型研究领域中的主流，而特征识别（特征抽取）是对于基于特征设计的补充。24简述剪裁算法中的Cohen-sutherland算法原理。答：cohen-sutherland算法亦称编码裁剪法。该算法基于下述考虑：每一线段或者整个位于窗口内部，或者能够被窗口分割而使其中一部分能很快地被舍弃。因此，该算法分为两步：(l）先确定一条线段是否整个位于窗口内，若不是，则确定该线段是否整个位于窗口外，若是则舍弃；(2）如果第一步的判断均不成立，那么就通过窗口边界所在的直线将线段分成两部分，再对每一部分进行第一步的测试。25什么是数据库？数据库系统的主要特征是什么？答：数据库是为满足某一组织中多个用户的多种需要，在计算机系统上按照一定的数据模型组织、存储和使用的相互关联的数据集合，由一系列各种组织形式的数据文件组成。数据库系统的主要特征为：(l）实现了数据共享，减少了数据冗余。(2）数据储存结构化。(3）增强了数据的独立性。4）加强了对数据的保护。26.最常用的数据模型有那几种？其特点各是什么？答：最常用的数据模型有三种：层次型，网络型和关系型。(l）层次型。指纪录间是树型的组织结构。它体现了记录间的“一对多”的关系。层次型其有结构简单、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，但是它难于处理记录之间复杂的联系。(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。网络型机构能处理事物之间非常复杂的关系，但是模型结构也是及其复杂的。层次结构是网络结构的一种特例。(3）关系型。它是以集合论中的关系的概念为理论基砍，指把信息集合定义为一张二维表的组织结构，每一张二维表称为一个关系，表中每一行为一个纪录，每一列为数据项。关系型的模型结构比较简单，但能够处理复杂的事物之问的联系，因此关系型数据库越来越受到人们的普遏重视