1、1. 机械 CAD 支撑软件从功能上可以分为哪三类？具体包括哪些软件？答：机械 CAD 支撑软件从功能上可以分为三类：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，三维绘图软件；几何造型软件；工程分析与计算软件；文档制作软件。2.什么是 CAD 技术？CAD 技术的主要特点？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设计，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，减少手工绘图时间，提
2、高了工作效率。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，能够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 设计时可预测产品的性能。3. CAD 系统从软件上可分为哪几类？其作用分别是什么？答，在 CAD 系统中，软件大体上可分为三类；1 系统软件。系统软件是直接配合硬件工作，并对其他软件起支撑作用，主要是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。4.在
3、 CAD 作业中，对设计常用的到得数据如何处理？答：1、程序化。即在应用程序内部对这些数表及线图进行查表、处理或计算。具体有两种方法，第一是将数据表中的数据或线图经离散化后存入一维二维或三维数组，用查表、插值等方法检索所需数据；第二是将数表或线图拟合成公式，编入程序计算出所需数据 2、数据库存储。数据表及线图中的数据按数据库的规定进行文件结构化，存储在数据库中，数据独立于应用程序，但又能为所有应用程序提供服务。5.CAD 系统分类中的集中式主机系统有什么优缺点。答：优点：一个集中的数据库统一管理所有数据。缺点：1、由于所有的软件都存在主机里，一旦主机失误，将影响用户的工作。2、当计算量过大时，
4、系统响应变慢，甚至会出现个别终端等待现象。6.在工程设计的 CAD 作业中，一般对线图形式给出的系数和参数如何处理？答：进行线图的程序化。线图的程序化有以下几种处理方法：1、找到线图原来的公式，将公式编入程序。2、将线图离散化为数表，再采用数表的程序化处理方法进行处理。3、用曲线拟合的方法求出线图的经验公式，再将公式编入程序。7.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：1、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形 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
5、6、编制全部设计文档，输出工程图。8. 简述窗口和视区的定义,之间的匹配及变换作用。答，窗口是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输出，而窗口外的部分则被裁掉。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两个矩形区域的点按相对位置一一对应起来。作用：固定视区参数，改变窗口参数，可以改变视区中图形显示的比例和部位。如果同时增大窗口的高度和宽度，则视区显示内容范围增大，图形比例缩小。如果只改动窗口左下角坐标，则显示比例不变，但显示范围产生左右上下移动。9.什么是
6、用户坐标系、设备坐标系、规格化设备坐标系？在图像程序设计中，采用规格化设备坐标系有什么好处？答：用户坐标系：又称世界坐标系，它符合右手定则的直角坐标系，用来定义用户在二维平面或三维世界中的物体。理论上是无限大且连续的，即它的定义域为实数域；设备坐标系：图形输出设备自身都有一个坐标系，称为设备坐标系或物理坐标系。是一个二维平面的坐标系，它的度量单位是步长或像素，因而它的定义域是整数域且是有界的。规格化坐标系：为了便于图形处理，引入一个与设备无关的坐标系，采用一种无量纲的单位代替设备坐标，当图形输出时，在转换为具体的设备坐标，这就是规格化设备坐标系。好处：用户的图形数据经转换成规格化设备坐标系中的
7、值，使应用程序与图形设备隔离开，增强了应用程序的可移植性。10.参数化绘图有何优点？常用的实现方法有哪几种？答：优点：使得产品的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，通过合理的构思样板图，可使一个程序覆盖较多的零件。方法：作图匹配法、几何作图局部求解法和辅助线作图法。11.特征造型是什么？在特征造型中如何让很好的确定特征？答：特征指的是反映零件特点的、可按照一定的原则分类的、具有相对独立意义的典型结构形状，基于特征的造型称为特征造型。建立特征造型方法：1、以人机交互的方式辅助识别特性，输入工艺信息，建立零件或产品描述的数据结构 2、利用实体模型信息，自动识别特征，
8、再交互输入工艺信息 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，建立起零件的特征数据模型，并将其输入数据库。12.简述最小二乘法拟合的基本思想？答：已知由线图或实验所得的 m 个点的坐标（x 1，y 1） ， （x 2，y 2） ， （x m，y m） ，设拟合的公式为 y=f（x） ，因此每一节点的偏差为 ei=f（x i）y i i=1,2，m 偏差的平方和为=mi12拟合公式为miyixf12)(y=f(x)具有一定的函数类型及系数，其基本的思想是由该系数决定的直线与各节点的偏差的平方和最小，因此称为最小二乘拟
9、合。13. 什么是数据库系统的数据模型？简述数据模型常见类型及特点。答，数据模型是指数据库内部数据组织方式，描述了数据之间的各种联系，也是数据高度结构化的表现。他是数据库的核心和基础。每一种数据库管理系统都是基于目中数据模型的。类型：层次型，网络型和关系型。特点：1、层次型，指记录间为树形的组织结构，体现记录间一对多关系，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，体现事物间多对多的关系，处理事物之间非常复杂的联系，但其模型也极其复杂，层次结构是网络结构的特例。3、关系型，以集合论中关系的概念为理论
10、基础，把信息集合定义为一张二维表的组织结构，每一张为一个关系，模型结构简单，但能处理复杂事物之间联系。14. 数据库（系统）的定义及主要特征。答，数据库系统是在文件系统的基础上发展起来的一门新型数据管理技术，它是为满足某一组织中多个用户的多需要，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。特征：1、实现数据共享，减少数据冗余；2、数据存储结构化；3、增强了数据的独立性；4、加强了对数据的保护。15.简述直线段裁剪 Cohen-Sutherland 算法的步骤和编码方法。答，Cohen-Sutherland 算法亦称为编码裁剪法，该
11、算法基于下属考虑；每一段或者整个位于窗口内部，或者能够被窗口分割而使其中的一部分能够很快地被舍弃。因此，该算法分为两步；第一步先确定一条线段是否位于整个窗口的内部，若不是，则确定改线段是否位于整个窗口的外部，若不是则舍弃。第二步，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。在具体实现该算法中，需要把窗口边界延长，把平面分成 9 个区，每个区用 4 位二进制代码表示，4 位代码的意义如下（从右到左） ；第一位；如果端点在窗口左边界的左侧则1，否则为 0，第二位；如果端点在窗口右边界的右侧则为 1，否则为 0；第三位；如果端点在窗口下边界的
12、下侧则为 1，否则为0；第四位；如果端点在窗口上边界的上侧则为 1，否则为 0.16.消隐算法中的分段扫描算法的原理。答：扫描线算法通过计算每一行扫描线与各物体在屏幕上的投影之间的关系来确定该行的有关显示信息；每条扫描线被各多边形边界在 xy 平面上的投影分割成若干段，在每段中最多只有一个多边形是可见的；只要在段内任一点出，找出在该点 z 值最大的一个多边形，这个段上的每一个像素就用这个多边形的颜色来填充。17.在消隐处理中面的可见性测试适用于何种情况的测试？说明具体测试方法。答：仅适用于单凸物体的自隐藏线和自隐藏面的消隐测试。面的可见性测试也称法线方向测试。它利用法线矢量和视线矢量之间夹角的
13、大小判别面的可见性。判别：先做该面的法线，垂直于物体表面指向物体的外部为正；再引视线矢量，从视点指向物体方向为正方向。然后计算法线矢量和视线矢量的夹角，大于 90 度，面可见；小于 90 度，面部可见。18.标准件特性文件中标准件图形是如何构成的？答：标准件的图形构成分为四个层次：A 类构件、B 类构件、K 类构件、G 类构件。A类构件是最基本的通用几何元素，B 类构件是专用于某一图形文件的通用元素，K 类构件时由一个或若干个 A 类构件或 B 类构件组成，用以描述一个完整的零件，G 类构件是由几个整件和必要的 A、B 构件组成。19.什么是事物性表，它的作用？答：事物性表示一种组合排列对象的
14、事物和关系特性的表格。作用：可用于概括的描述、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，可规范化的支持 CAD 的数据的归档、存储和交换。20.三维造型中 B-rep 法和 CSG 法的基本思想，举例说明形成过程,存储的几何模型信息？答：1、B-rep 法意译为边界表面表示法。几何实体都是由若干边界表面包容的，可以通过定义和全面存储这些边界外表面信息的方法建立实体几何模型。B-rep 法将实体外表面几何形状信息数据分为两类：几何信息数据：各外表面顶点坐标值和描述各外表面数学方程式的系数值。拓扑信息数据：各外表面的组成及其相互位置关系。2、CSG 法
15、意译为体素构造法。各种形状的几何形体都可以有若干个基本单元形体，经过有限次形状集合运算构建得到。CSG 的几何模型信息有：所用的基本形体的类型、参数和所采用的拼合运算过程。21. 何谓软件工程？一套软件的生存周期大致可以分为几个阶段？答，软件工程就是采用工程化的方法进行软件开发，是为了避免软件危机而发展起来的技术。一套软件系统从严制开始到最后废弃，整个生存周期大致可以划分为以下几个阶段；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，程序设计及编写阶段，软件测试阶段，使用与维护阶段22.二元函数插值的原理及常用的二元差值方法。答：二元函数插值，从几何意义上讲是在三维空间内选定几个点，通过
16、这些点构造一块曲面 g（x，y） ，用它近似地表示这个区间内原有的曲面 f（x，y） ，从而使得插值后的函数值为 Zk=g（xi，yi） 。方法：直线直线插值、抛物线直线插值、抛物线抛物线插值。23.建立数学模型的基本步骤。答，建立数学模型的三个基本步骤如下：1识别要确定的未知变量，并用代数符号表示他们；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，并将他们表示成未知变量的线形或非线性的等式或不等式组。24.线性规划与非线性规划有何区别？答：当目标函数 F（x）和约束条件都是设计变量的线性函数时，列出这种数学模型并求解的过程，称为线性规划。如果目标函数F
17、（x）和约束条件中有一个或多个是设计变量的非线性函数时，列出这种数学表达式并求解的过程，称为非线性规划。线性规划中的可行域是图多面体，非线性规划中可行域由约束条件围成。25. 什么是优化设计？简述优化方法的分类？答：优化设计亦称最优化设计，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。他首先将设计问题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的优化方案。优化方法大体可以分两类：（1）直接计算目标函数值，比较目标函数值，并以之作为迭代收敛根据的方法（2）以多变量函数极值理论为基础，利用目标函数的性态，并以之作为寻优，迭代，
18、收敛的根据方法，前者称为直接法，后者称为求导法。26.什么是优化设计中的约束条件？等式约束与不等式约束有何区别与联系？答：在优化设计中，设计变量的取值范围有限制或必须满足一定的条件。这种对设计变量取值时的限制条件称为约束条件。不等式约束将设计变量限制在一个区间或区域，约束不严格;等式约束将设计变量限制在一个点、线或面上，约束严格。等式约束可起到降低自由度的作用，有一个等式约束就可以减低一个设计自由度；一个等式约束可以用两个不等式约束来表示。27. 什么是优化设计结果的灵敏度分析？有何作用？答；所谓优化设计结果的灵敏度分析，是指当取得最优化设计方案时，分析由于约束或设计变量发生某些变化而对最优解
19、造成的影响。他的左右包括：1找出最灵敏因素，如果能改变一些可控制变量的数据，研究他对最优解产生的影响；若对给定参数作微小量的变化，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提供与研究对象的改进和补充有关的有价值的信息，以便改进所研究对象的数学模型。 3弄清楚研究对象对这个系统中那些不可控制参数或变量变化所起的作用。28. 选择优化方法一般需要考虑的因素有哪些？答，1 数学模型的类型，如有约束或无约束，是连续变量或离散变量，函数是非线性还是全都是线性的等。2 数学模型的规模，及设计变量的维数和约束条件数的多少。3 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。4 优
20、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，所使用的机器类型等。5 了解算法的阶基本结构，解题的可靠性，计算稳定性等一些性能。6 程序的界面性，及使用的简易型及输入，输出解释的清楚程度等。29.列举常用的终止准则。答：1、用相邻两点的矢量差的模作为终止迭代的判据 2、用两次迭代的目标函数值之差作为终止迭代的判据 3、用梯度的模作为终止迭代的判据。30.什么是库恩塔克条件？几何意义是什么？答：是一个约束极值点存在的必要条件为：目标函数梯度可表示为约束面梯度线性组合的负值，即F（X ）=-i=1 q igi（X） ，q 为该设计点 X 处的约束面，i为非负值的乘子。意义：起作用约束的
21、梯度矢量，在设计空间构成一个椎体，目标函数的负梯度应含在此椎体内。31.一维搜索最优方法中的二次插值法的基本思想？答：基本思想是：在选定的单峰区间内选一点，连同两端点，利用这三点的函数值构成一个二次多项式，作为原函数的近似，求出近似二次多项式的极小点作为原函数的近似最优点。32. 简述一维搜索方法中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 X（0） 出发，按一定规律确定搜索方向 S（0） ， 然后在搜索方向 S（0） 上搜索到目标函数的极小点 X（1） ；接着又以 X（1） 为新的出发点，确定一个搜索方向 S（0） ） 再在 S（1） 方向
22、搜索到目标函数的极小点 X（2） 作为下一次迭代的出发点。如此重复上述过程，直到把目标函数调到最优值 F（X*）上为止。33. 什么是梯度法？基本原理和特点。答，梯度法又称最速下降法，它是采用使目标函数值下降最快的负梯度方向作为搜索方向，来求目标函数的最小值。梯度函数的特点有：1 其迭代计算比较简单，只需求一阶偏导数，所占用的存储单元少，对初始点的要求不高。2 梯度法在接近极小点位置时收敛速度很慢，只有当目标函数的等值线为同心圆时，任一点处的负梯度才是全域的最速下降方向。3 梯度法开始时走的步长很大，接近极小点时走的步长很小，通常将梯度法与其他方法配合使用，开始用梯度法，以后采用其他更有效的方
23、法34.简述梯度法的迭代步骤。答：1、给定迭代的初始值 X0，允许误差 1,置 k=0； 2、计算迭代的梯度 F（ X（ k） ）和方向 S（ k） =。3、检验是否满足 1，若满足则停止迭代，否则进行下一步计算。4、计算最优步长 （ k） 。5、迭代计算 X（k=1 ）=X （k） （ k） 6、令 k=k+1 转下一步计算。35.共轭梯度法的特点。答：在梯度法靠近极值点收敛速度减慢的情况下，共轭梯度法可以通过构造共轭方向，使其收敛速度加快，具有一次收敛速度，使计算过程简便，效果又好；在每一步迭代过程中都要构造共轭方向，比较繁琐。36.为什么选用共轭方向作为搜索方向可以取得良好的效果？答：主
24、要是由共轭方向的性质所决定的。共轭方向的性质为：对于 n 维正定二次型函数，从任意初始点 X（0）出发，依次沿着与矩阵 A 为共轭的 n 个线性无关的方向S1，S2，,Sn 进行一维搜索，则能在第 n 步以前达到极小点。37. 优化设计的罚函数法？其基本原理及分类和各自的特点。答，罚函数法是解约束优化问题的间接法，适用于求解不等式约束和等式约束条件的优化设计问题。它的基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，逐渐逼近与目标函数的最优解。根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；内点法是把新目标函数定义与可行域内，因此，起初试点和后面产生的迭代点序列也必然在可行
25、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与约束可行域之外，且求解无约束问题搜索点是从可行与外部，逐步逼近原目标函数的约束最优解。混合法把内点法和外点法结合起来，解决既有不等式约束又有等式约束的优化设计问题很有效。38.在内点罚函数法中，起始罚因子的大小对优化计算过程有何影响？答：若初始罚因子选的过小，则惩罚项起的作用也很小，迭代点有可能跑出可行域，使优化过程失败；若选的过大，则对于前几次构造的惩罚函数，使极值点离开约束边界的距离更远，要很多时间才能退回约束边界上，增加次数，计算效率降低。39. 什么是复合形法？简述其主要特
26、征。答，复合形法是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，作为初始复合型的顶点，构成一个多面体；然后对多面体个顶点的函数值逐个进行比较，目标函数值最大的为坏点，按照一定规则去掉坏点而代以新点，构成一个新的多面体；依次步骤重复多次，是复合形法的位逐步调向邻近最优点，最后以定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，实用性较广。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，往往要想中心点多次收缩，因而计算效率显著降低。40. 为什么在三角形单 0 元中采用线性
27、位移模式？答：1、三角单元有六个自由度，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无关。这样多项式中有 X 的项，则必有对称的 Y 项。3、采用线性函数作为移模式，求解过程将大大简化。41. 简述三角形单元中总体平衡方程的求解步骤。答，1 引入支承条件，根据结构的具体情况，引入系统的支承条件；2 非节点载荷转换成节点载荷，由于三角形单元复杂的力学性质，不能再简单地利用材料力学公式，而是基于虚功方程将加在结构上的非节点载荷转换成节点载荷；3 解方程求节点位移，总体刚度矩阵是带形对称矩阵。为了节约所需计算机的内
28、存，一般采用乔列斯基分解法求解；4根据节点位移求应力。42平面应力和平面应变的区别。答：1、应力状态不同：平面应力问题中平板的厚度与长度、高度相比尺寸小很所，所受的载荷都在平面内并沿厚度方向均匀分布，可以认为沿厚度方向的应力为零。平面应变问题由于 Z 项尺寸大，该方向上的变形时被约束住的，沿 Z 项的应变为零 2、弹性矩阵不同：将平面应力问题弹性矩阵中的 E 换成E/(1- 2)、把 换成 （1-） ，就成了平面应变问题的弹性矩阵。43.平面桁架杆单元局部和整体各是几阶矩阵，两坐标系的坐标转换矩阵。答：平面桁架中杆单元，其单元刚度矩阵在局部坐标系的阶数为 2*2 阶，整体坐标系4*4 阶；转换
29、矩阵：cos sin 0 0 /0 0 cos sin 。44. 简述用有限元法求解问题的步骤。答，1 对整个结构进行简化，将其分割若干个单元，单元间彼此通过节点相连；2 求出个单元间的刚度矩阵；3 集成总体刚度矩阵并写出总体平衡方程；4 引入支撑条件，求出每个节点位移；5 求出个单元内的应力和应变。45有限元分析过程中，如何决定单元的数量？答：单元的数量取决于要求的精度、单元的尺寸及自由度的数量。虽然，单元的数量越多精度越高，但是这也存在一个界限，超过这个值精度的提高就不明显。单元的数量大，自由度数也越大，计算内存量有时不够。46. 有限元分析时，何谓对. 简述总体刚度矩阵的特性。答，总体刚
30、度矩阵有如下的特征；1 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贮存他的上三角部分。2 奇异性，其物理意义人在无约束的情况下，整个结构可以做刚体运动。3 稀疏性，总体刚度矩阵中有许多零子矩阵，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。47.在处理总体刚度矩阵时引入竖带矩阵的可能性和必要性。其带宽如何计算。答：可能性：总体刚度矩阵的稀疏性及非零元素呈带形分布的规律。必要性：减少内存。NB=（相邻节点总码的最大差值+1）节点的自由度数。48.有限元分析中，求总体刚度矩阵的两种主要方法和特点。答：1、直接根据总体刚度系数的定义分别求出它
31、们，从而写出总体刚度矩阵。这种方法具有概念清晰的特点，但是在分析复杂结构时运算极其复杂。2、先分别求出各单元刚度矩阵，然后根据叠加的原理，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，但总体刚度矩阵需要集成。49. 简述由整体坐标系单元刚度矩阵的子矩阵集成总体刚度矩阵的步骤。答，1、对一个有 n 个节点的结构，将总体刚度矩阵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、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。50
32、. 平面刚架与一维结构相比有那些特点？答，平面刚架比一维结构要复杂些，主要表现在；1 节点位移不只是轴向位移，对于一根平面杆件的两个端点，除轴向外位移外，还有垂直于轴向的横向位移和角位移。选定干的端点为节点，每个节点的位移分量由一个增加到三个。2 刚架由许多杆件组成，各杆件的取向不同，将每一个杆件看成一个单元，个单元的轴线方向不在相同。51. 有限元分析过程中，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，另一方面是指单元内自身几个尺寸之间的比率,。单元本身尺寸大小，所得到的精度高，但所需要的计算量大。为减少计算量，有时要对一个结构要用不同尺寸的单元离散。例如
33、，考虑应力集中之一因素，在应力变化率大的区域内，单元尺寸要小。一个单元中最大与最小尺寸尽量要接近。例如，对于三角形单元，其三边要尽量接近；对于矩形单元，长度与宽度不要相差太大。52. 有限元的前处理技术主要包括哪些工作？答，前处理程序的功能主要包括；设计人员利用 CAD 软件对简化的零件或结构进行设计后，在确定结构中个零件的联结方式的基础上，前处理程序进行单位的自动分割生成网络，单元和节点的自动优化编码实现带宽最小和各节点坐标值的确定等。同时，还可以使用图形系统显示单元分割的情况，检查单元分割的合理性。这项工作可采用人机对话的方式进行。有些系统还可以实现在应集中区内局部自适应网格加密和有限元模
34、型的尺寸优化 。53.有限元分析结果的后处理?答：后处理显示的结果主要有两类：一是结构的变形，另一类是应力和应变在结构中分布的情况。一般用结构的三维线框图，采用与结构不同的比例尺，放大地显示其变形的情况，在受动载荷时，也可用动画显示其振动的形态。结构中的应力应变或位移的分布用云图或等值线图来显示。54 在进行有限元分析时，什么情况下适合选择一维，二维和三维单元？答，1 当几何形状，材料性质及其他参数能用一个坐标描述时，选用一维单元。2 当几何形状，材料性质及其他参数需要用两个互相独立的坐标描述，选用二维单元。最常用的二维单元是三角形单元。3 当几何形状，材料性质及其他参数需要用三个相互独立的坐
35、标描述，选用三维单元。最基本的三维单元是四面体或六面体。55. 在有限元法中，单元刚度矩阵为什么要进行坐标转换？答，在推导单元刚度矩阵时，采用的是局部坐标系。但在研究钢架或桁架时，由于各杆的取向不同，存在着若干局部坐标系，给整体分析带来了麻烦，为了便于整体分析，要求整个结构的所有杆件都采用同一个公共坐标系，称为整体坐标系。由于单元刚度矩阵是在局部坐标系中得到的。因此必须进行坐标转换，将在局部坐标系中得到的单元刚度矩阵转换成整体坐标系中的单元刚度矩阵56.什么是正态分布？什么是标准正态分布？答：正态分布是可靠性设计中经常使用的概率分布，其概率密度函数为 f（x）=1根号下 2 exp【-12 *
36、（x- ）2】式中， 为均值或数学期望，它表征随机变量分布的集中趋势，决定正态分布曲线的位置； 为标准差，它表征随机变量分布的离散程度。决定正态分布曲线的形状。定义 =0、=1 的正态分布，即 N（0，1）为标准正态分布。57. 常用的可靠度分配方法有哪三种？各自分配原则是什么？答， （1）等同分配法；它按照系统中个单元（子系统或零件）的可靠度均相等的原则进行分配。 （2）加权分配法；把各自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；全面考虑各种因素影响，采用优化方法分配可靠度。58. 简述复杂系统可靠性预测的方法。答，复杂系统可靠性预测的方法可分为两
37、类；1 等效功能图法。即把系统中的某一部分看做一个串联或并联子系统，而整个复杂系统就变成了有这些子系统构成的基本模型，这样就可以分别计算出各子系统的可靠度，最后计算出整个系统的可靠度。2 布尔真值表法。对等效功能图法不适用的复杂系统，可以用布尔真值表法。该方法是将每一个元件的两种状态（正常或故障） ，列成真值表的形式，然后计算59. 可靠性工程领域主要包括哪几个方面的内容？答：（1）可靠性设计。它包括了设计方案的分析，对比与评比，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设计等。 （2）可靠性分析。它主要是指失效分析，也包括必要的可靠性试验和故障分析。这方面的工作可分为可靠
38、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）可靠性数学。这是数理统计方法在开展可靠性工作中发展起来的一个数学分支。60.系统可靠性的大小主要取决于哪些因素？答：1、组成系统的零部件的可靠性 2、零部件的组合方式。61. 简述可靠性的统计指标。答，可靠性统计指标包括；1 存货频率和累计失效频率；2 可靠度函数和累计失效概率；3 平均失效密度和瞬时失效密度；4 平均失效率和失效率函数；5 平均寿命和可靠寿命。62. 简述可靠性与可靠度的区别和联系？可靠性是指产品在规定的时间和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条件下和规定的时间内完成规定功能的概率；联系：可靠度是
39、对产品可靠性的概率度量。63.可靠性设计与传统设计方法的区别。答：传统设计是将设计变量视为确定性单值变量，并通过确定性函数进行运算。而可靠性设计则将设计变量视为随机变量，并运用随机方法对设计变量记性描述和运算。64 与传统设计方法相比，可靠性设计有哪些特点？答，可靠性设计具有以下特点；1 传统设计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，他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 传统设计是把设计变量视为确定性的单值变量并通过确定性函数进行计算，而可靠性设计则把设计变量视为随机变量并
40、应用随机方法对设计变量进行描述和运算。3 在可靠性设计中，由于应力和强度都是随机变量，所以判断一个零件是否安全可靠，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 传统设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，两者之间又有着密切的联系。可靠性设计是传统设计的延伸和发展。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。65. 什麽是 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，可以认为它们服从正态分布
41、，因此，我们认为手册中所给的数据范围覆盖了该随机变量的+-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+-3 范围的可靠度已为 0.997366.应用强度应力干涉理论说明传统安全系数设计方法的优缺点。答：优点：简便、直观，并具有一定的实践依据，所以在传统设计中广泛应用。缺点：有很大的盲目性，其安全系数的大小并没有同可靠度直接挂钩。从强度应力干涉图可知：1、即使安全系数大于 1，仍然会有一定的实效概率：2、当零件强度和工作应力的均值不变，但零件强度或工作应力的离散程度变大或变小时，其干涉部分也必然随之变大变小，失效概率亦会增大或变小。67. 什么是强度应力干涉理论？答，在可
42、靠性设计中，由于强度 r 和应力 s都是随机变量，因此，一个零件是否安全可靠，就是以强度 r 大于应力 s 的概率大小来判断。这一准则可表示为；R(t)=P(rs)=R 其中R为设计要求的可靠度。需要强调的是，强度 r 和应力 s 都是广泛的含义；应力是指，导致失效的任何因素，而强度是指，防治失效发生的任何因素。68.简述强度和应力均为正太分布时，强度和应力干涉的三种典型情况下的失效率情况。答：1、强度的均值大于应力的均值，不可靠度 F 小于 50%。当强度的均值减去应力的均值为一定值，概率 F 的大小随强度和应力的标准差的增大而增大 2、强度的均值等于应力的均值，失效率 F 为 50% 3、
43、强度的均值小于应力的均值，安全系数小于 1，失效率大于 50%，但零件仍具有一定的可靠度。69.强度应力干涉理论中，判断零件是否安全可靠地设计准则（可靠性设计准则-全部加括号） 。答：在可靠性设计中，由于强度 r 和应力 s都是随机变量，因此，一个零件是否安全可靠，可以用强度 r 大于应力 s 的概率大小来判断。次设计准则为 R(t)=P（rs）【R】式中， 【R】为设计要求的可靠度。（强调的是，强度 r 和应力 s 都有广泛的含义：应力是指导致失效的任何因素，而强度是指防止失效发生的任何因素） 。70. 简述强度应力干涉理论中强度和应力的含义，并举例说明。答，强度应力干涉理论中强度和应力具有
44、广泛的含义；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，他们具有相同的量纲；例如，在解决杆，梁和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，但在解决压力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的是压杆所受的工作压力。71. 简述平均失效率的定义。答，设 N0 为受试产品总数，Nf(t)是 t 時刻的累积失效数， Nf(t)是时间间隔 t 到t+t 內的失效产品数，则定义 上=Nf(t)/ N0- Nf(t) t 為時間間隔 t 到 t+t 的平均失效率。它的含義是；產品工
45、作到 t 時刻後的單位時間內發生失效的概率，即產品工作到一定時刻 t 后，在單位時間內發生失效的產品數，與時間 t 時仍在工作的產品數之比。72. 什么是串联模型系统？答，若系统中有诸多零件的失效相互独立，当系统中任一个零件发生故障都会导致整个系统失效时，则这种零件的组合形式称为串联模型，或称串联系统。73. 简述 r/n 表决系统的定义和其他系统的定义的关系。答，在 n 个零件组成的并联系统中，n 个零件都参加工作，但其中要有 r 个以上的零件正常工作（1rn ） ，系统才能正常工作，这种系统称为 r/n 表决系统。显然，它属于一种广义的工作冗余系统。当 r=1 时，就是工作冗余系统，当 r=n 就是串联系统74. 简述故障树分析步骤。答，故障树分析也叫失效树分析，简称，是系统可靠性分析的有力工具。故障树分析的步骤；在充分熟悉系统的基础上，建立故障树。进行定性分析，识别系统薄弱环节；进行定量分析，对系统的可靠性作出评价。
