现代设计方法习题测验集(含答案)
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习题
【说明】：本课程《现代设计方法》（编号为09021）共有单选题,计算题,简答题, 填空题等多种试题类型，其中，本习题集中有[ 填空题,单选题]等试题类型未进入。
一、计算题
1. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。
342)(m in 2+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取1.0=ε。
2. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）
32)(m in 2+=x x f ，给定[][],1,2a b =-，取1.0=ε
3. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）
432+=x )x (f min ，给定[][]40,b ,a =，取10.=ε。
4. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。
12)(m in 3+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取5.0=ε
5. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。
107)(m in 2+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取1.0=ε
6. 用梯度法求解无约束优化问题：
168)(m in 22221+-+=x x x X f ，取初始点[]T
X 1,1)0(= ，计算精度1.0=ε。 7. 用梯度法求解96)(m in 12221+-+=x x x X f ，[]T
X 1,1)0(= ，1.0=ε。 8. 用梯度法求解44)(m in 22221+-+=x x x X f ，[]T
X 1,1)0(=，1.0=ε 。 9. 用梯度法求解无约束优化问题：1364)(m in 222
121+-+-=x x x x X f ，取初始点
[]T
X 1,1)0(=，计算精度1.0=ε。 10. 用梯度法求解1212221422)(m in x x x x x X f --+=,[]T
X 1,1)0(=，1.0=ε 。（请迭代两次）
11. 有三个可靠度均为0.9的子系统组成的并联系统，试比较纯并联及2/3[G]表决系统的可靠度。
12. 一个由2个子系统组成的系统，其可靠度指标为0.85，试按等同分配法分配子系统的可靠度：（1）组成串联系统，（2）组成并联系统。
13. 已知某零件的应力和强度均呈正态分布，零件强度：MPa 516=δμ（均值），MPa S 2.24=δ（标准差），应力：MPa 378=σμ（均值），Mpa S 5.41=σ（标准差），试计算零件的可靠度与失效概率。
14. 由应力分析表明，某零件所承受的应力是拉应力，可用正态分布来描述，MPa T 3500=μ，标准差MPa S T 400=。该零件在制造过程中所引起的残余应力也可用正态分布来描述，其均值MPa C 1000=μ，标准差MPa S C 150=。由强度分析表明，该零件的强度也服从正态分布，其均值MPa 5000=δμ。现要求出当保证该零件的可靠度不低0.999时，零件强度的标准差的最低值应为多少?
15. 由应力分析表明，某零件所承受的应力是拉应力，可用正态分布来描述，MPa T 3500=μ，标准差MPa S T 400=。该零件在制造过程中所引起的残余应力也可用正态分布来描述，其均值MPa C 1000=μ，标准差MPa S C 150=。由强度分析表明，该零件的强度也服从正态分布，其均值MPa 5000=δμ。现要求出当保证该零件的可靠度不低0.999时，零件强度的标准差的最低值应为多少?
16. 零件在工作中，作用在零件上的应力呈指数分布，均值为MPa 1000=σμ，强度服从正态分布，均值：MPa 2100=δμ，标准差：Mpa S 168=δ，试计算该零件的可靠度与失效概率。
17. 已知某一发动机零件所承受的应力服从正态分布，其均值MPa 3500=σμ，标准差Mpa S 400=σ；强度也服从正态分布。其均值MPa 8200=δμ，标准差MPa S 800=δ。求此时零件的可靠度是多少?
18. 由四个零件分别组成一个工作串联系统和并联系统，四个零件的可靠度分别为 RA ＝0.9，RB ＝0.8，RC ＝0.7, RD ＝0.6。求该两个系统的可靠度R 。并比较两个系统的可靠度。
19. 已知某产品的强度和应力均服从指数分布，己知应力的变化率MPa 03.0=σλ。现要求出，当可靠度为0.9时，产品的强度变化率应控制在什么数值上?
20. 有一批钢轴，规定钢轴直径不超过1.5cm 就是合格品，已知钢轴直径尺寸X 服从N(1.49，0.0052)。（查正态分布表得 )2(Φ＝0.97725，)1(Φ＝0.8413，φ（1）＝0.2420，φ（2）＝0.05399，64485.1)05.0(1＝-Φ，74485.1)04.0(1＝-Φ）
(1)试判断这批钢轴的废品率是多少？
(2)如果要保持有95％的合格率，那么应该规定钢轴直径的合格尺寸是多少？
二、简答题
21. 设计数据处理的常用方法有那些？
22. 结合实际应用，说明CAD 的工作过程。
23. 请简述现代CAD 技术的概念。
24. 请简述现代CAD 技术研究的内容。
25. 传统CAD 涉及以哪些基础技术？
26. 试述方向导数与梯度的关系。
27. 简述求解优化问题的图解法基本步骤。
28. 简述什么是梯度？梯度的基本性质。
29. 什么是共轭梯度法？试述梯度法与共轭梯度法的区别。
30. 简述什么是优化设计？下降迭代算法的构成需要解决哪几个基本问题？ 31. 下降迭代算法的收敛准则有哪些？
32. 优化设计的数学模型由哪三部分组成？建立优化设计的数学模型的基本步骤是什么？
33. 请简述梯度法和共轭梯度法的特点。
34. 请简述下降迭代算法构成的基本步骤。
35. 无约束优化方法分为哪两类？
36. 一般机械产品的可靠性设计程序分哪几个阶段？
37. 试述可靠性的定义及机械可靠性设计方法的主要特征。
38. 什么是可靠度？系统的可靠性预测和可靠性分配有何不同?
39. 简述可靠性的重要意义。
40. 可靠性分配需考虑哪些因素？
三、 填空题
11. CAD 系统硬件一般由主机、输出设备、输入设备和 设备四部分组成。
12. 工程设计的参数一般可分为几何参数和 两种类型。
13. 有限元位移法中单元分析的主要内容 。
14. 一个多元函数F(X)在点x *附近偏导数连续，则该点为极大值点的充分条件是 。
15. 偏导数、方向导数都是研究某点沿给定方向的 。
16. 设某约束优化问题目标函数为F (X )，3个约束条件为g i (X )≤0，(i =1,2,3)，在X 0点满足 －?F (X 0)＝2?g 1(X 0)＋?g 2(X 0)，则起作用的约束为 。
17. 可靠度是对产品可靠性的 度量。
18. 机电产品零件失效率曲线有 区域 、正常工作区域、 区域。
19. 若y ＝ln x 服从正态分布，则随即变量x 服从 分布。
20. 弹性模量E 是指单元体只在X 方向拉伸时，X 方向上的正应力(σX )与 的比值。
四、单选题
1. CAD 系统中不是按其描述和存储内容的特征划分的几何模型（ ）
A.线框几何模型
B.表面几何模型
C.实体几何模型
D.曲面几何模型
2. 工程数据处理中，使用线性插值法完成（ ）
A.一元插值
B.二元插值
C.曲线拟合
D.曲线绘制
3. 三维图形变换矩阵?????
???????=s n m l r j i h q f e d p c b a T ，中l 表示产生的（ ） A.比例变换 B.对称变换 C.错切变换 D.平移变换
4. 求f(x 1,x 2)＝2x 12-8x 1+2x 22-4x 2+20的极值及极值点（ ）
A. x*=[1，1]T 12
B.
x*=[2，1]T 10 C. x*=[2，2]T 12 D. x*=[1，0]T 14
5. 梯度法与变尺度法所具有的收敛性分别为（ ）
A ．一次收敛性．一次收敛性
B ．二次收敛性．二次收敛性
C ．一次收敛性．二次收敛性
D ．二次收敛性．一次收敛性
6. 对于极小化F(x)，而受限于约束g μ(x)≤0(μ= 0,1,2,…,m)的优化问题，其内点罚函数表达式为（ ）
A.∑=-=Φm k k X g r X F r X 1)()()(/1)(),(μμ
B.∑=+=Φm
k k X g r X F r X 1)()()(/1)(),(μμ C.∑=-=Φm k k X g r X F r X 1)()()](,0max[)(),(μμ D.∑=-=Φm k k X g r X F r X 1
)()()](,0min[)(),(μμ
7. N 台具有相同可靠度为R 的设备组成系统，恰好有r 台设备失效时系统的可靠度为（ ）
A ．R S ＝
∑=--r i r r n r n R R C 0)1( B ．R S ＝∑=--n
i r r n r n R R C 0)1( C ．R S ＝r r n r n R R C )1(-- D ．R S ＝∑=---r i r r n r n R R C
0)1(1 8. N 台具有相同可靠度为R 的设备组成系统，若系统允许 r 台设备失效仍认为正常
工作，则该系统的可靠度函数R S 为（ ）
A ．R S ＝∑=---n r i i i n i n n R R C )1(
B ．R S ＝∑=--n i r r n r n R R
C 0)1(
C ．R S ＝r r n r n R R C )1(--
D ．R S ＝∑=---r i r r n r n R R C
0)1(1
9. 设试验数为N 0，累积失效数为N f (t)，仍正常工作数N s (t)，则存活频率是指（ ）
A ．0)
(N t N f B ．0)(N t N s C ．)()(t N t N f s D ．)
()(t N t N s f 10. 在t ～t ＋△t 的时间间隔内的平均失效密度f (t )表示（ ）
A ．平均单位时间的失效频数
B ．平均单位时间的失效频率
C ．产品工作到t 时刻，单位时间内发生失效的概率
D ．产品工作到t 时刻，单位时间内发生的失效数与仍在正常工作的数之比
答案
一、计算题
1. 解：第一次缩小区间
043.1,146.1)03(382.0011==-?+=f x
459.2,854.1)03(618.0022==-?+=f x
由于21f f <，故新区间[][][]854.1,0,,2==x a b a
因为1.0854.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。
第二次缩小区间
令043.1,146.11212====f f x x
171.1,708.0)0854.1(382.0011==-?+=f x
由于21f f >，故新区间[][][]854.1,708.0,,1==b x b a
因为1.0146.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。
第三次缩小区间
令043.1,146.12121====f f x x
346.1,416.1)708.0854.1(618.0708.022==-?+=f x
由于21f f <，故新区间[][]416.1,708.0,2
=x a 因为1.0708.0>=-a b ，所以应继续缩小区间。
2. 解：第一次缩小区间
043.3,146.03382.0111==?+-=f x
459.4,854.03618.0122==?+-=f x
由于21f f <，故新区间[][][]854.0,1,,2-==x a b a
因为1.0854.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。
第二次缩小区间
令043.3,146.01212====f f x x
171.3,292.0854.1382.0111=-=?+-=f x
由于21f f >，故新区间[][][]854.0,292.0,,1-==b x b a
因为1.0146.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。
第三次缩小区间
令043.3,146.02121====f f x x
346.3,416.0)292.0854.0(618.0292.022==+?+-=f x
由于21f f <，故新区间[][]416.0,292.0,2-=x a
因为1.0708.0>=-a b ，所以应继续缩小区间。
3. 解：第一次缩小区间
004115281461801011.f ,.).(x ==?-+=
33222472246180022.f ,..x ==?+=
由于21f f <，故新区间[][][]472202.,x ,a b ,a ==
因为10472204722...>=-，所以应继续缩小区间。
第二次缩小区间
令0041152811212.f f ,.x x ====
6736944047223820011.f ,...x ==?+=
由于21f f <，故新区间[][]52810.,b ,a =
因为105281..a b >=-，所以应继续缩小区间。
第三次缩小区间
令673694401212.f f ,.x x ====
0235584052813820011.f ,...x ==?+=
由于
21f f <，故新区间[][]944002.,x ,a =
因为109440..a b >=-，所以应继续缩小区间。 4. 解：第一次缩小区间
2131.0,146.1)03(382.0011==-?+=f x
6648.3,854.1)03(618.0022==-?+=f x
由于21f f <，故新区间[][][]854.1,0,,2==x a b a
因为5.0854.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。
第二次缩小区间
令2131.0,146.11212====f f x x
0611.0,708.0)0854.1(382.0011-==-?+=f x
由于21f f <，故新区间[][][]146.1,0,,2==x a b a
因为5.0146.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。
第三次缩小区间
令0611.0,708.01212-====f f x x
208.0,438.0)0146.1(382.0011==-?+=f x
由于21f f >，故新区间[][][]416.1,438.0,,1==b x b a
因为5.0708.0>=-a b ，所以应继续缩小区间。
5. 解：第一次缩小区间
291.3,146.1)03(382.0011==-?+=f x
459.0,854.1)03(618.0022==-?+=f x
由于21f f >，故新区间[][][]3,146.1,,1==b x b a
因为1.0854.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。
第二次缩小区间
令459.0,854.12121====f f x x
791.0,292.2)146.13(618.0146.122-==-?+=f x
由于21f f >，故新区间[][][]3,854.1,,1==b x b a
因为1.0146.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。
第三次缩小区间
令791.0,292.22121-====f f x x
370.1,562.2)854.13(618.0854.122-==-?+=f x
由于21f f >，故新区间[][][]3,292.2,,1==b x b a
因为1.0708.0>=-a b ，所以应继续缩小区间。
6. 解：求：??????-=?822)(21x x X f ，??
????-=?62)()0(X f 令：??
????-=-?=62)()0()0(X f S 则：??
????+-=??????-+??????=+=αααα61216211)0()0()1(S X X )(16)61(8)61()21()(22)1(αφααα=++-++-=X f
令0)(='αφ，可得5.0=α，??
?
???=40)1(X ，0)()1(=X f 因：0)()1(=?X f ，可得此问题的最优解：??????=40*
X ，0)(*=X f 。 7. 解：??????-=?21262)(x x X f ，??
????-=?24)()0(X f 令：??
????-=-?=24)()0()0(X f S 则：??????-+=??????-+???
???=+=α
ααα21412411)0()0()1(S X X )(9)41(6)21()41()(22)1(αφααα=++--++=X f 令：0)(='αφ 可得：5.0=α ，??
????=03)1(X ，0)()1(=X f 因：0)()1(=?X f ，可得此问题的最优解：??
????=03*X ，0)(*=X f 。 8. 解：求：??????-=?422)(21x x X f ，??
????-=?22)()0(X f 令：??
????-=-?=22)()0()0(X f S
则：??
????+-=??????-+??????=+=αααα21212211)0()0()1(S X X )(4)21(4)21()21()(22)1(αφααα=++-++-=X f
令0)(='αφ，可得5.0=α，??
????=20)1(X ，0)()1(=X f 因：0)()1(=?X f ，可得此问题的最优解：???
???=20*X ，0)(*=X f 。 9. 解：求：??????--=?6242)(21x x X f ，??
????--=?42)()0(X f 令：??
????=-?=42)()0()0(X f S 则：????
??++=??????+???
???=+=αααα41214211)0()0()1(S X X )()24()12()(22)1(αφαα=-+-=X f
令0)(='αφ，可得5.0=α，??
?
???=32)1(X ，0)()1(=X f 因：0)()1(=?X f ，可得此问题的最优解：??
?
???=32*X ，0)(*=X f 。 10. 解：1）第一次迭代
求 ,42422)(2121??????+---=?x x x x X f ??
????-=?24)()0(X f 令 ??
????-=-?=24)()0()0(X f S 则 ??????
-+=??????-+??????=+=αααα21412411)0()0()0()1(S X X )()41(4)21)(41(2)21(2)41()(22)1(αφααααα=+--+--++=X f 对这种简单的一元函数，可以直接用解析法对α求极小。
现代设计方法习题答案
3.用梯度法求下列无约束优化问题：MinF(X)=x12+4x22，设初始点取为X(0)={2,2}T，以梯度模为终止迭代准则，其收敛精度为5。 1)求初始点梯度▽F(X) ▽F(X)={2x1,8x2}T▽F(X(0))={4,16}T (2)第一次搜索 |▽F(X(0))|=16.5,S(0)=- ▽F(X(0))/16.5=-{0.243,0.97}T α(0)=2.157 X(1)=X(0)+α(0)S(0)={1.476,-0.923}T ▽F(x(1))={2.952,-0.738}T |▽F(x(1))|=3.043<5.0 故满足要求，停止迭代。 最优点X*={1.476,-0.0923}T 最优值F(X*)=2.21 4.
5.
6. 用外点法求解约束优化问题： ()()12211221min ..0()0 f X x x s t g X x x g X x =+=-≤=-≤ ， 收敛准则：(1) ()0.10.01k k X X εδ+-≤=，约束容限＝ 解：（1）利用外点法惩罚法构造无约束优化问题 () ( ) 12()22()212121(min ,()() k k k x x X r x x r x x r x +??Φ=?++-+-??可行域内）（可行域外） （2）此例只是为了说明外点法的思路，用微分法求解上述无约束优化问题。 用极值条件求解： 在可行域内：偏导数不可能等于0，即可行域内无极值 在可行域外，令： ()2()11211 ()2122 14()2012()0k k k r x x x r x x r x x x ?Φ =+-+=??Φ =--=?
现代设计方法复习题1
单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的 序号填在题干的括号内。) 1. f(x)在区间［x 1,x 3］上为单峰函数，x 2为区间中的一点，x 4为利用二次插值法求得的近似极值点，若x 4-x 2＜0,且f(x 4)≥f(x 2)，则新的搜索区间为( D ) A. ［x 1,x 4］ B. ［x 2,x 3］ C. ［x 1,x 2］ D.［x 4,x 3］ 2.对于平面桁架中的杆单元，每个节点在整体坐标系中的位移分量个数为（B ） A1 B2 C3 D4 3.应用四节点等参数单元时，由整体坐标系到自然坐标系单元的映射关系是（C ） A 任意四边形→任意四边形 B 正方形→任意四边形 C 任意四边形→正方形 D 正方形→正方形 4.在任何一个单元内（ D ） A 只有节点符合位移模式 B 只有边界点符合位移模式 C 只有边界点和节点符合位移模式 D 单元内任意点均符合位移模式 4.若强度r 的概率密度函数为f r (r)=λr e r r -λ,则知其分布为（ C ） A 正态分布 B 对数正态分布 C 指数分布 D 威布尔分布 6.标准正态分布的均值和标准离差为（ D ） A μ=1,σ=0 B μ=1,σ=1 C μ=0,σ=0 D μ=0,σ=1 7.若组成系统的诸零件的失效相互独立，但只有某一个零件处于工作状态，当它出现故障后，其它处于待 命状态的零件立即转入工作状态。这种系统称为（ C ） A 串联系统 B 工作冗余系统 C 非工作冗余系统 Dr/n 表决系统 8已知方程组5611327121 2x x x x +=+=??? ()()12，用高斯消元法对式(2)进行向前消元一步运算后，结果为（ C ） A. -=245652x B. x x 122373+= C.-=85252x D. -=-243343 2x 9.Powell 修正算法是一种（ D ） A 一维搜索方法 B 处理约束问题的优化方法 C 利用梯度的无约束优化方法 D 不利用梯度的无约束优化方法 10.某产品的寿命服从指数分布，若知其失效率λ=0.002，则该产品的平均寿命为（C ） A.200 B.1000 C.500 D.2000 11.下列优化方法中，不需计算迭代点一阶导数和二阶导数的是（ B ） A 可行方向法 B 复合形法 C DFP 法 D BFGS 法 11.表示机电设备的一般失效曲线(浴盆曲线)中，偶然失效期的失效密度f(t)服从（ B ）
现代设计方法期末总结
1、设计是创造性的劳动，设计的本质是创新。 2、现代设计方法有六个特点,分别是:程式性、创造性、系统性、优化性、综合性、计算机辅助设计（CAD）。 3、传统的分析方法往往把事物分解为许多独立的互不相干的部分进行研究。由于是孤立、静止地分析问题，所得的结论往往是片面的、有局限性的。而系统工程的方法是把事物当作一个整体的系统来研究，从系统出发，分析各组成部分之间的有机联系及系统与外界环境的关系，是一种较全面的综合研究方法。 4、设计系统是一种信息处理系统。 5、系统工程的观点，设计系统是一个由时间维、逻辑维和方法维组成三维系统。时间维：反映按时间顺序的设计工作阶段；逻辑维：解决问题的逻辑步骤；方法维：设计过程中的各种思维方法和工作方法。 6、设计工作阶段—时间维一般工程设计可分为四个阶段： 1）产品规划（明确设计任务）；2）原理方案设计；3）技术设计；4）施工设计。产品规划过程中的调查研究，包括：市场调研、技术调研、社会调研、环境调研。产品规划阶段形成的是可行性研究报告或设计任务书。 原理方案设计形成方案原理图。技术设计阶段形成零件草图等。 施工设计阶段形成零件图、部件装配图、全部生产图纸、设计说明书、工艺文件、使用说明书。 7、产品设计的三种类型 （1）开发型设计针对设计任务提出新的功能原理方案，完成从产品规划到施工设计的全过程的设计，此类设计是创新设计。 （2）适应型设计在原理方案基本保持不变的情况下，变化更换部分部件或结构，使产品更广泛地适应使用要求的设计。 （3）变参数型设计产品功能、原理方案、结构型式基本确定，通过改变尺寸与性能参数，满足不同的工作需要的设计。（测绘与仿制） 8、解决问题的合理逻辑步骤是：分析-综合-评价-决策。 评价是筛选的过程二、原理方案设计 1、系统功能分析法—系统化设计方法，它是将工程设计任务或机械产品看作技术系统，用系统工程方法进行分析和综合。 2、技术系统—以一定技术手段来实现社会特定需求的人造系统。 技术系统的功能就是将输入的能量、物料和讯号进行有目的的转换或变化后输出。技术系统是一个转换装置。随时间变化的能量、物料和讯号称为能量流、物料流和讯号流。 主要传递讯号流的技术系统—仪器。 主要传递能量流与物料流的技术系统—机器。 3、对输入和输出的变换所作的抽象描述称为系统。 技术系统的用途或所具有的特定能力称为系统的功能 4、分析系统的总功能常采用“黑箱法”。分析比较系统的输入和输出能量、物料和讯号，其差别和关系反映的就是系统的总功能。黑箱法要求设计者不要首先从产品结构着手，而应从系统功能出发设计产品。 5、功能分解分解到直接找到解法的分功能称为功能元。功能分析的结果用功能树的形式表达 完成分功能的技术实体是功能载体。 6、求系统原理解N=n1·n2······ni······nm 式中：m—功能元数；ni—第i 种功能元解的个数。 7、功能分析法的设计步骤
现代设计方法综合训练题
现代设计方法综合训练题 第二部分 非选择题 三、填空题 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。1．计算机辅助设计（CAD）是指人们在计算机的辅助下，对产品或工程进行设计、绘图、分析计算或编写技术文件以及显示、输出的一种设计方法。 2．CAD系统的软件根据其用途可分为三类，它们是：软件、支撑软件专用软件。 3．在特征模型中，形状特征是其它特征的载体，非几何特征信息一般作为附加在形状特征上。 4．在单峰搜索区间[a,b]内，任取两个试算点a1,a2，若两点的函数值 F(a1)>F(a2)，则缩小后的区间为。 5．当有两个设计变量时，目标函数与设计变量之间的关系是中的一个曲面。 6．在有限元方法中，求总刚度矩阵的方法主要有两种，其中一种方法是利用刚度系数集成的方法获得总刚度矩阵的，该方法应用了 原理。 7．单元刚度矩阵具有对称性、性和奇异性。 8．2/3表决系统中各子系统的可靠度为R，则该系统的可靠度为 。 9．可靠度是对产品可靠性的度量。 10．某串联机电系统由N个子系统组成，各子系统的可靠度服从指数分布，且第i个子系统的失效率为λ，则该系统的平均寿命为。11．优化设计亦称最优化设计，它是以为基础，以电子计算机为辅助工具的一种设计方法。 12．优化设计的数学模型一般由设计变量、和约束条件三个基本要素组成。 13．国标GB3187-82将可靠性定义为：“产品在和规定的时间内，完成规定功能的能力。” 14．所谓特征指的是反映、可按一定原则分类的、具有相对独立意义的典型结构形状。 15．梯度是函数对各个设计变量的所组成的列矢量，并以符 号“”或grad表示。 16．二次插值法的基本思想是：在选定的单峰区间内取一点，连同两端点，利用这三点的函数值构成一个，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。
现代设计方法试卷1及答案
现代设计方法试卷1及答案 一、单项选择题 1.属于无约束优化问题求解算法中的直接法是（ C ） A. 梯度法 B.牛顿法 C.POWELL法 D.变尺度法 2.按类型划分，惩罚函数法属于（ D ） A.一维优化方法 B.无约束优化方法 C.直接法 D.约束优化方法 3.对于只含有不等式约束的优化问题，满足每一个设计约束的设计点，称为 （D） A.边界点 B.非可行点 C.外点 D.内点 4.坐标轮换法以为搜索方向。（C） A.梯度方向 B.共轭方向 C.坐标轴方向 D.负梯度方向 5.一个多元函数F（X）在点X*附近偏导数连续，则该点为极小值点的充分条件是（ B ） A.▽F（X*）=0 B. ▽F（X*）=0,H（X*）正定 C. H（X*）=0 D. ▽F（X*）=0,H（X*）负定 6.在有限元分析中，将构件分割成单元的方法称之为( C ) A.有限化 B.单元化 C.网格化 D.分割化 7.平面问题的弹性矩阵与材料的（ D） A.弹性模量有关，泊松比无关 B.弹性模量无关，泊松比有关 C.弹性模量和泊松比都无关 D.弹性模量和泊松比都有关 8.当零件材料的强度均值小于应力均值时，零件的平均安全系数为n，等效概率为F，则（A ） A.n<1，F>50% B. n>1，F>50% C. n<1，F<50% D. n>1，F<50% 9.串联系统的失效模式大多服从（ D ）
A.正态分布 B.对数正态分布 C.指数分布 D.威布分布 10.抽取100只灯泡进行实验，灯泡工作到50小时有12只损坏，工作到70小 时又有20只损坏，从50小时到70小时这段时间内灯泡的平均失效密度为（ C ） A. 0.006 B. 0.004 C. 0.01 D. 0.12 二、填空题 11.单元刚度矩阵具有对称性、 分块 性和奇异性。 12.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。 13.函数()223212221+-+=x x x x x F 在点（1，0）处的梯度为 [6,-2]T 。 14.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， 并联系统 的可靠度高。 15.一批产品从投入运行到发生失效的平均时间称为 平均寿命 。 16.可靠度是对产品可靠性的 概率 度量。 17.设某系统由10个零件串连组成，每个零件的可靠度均为0.95，系统的可靠度为 0.599 。 18.根据处理约束条件的方式不同，求解约束优化问题的方法分为 直接法 和间接法。 19.根据是否满足约束条件可以将设计点分为：可行点和 不可行点 。 20.利用目标函数的一阶导数或二阶导数信息构成搜索方向的方法称为 导数法 。 三、名词解释 21、（定义）可靠度：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，用R 表示。 22、（定义）失效率：又称故障率，产品工作t 时刻时尚未失效（或故障）的产品，在该时刻
现代设计方法_习的题目集(含问题详解)
《现代设计方法》课程习题集 西南科技大学成人、网络教育学院 版权所有 习题 【说明】：本课程《现代设计方法》（编号为09021）共有单选题,计算题,简答题, 填空题等多种试题类型，其中，本习题集中有[ 填空题,单选题]等试题类型未进入。 一、计算题 1. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 342)(m in 2+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取1.0=ε。 2. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次） 32)(m in 2+=x x f ，给定[][],1,2a b =-，取1.0=ε 3. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次） 432+=x )x (f min ，给定[][]40,b ,a =，取10.=ε。 4. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 12)(m in 3+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取5.0=ε 5. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 107)(m in 2+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取1.0=ε 6. 用梯度法求解无约束优化问题： 168)(m in 22221+-+=x x x X f ，取初始点[]T X 1,1)0(= ，计算精度1.0=ε。 7. 用梯度法求解96)(m in 12221+-+=x x x X f ，[]T X 1,1)0(= ，1.0=ε。
8. 用梯度法求解44)(m in 22221+-+=x x x X f ，[]T X 1,1)0(=，1.0=ε 。 9. 用梯度法求解无约束优化问题：1364)(m in 222 121+-+-=x x x x X f ，取初始点[]T X 1,1)0(=，计算精度1.0=ε。 10. 用梯度法求解1212221422)(m in x x x x x X f --+=,[]T X 1,1)0(=，1.0=ε 。（请迭代两次） 11. 有三个可靠度均为0.9的子系统组成的并联系统，试比较纯并联及2/3[G]表决系统的可靠度。 12. 一个由2个子系统组成的系统，其可靠度指标为0.85，试按等同分配法分配子系统的可靠度：（1）组成串联系统，（2）组成并联系统。 13. 已知某零件的应力和强度均呈正态分布，零件强度：MPa 516=δμ（均值），MPa S 2.24=δ（标准差），应力：MPa 378=σμ（均值），Mpa S 5.41=σ（标准差），试计算零件的可靠度与失效概率。 14. 由应力分析表明，某零件所承受的应力是拉应力，可用正态分布来描述，MPa T 3500=μ，标准差MPa S T 400=。该零件在制造过程中所引起的残余应力也可用正态分布来描述，其均值MPa C 1000=μ，标准差MPa S C 150=。由强度分析表明，该零件的强度也服从正态分布，其均值MPa 5000=δμ。现要求出当保证该零件的可靠度不低0.999时，零件强度的标准差的最低值应为多少? 15. 由应力分析表明，某零件所承受的应力是拉应力，可用正态分布来描述，MPa T 3500=μ，标准差MPa S T 400=。该零件在制造过程中所引起的残余应力也可用正态分布来描述，其均值MPa C 1000=μ，标准差MPa S C 150=。由强度分析表明，该零件的强度也服从正态分布，其均值MPa 5000=δμ。现要求出当保证该零件
现代设计方法模拟试题
现代设计方法模拟试卷 一、单项选择题（本大题共２0小题。每小题１分。共2０分) 1.ＣＡD 一词已经成为世界通用的名词,它是指（ ） A.计算机辅助工程 B ． 计算机辅助设计 C ．计算机辅助制造? D ．计算机辅助工艺规程设计 2．实验测试了自变量为3,4,５,6，７，８时的函数值，现要用抛物线插值法计算５.８处的函数值,选择下列哪组自变量及其对应的函数值进行插值计算较为合理( ） Ａ．3，4，5 Ｂ．４，5,6 C ．5，６,7?Ｄ．6,7,８ 3．设备坐标系的维数一般为（ ） Ａ．一维 B ．二维 C 三维 Ｄ.四维 4.将平面图形沿Ｘ方向平移１０个单位,沿Y 方向平移１5个单位,其坐标变换矩阵为( ） A.??????????11510010001 B.??????? ???--11510010001 Ｃ.???? ? ?????101001500010D ．???? ??????10 10015000 1 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．若函数Ｆ(x)在Dl 上具有连续二阶导数（Ｄ是Dl 内部的凸集),则F(ｘ)为D 上的凸函数的充分必要条件是F （x)的H ｅss ｉａn 矩阵( ) Ａ.半正定?B ．正定?C.半负定 D ．负定 7．编码裁剪法(C ｏｈe ｎ-Sutherland 法)中，某点在窗口右方,则其代码应为( ） A.００01 B ．0010 C.0１０0 D.100０ ８．在单峰搜索区间[x 1,x 3］(ｘ１ 三、计算题 101. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 342)(min 2+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取1.0=ε。 1. 解：第一次缩小区间 043.1,146.1)03(382.0011==-?+=f x 459.2,854.1)03(618.0022==-?+=f x 由于21f f <，故新区间[][][]854.1,0,,2==x a b a 因为1.0854.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。 第二次缩小区间 令043.1,146.11212====f f x x 171.1,708.0)0854.1(382.0011==-?+=f x 由于21f f >，故新区间[][][]854.1,708.0,,1==b x b a 因为1.0146.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。 第三次缩小区间 令043.1,146.12121====f f x x 346.1,416.1)708.0854.1(618.0708.022==-?+=f x 由于21f f <，故新区间[][]416.1,708.0,2 =x a 因为1.0708.0>=-a b ，所以应继续缩小区间。 102. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次） 32)(min 2+=x x f ，给定[][]2,1,-=b a ，取1.0=ε 2. 解：第一次缩小区间 043.3,146.03382.0111==?+-=f x 459.4,854.03618.0122==?+-=f x 由于21f f <，故新区间[][][]854.0,1,,2-==x a b a 浙江省1月自学考试现代设计方法试题及答案 浙江省 1月自学考试现代设计方法试题 课程代码：09323 一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。每小题1分，共30分) 1.对第Ⅱ象限中的一个点P 实施-?????? ? ???100010001坐标变换，则变换后P 点位于( ) A.Ⅰ象限 B.Ⅱ象限 C.Ⅲ象限 D.Ⅳ象限 2.滚筒式绘图仪上来自x 方向的脉冲信号使得( ) A.抬笔或落笔 B.笔架左右移动 C.滚筒带动图纸移动 D.停机和开机 3.图形变换矩阵T= 200020001??????? ???,则变换后的图形是原来的( ) A.2倍 B.1倍 C.3倍 D.4倍 4.扫描仪与主机接口，常见接口为( ) A.并行 B.RS-232 C.SCSI D.通信 5.用来定义用户在二维平面或三维世界中的物体，并符合右手定则的直角坐标系是( ) A.设备坐标系 B.世界坐标系 C.物理坐标系 D.规格化坐标系 6.CAD 支撑软件是在CAD 系统中，支撑( )进行CAD 工作的实用性功能软件。 A.用户 B.硬件 C.绘图机 D.打印机 7.对单凸物体进行面可见性测试，当外法线矢量N 和视线矢量S 的夹角( )时，面为可见的。 A.小于60° B.小于90° C.大于90° D.大于60° 8.数据库不但能为多个用户服务，而且能同时被多个用户使用，这种共享是( ) A.自动化的 B.并发的 C.智能化的 D.较大冗余的 9.标准件的图形构成分为4个层次，其中最基本的通用几何元素( ) A.G 类构件 B.K 类构件 C.B 类构件 D.A 类构件 10.在透视投影变换中，斜透视有( )个主灭点。 A.1 B.2 C.3 D.4 11.判断矩阵2014-???? ? ?，它应是( ) A.负定矩阵 B.正定矩阵 C.不定矩阵 D.对称矩阵 一、单项选择题 1CAD技术是一门综合性应用技术，以下技术不属于工程分析技术的是（C） A．优化设计方法B．模拟仿真 C．软件工程规范D．物理特性计算 2模拟仿真分析在CAD所涉及到的诸多技术中属于（B） A.图形处理技术 B.工程分析技术 C.软件设计技术 D.文档处理技术 3一彩色光栅扫描显示器，它的分辨率为1280×1024×8，则该显示器（D） A.水平线上有1280个扫描点，共有1024条水平扫描线，每个点最多可有8种颜色 B.水平线上有1024个扫描点，共有1280条水平扫描线，每个点最多可有8种颜色 C.水平线上有1024个扫描点，共有1280条水平扫描线，每个点最多可有256种颜色 D.水平线上有1280个扫描点，共有1024条水平扫描线，每个点最多可有256种颜色 4一光栅扫描显示器有600条水平扫描线，每条水平扫描线上有800个像素点，每个像素点的状态用8位二进制数表示，则该显示器分辨率的正确表示为（B） A．600×800×8 B．800×600×8 C．600×800×256 D．800×600×256 5根据CAD软件的分类，以下软件不属于CAD支撑软件的是（D） A．Solid edge B．MDT C．ANSYS D．FoxBASE 6网络通讯及管理软件属于（A） A.系统软件 B.支撑软件 C.专用软件 D.分析软件 将平面图形放大一倍，其变换矩阵为（C） 7在消隐处理中，当进行平面可见性测试时，若平面可见，则该面的法线矢量和视线矢量的夹角（C） A.大于90° B.小于90° C.大于180° D.小于180° D B C C D C D 机电工程学院 现代设计方法大作业基于汽车噪声的TRIZ分析 学号：S314070064 专业：机械工程 学生姓名：*** 任课教师：*** 教授 2015年1月 基于汽车噪声的TRIZ分析 一对技术系统进行初步分析 1.选择系统。 我所选择的系统是汽车。 2.系统的三维图，如图1所示。 图1 汽车的三维图 汽车工作原理：汽车的行驶主要靠发动机来带动，以四冲程汽油机为例，四冲程汽油机是将空气与汽油或柴油以一定的比例混合成良好的混合气，在吸气冲程被吸入汽缸，混合气经压缩点火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程内完成一个工作循环。汽油机简图及其具体运动过程如图2所示。 图2 四冲程汽油机工作循环图 （1）进气行程 化油器式汽油机将空气与燃料先在气缸外部的化油器中进行混合，然后再吸入气缸。进气行程中，进气门打开，排气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移 动，活塞上方的气缸容积增大，从而气缸内的压力降低到大气压力以下，即在气缸内造成真空吸力。这样，可燃混合气便经进气管道和进气门被吸入气缸。 （2）压缩行程 为使吸入气缸内可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小、密度加大、温度升高，即需要有压缩过程。在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程称为压缩行程。 （3）作功行程 在这个行程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时，装在气缸盖上的火花塞即发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气被燃烧后，放出大量的热能，因此，燃气的压力和温度迅速增加，所能达到的最高压力约为3-5Mpa，相应的温度则为2200-2800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械能，除了用于维持发动机本身继续运转而外，其余即用于对外作功。 （4）排气行程 可燃混合气燃烧后生成的废气，必须从气缸中排除，以便进行下一个进气行程。当膨胀接近终了时，排气门开启，靠废气的压力进行自由排气，活塞到达下止点后再向上止点移动时，继续将废气强制排到大气中。活塞到上止点附近时，排气行程结束。 汽车的执行机构：轮胎。 作用对象：路面。 3.汽车系统的黑箱图。 汽车的黑箱图如图3所示。 图3 汽车系统黑箱图 4.确定系统主要有益功能和其它功能。 汽车主要有益功能：载运客、货物和牵引客、货挂车。 全国2011年7月高等教育自学考试考前练习题 现代设计方法 （课程代码：02200） 一、单项选择题（本大题共20小题，每小题1分，共20分） 1．数字化仪在早期CAD 作业中经常使用，它是一种（ ） A ．输入设备 B ．输出设备 C ．存储设备 D ．绘图设备 2．滚筒式绘图仪一般采用插补原理进行绘图，但在绘图过程中有时不需要插补。绘制以下方向的线段时需要插补的是（ D ） A ．X 方向线段 B ．Y 方向线段 C ．±45o 方向线段 D ．一般方向线段 3．在采用Cohen —Sutherland 编码裁剪算法剪裁线段时，如果一条线段跨越两个区，则当其两端点编码的逻辑乘为零时，则该线段( ) A ．全部可见 B ．全部不可见 C ．部分可见 D ．不确定 4．在消隐处理中，当进行平面可见性测试时，若平面的法线矢量和视线矢量的夹角大于90o ，则该面（ ） A ．可见 B ．不可见 C ．部分可见 D ．不确定 5．一逐行扫描光栅显示器的水平扫描频率为15600H Z ，垂直扫描频率为50H Z ，则该显示器（ ） A ．水平方向有15600个像素点 B ．垂直方向有312条水平扫描线 C ．一条水平扫描线上有312个像素点 D ．垂直方向上有50条扫描线 6．F （x ）为单值、连续、可微且无约束的一元函数，则在点x=x * 处有极大值的充分条件是（ ） A ．0)(='* X F B ．0)(0)(>''='** X F X F C ．0)(=''*X F D ．0)(0 )(<''='** X F X F 7．外点罚函数法的特点是（ ） A ．适合处理等式约束的最优化问题 B ．探索过程在可行域内进行 C ．适合处理不等式约束的最优化问题 D ．需要先求出初始内点 8．在单峰搜索区间[a ，b]内任取两点a 1、a 2，若函数值F(a 1)=F(a 2)，则缩小后的区间为（ ） A ．[a ，a 1] B ．[a 1，b] C ．[a 1，a 2] D ．[a ，a 2] 9．以下关于函数的梯度的说法不正确的是（ ） A ．函数的梯度是标量 B ．函数值沿梯度方向变化最剧烈 C ．函数的梯度是矢量 D ．求函数的极小值时常沿负梯度方向搜索 10．多元函数F(x)在点X * 附近一阶偏导数连续，则该点为极大值点的充分条件为（ ） A ．F （x * ）=0 B ． F （x *）=0，H （x *）正定 C ．F （x * ）=0 D ． F （x * ）=0，H （x * ）负定 11．平面桁架结构中，某单元局部编码依次对应的总体编码为8，6，则单元则度矩阵中的元素 k 34应放入总体刚度矩阵[K]中的（ ） A ．16行15列 B ．11行12列 C ．12行16列 D ．11行15列 12．平面三解形单元的刚度矩阵阶数为（ ） A ．2×2 B ．3×3 C ．4×4 D ．6×6 13．平面刚架结构中的杆单元，单元中的位移分量个数为（ ） A ．3 B ．6 C ．9 D ．12 14．平面问题的弹性矩阵与材料的（ ） A ．弹性模量和硬度有关 B ．弹性模量和泊松比有关 C ．弹性模量和强度有关 D ．强度和泊松比有关 15．若把平面应力问题的弹性矩阵改成平面应变问题的弹性矩阵，只需将（ ）E /（12 μ-） μ- A ．E 换成E /（1μ-），μ换成μ/（1μ-） B ．E 换成E /（12 μ-），μ换成μ（12 μ-） C ．E 换成E /（12μ-），换成μ/（1μ-） 二、填空 1、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、CAD系统由硬件和【软件】组成。 3、网络型数据模型是指事物间网络形式的组织结构，它体现了事物间【多对多】的关系。 4、标准件特性文件给出了为生成图形所必需的全部几何尺寸，……和【组装】方式。 5、矩形窗口和视区匹配时，固定窗口全部参数而改变视区的定形参数，可以实现图形的【放大或缩小】。 6、Powell法是以【共轭】方向作为搜索方向的算法。 7、对于由n个变量组成的函数，它的Hessian矩阵是n×n阶的【二】阶偏导数对称矩阵。 8、在进行刚架结构有限元分析时，刚架结构所承受的外载荷不是直接作用在节点上的，则该种外载荷称为【非节点】。 9、在进行有限元分析时，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。 10、某工厂从生产线上抽取20只电容进行试验，结果发现有5只工作到100小时损坏，有10只工作到300小时损坏，有4只工作到350小时损坏，还有1只工作到400小时损坏，则这批电容器的平均使用寿命为【265】小时。 11、平均寿命的几何意义是【可靠度】曲线与时间轴所夹的面积。 12、r/n表决系统蜕变为串联系统的条件是【r=n】 13、CAD系统中，支撑用户进行CAD工作的通用性功能软件是【支撑软件】。 14、显示器中的坐标系是【世界坐标系】。 15、编码裁剪法中，某点在窗口右方，则其编码应为【0010】。 16、多元函数F(X)在点X*附近偏导数连续，F（X*）=0且H（X*）正定，则该点为F（X）的【极小值点】。 17、计算机辅助设计（CAD）是指人们在计算机的【软硬件】辅助下，对产品或工程…… 18、黄金分割法中，每次缩短后的新区间长度与原区间长度的比值始终是一个常熟，此常数是【0.618】 19、在单峰搜索区间[x1,x3]内，取一点x2，用二次插值法计算得x4，若x2大于x4，并且其函数值F(x4)小于F（x2），则取新区间为【[x1,x2]】 20、Powell法是以【共轭】方向作为搜索方向的。 21、CAD系统硬件组成很难有一个统一的标准，一般典型的CAD系统硬件由主机、输入设备、输出设备和【存储设备】四部分组成。 22、CAD软件的组成有系统软件、支撑软件和【应用软件】 23、输入设备的主要作用是将字符、平面上或空间中点的坐标值输入计算机中，其基本功能是【定位】。 24、数据模型是指数据库内部数据的组织方式，最常用的数据模型有三种：层次型、【网络关系】型和关系型。 25、标准件的图形构成可以分为四个层次：最基本的通用几何元素的A类构件、专用于某一图形文件的通用B类构件、由A类和B类构件组成的K类整件和由【A、B和K】类组成的G类元件。 26、0.618法在选定单峰区间内不断消去一部分区间，把区间越缩越小，其每次区间缩短率是【相等】 27、设计体积为500cm的圆柱形包装盒，按用料最省原则，确定其高度H直径D的尺寸，该问题的目标函数为【minF(x)=1/2πD2+πDH】 28、单元刚度矩阵的推导是有限元方法的关键环节，一般可采用直接法、【变分】法和加权残值法来确定。 贵州大学机械与自动化学院普通硕士研究生 《现代设计方法》考试试题 姓名：专业：研究方向：成绩： 一、填空题(每题1分,共15分) 1、现代设计所指的新兴理论与方法包括（现代设计方法学、计算机辅助设计技术、可信性设计技术）等等。 2、优化设计是(以数学规划理论为基础，以计算机为工具，优化设计参数)的一种现代设计方法。 3、功能设计法的基本过程包括（任务抽象、功能分解、功能载体、载体组合、方案评价）。 4、功能分解的常用方法有（按解决问题的因—果关系，或手段—目的关系分解；、按产品工艺过程的空间顺序或时间顺序分解；）。 5、解决供求矛盾的措施有（互换性原理、组合机床、系列化、通用化、标准化）。 6、模块化设计可分类成（横系列模块化、纵系列模块化、跨系列、全系列模块化、跨类模块化）。 7、模块的划分将影响（模块通用性、产品性能、产品外观、产品成本）。 8、遗传算法是一种（模拟生物进化过程）的搜索算法。 9、遗传算法最常用和基本的选择方法（选择算子）是（适应度比例选择）。 10、遗传算法中采用罚函数法的目的是（对违背约束条件的情况给予惩罚，并将此惩罚体现在目标函数设计中。2.2）。 11、遗传算法常用的编码方法有(二进制编码二进制编码方法、格雷码编码方法、实数编码、多参数级联编码)等等。 12、神经网络的样本数据应包括（训练样本数据和检验样本数据）。 13、当神经网络的样本数据不在[0～1]范围内时，应对数据进行（归一化）处理。 14、前馈型人工神经网络包括（1、线性阈值单元组成的前馈网络2、非线性单元组成的前馈网络输入层、隐层和输出层）3章。 15、神经网络的学习规则有（Hebb学习规则、感知器（perceptron）学习规则、Delta学习规则、 1.试用进退法确定函数f（x）=的一维优化初始区间[a,b],给定初始 点=-1，初始步长h=1。 解：==-1，=f（）=9 =+h=-1+1=0，=f（）=5 比较，，由于>，作前进计算： =+2h=-1+2=1，=f（）=3 比较，，由于>，再作前进计算： =，==5 ==1，==3 =+4h=-1+4=3，=f（）=5 由于，可知初始区间已经找到，即[a,b]=[0,3]。 2.设某种单元的可靠度(t)=，其中=0.001/h，试求出： （1）由这种单元组成的二单元串联系统，二单元并联系统及2/3（G）表决系统的平均寿命； （2）当t=100h、500h、1000h时，一单元、二单元串联、二单元并联及2/3(G)表决系统的可靠度，并加以比较。 解：（1）一个单元与系统的平均寿命分别为： 单=1/ =1000h 串 =1/2=500h 并=3/2=1500h （） =5/6=833.3h （2）当t=100h时，一个单元与系统的可靠度分别为： 单==0.905 串 = 单 ==0.819 并=（ 单 ）=1-（）=0.991 = 单 - 单 =0.975 当t=500h时，一个单元与系统的可靠度分别为： 单==0.6065 串 = 单 ==0.3678 并=1-（ 单 ）=1-（）=0.8452 （）= 单 - 单 =0.6575 当t=1000h时，一个单元与系统的可靠度分别为： 单==0.368 串 = 单 ==0.135 并=1-（ 单 ）=1-（）=0.600= 单单 =0.306 从计算结果可以看出： （1）一个单元的可靠度高于二单元串联系统的可靠度，但低于二单元并联系统的可靠度； （2）2/3（G）系统的平均寿命为一个单元的平均寿命的5/6 倍，明显低于一个单元的平均寿命。 3.已知约束优化问题：minf（x）=+ S．t．-1≥0 试写出内点罚函数与外点罚函数的表示式。 解：内点罚函数： Φ（）=++ 外点罚函数： 当-+1≤0，Φ（x，）=+ 当--+1＞0，Φ（x，）=++（） 4.现在要用钢板制作一个有盖的长方本储水箱，要求各边长均不超过20厘米， 且长度为宽度的2倍，试确定三边长度值，使该储水箱的容积最大，要求其表面积不超过400平方厘米。 解：（1）建立数学模型用复合形法迭代3次。 取储水箱长和高为设计变量，，则其宽0.5，数学模型为 maxF（X）=0.5 s．t．+3≤400 0≤≤20 0≤≤20 （2）用复合形法求解 求得的近似结果为=F(X*)=509 1已知右上图所示等腰直角三角形的单元刚度矩阵为： （）= 对 称 右图所示薄板结构中节点2处所受载荷以 及材料的弹性模量和板厚分别为： 100KN，E=2×N/cm，t=0.1cm 求节点2处的各位移分量。 解得.7×N,=-70.7×N {}= 现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。以满足市场产品的质量、性能、时间、成本、价格综合效益最优为目的,以计算机辅助设计技术为主体,以知识为依托,以多种科学方法及技术为手段,研究、改进、创造产品和工艺等活动过程所用到的技术和知识群体的总称。 现代设计方法有:并行设计、虚拟设计、绿色设计、可靠性设计、智能优化设计、计算机辅助设计、动态设计、模块化设计、计算机仿真设计、人机学设计、摩擦学设计、反求设计、疲劳设计 一、并行设计 并行设计是一种对产品及其相关过程(包括设计制造过程和相关的支持过程)进行并行和集成设计的系统化工作模式。强调产品开发人员一开始就考虑产品从概念设计到消亡的整个生命周期里的所有相关因素的影响，把一切可能产生的错误、矛盾和冲突尽可能及早地发现和解决，以缩短产品开发周期、降低产品成本、提高产品质量。并行设计作为现代设计理论及方法的范畴，目前已形成的并行设计方法基本上可以分为两大类: (l)基于人员协同和集成的并行化。就是把组成与产品方面有关的，针对给定设计任务的专门的、综合性的设计团体(企业)协同起来。 丰田的产品开发过程有四个主要内容： ●一个产生主要设计的概念论文的规划阶段 ●同步设计的系统设计阶段 ●一个具有设计标准的详细设计阶段 ●一个精益生产的样机模具阶段。 ●广泛地协调，不仅仅在设计而且还有生产以及销售 ●协调从概念到市场完整的项目 ●概念创造以及概念支持者 ●规格、成本目标、设计以及主要部件选择，确信产品概念精确地被转换为车型的技术细节 ●直接地、经常地与设计师以及工程师交流 ●建立与顾客直接接触（产品经理办公室实施它自己的市场调查，除了通过市场营销进行的定期市场调查）。 前端设计 设计环节与供应商实现设计的集成 多部门协调研发 以客户为中心 降低批量规模 (2)基于信息、知识协同和集成的并行化。该方法基于计算机网络来实现，各零部件的设计人员通过计算机网络对机电产品进行设计，并进行可制造性、经济性、可靠性、可装配性等内容的分析及时的反馈信息，并按要求修改各零部件的设计模型，直至整个机电产品完成为止。可以采用面向制造(DFM)和面向装配(DFA)的设计方法，涉及CAX技术、产品信息集成(PDM)技术以及与人员协同集成有关的信息技术。 当然，这两种机电产品并行设计方法并不是相互独立的。在实际应用过程中，它们往往是紧密结合在一起的。实例： 课程名称： 现代设计方法 一、 单选题 ( 每题1分，共10题，共10分，下列各小题备选答案中，只有一个符合题意的答案。多选、错选、不选均不得分 ) 1. 参数化绘图在定义图形时关键是利用了图形的（ ） A ．相似性 B ．多样性 C ．个别性 D ．特殊性 2. 下列设备不属于CAD 作业输入设备的，有（ ） A ．绘图仪 B ．键盘 C ．数字化仪 D ．光笔 3. 二维图形比例变换矩阵中?? ????=d a T 00，可有（ ） A.a=0,d=1 B. a=1,d=0 C. a=d=1 D. a=d=0 4. 内点罚函数法的特点是（ ） A.能处理等式约束问题 B.初始点必须在可行域内 C. 初始点可以在可行域外 D.后面产生的迭代点序列可以在可行域外 5. 对于极小化F(x)，而受限于约束g μ(x)≤0(μ= 0,1,2,…,m)的优化问题，其内点罚函数表达式为（ ） A.∑=-=Φm k k X g r X F r X 1)()()(/1)(),(μμ B.∑=+=Φm k k X g r X F r X 1)()()(/1)(),(μμ C.∑=-=Φm k k X g r X F r X 1)()()](,0m ax[)(),(μμ D.∑=-=Φm k k X g r X F r X 1)()()](,0m in[)(),(μμ 6. 设F (X )为区间(0,3)上的单峰函数，且F (1)=2、F (2)=1.5，则可将搜索区间(0,3)缩小为（ ） A ．(0,2) B ．(1,2) C ．(2,3) D ．(1,3) 7. 标准正态分布是定义为（ ） A.μ＝1，σ＝0.5的正态分布 B.μ＝1，σ＝1的正态分布 C.μ＝0，σ＝1的正态分布 D.μ＝0.5，σ＝1的正态分布 8. 抽取100只灯泡进行实验，灯泡工作到50小时有12只损坏，工作到70小时有20只损坏，从50小时到70小时这段时间内灯泡的平均失效密度是（ ） A.0.006 B.0.004 C.0.01 D.0.12 9. 当转换开关的可靠度为1时，非工作冗余系统的可靠度为R1, 工作冗余系统的可靠度为R2，则R1与R2之间的关系为（ ） A. R1＜R2 B. R1＞R 2 C. R1= R2 D. R1≤R2 10. 设试验数为N 0，累积失效数为N f (t)，仍正常工作数N s (t)，则存活频率是指（ ） A ．0) (N t N f B ．0)(N t N s C ．)()(t N t N f s D ．) ()(t N t N s f自考《现代设计方法》试题及答案
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