现代设计方法复习题及答案【6套】
模拟测试一一．选择题 （可多选，各2分，共20分）
1. 机械设计主要应体现哪些特点（）。
A) 整体性
B) 系统性
C) 相关性
D) 多解性
E）创新性
2. 机械系统的总体设计中不包括以下哪些内容（）。
A) 功能原理方案设计
B) 技术可行性报告
C) 总体布局设计
D) 系统主要参数计算
E）结构草图设计
3. 室内工作的机械选择（ ）作为动力机不太合适。
A）电动机
B）内燃机
C）液压马达
D）气动马达
4. 利用对未知系统的外部观测，分析该系统与环境之间的输入和输出，通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理与内部结构，这种方法称为（）。
A) 黑箱法
B) 列举法
C) 移植法
D) 筛选法
5. （ ）执行系统，要求执行系统实现预期精度的动作（位移、速度、加速度等），而对执行系统中各构件的强度、刚度无特殊要求。
A. 动作型
B. 动力型
C. 动作——动力型
6. 以下的结构设计中，哪些结构比较合理？（）。
A)
B)
C)
D)
7.上一题目中选择的依据是遵循哪种结构设计原理？（）
A) 等强度原理
B) 合理力流原理
C) 变形协调原理
D) 任务分配原理
E）自补偿原理
8. 平面应力变问题的几何和受力特点是（）。
A) 薄板问题、应力是平面的。
B) 薄板问题、应变是平面的。
C) 坝体问题、应力是平面的。
D) 坝体问题、应变是平面的。
9. 多面体单元的每个节点有（）个位移自由度。
A)1
B)2
C)3
10. 设计问题中所要追求的最优指标与需要确定的参数之间的函数关系称为（）。
A) 目标函数
B) 设计变量
C) 约束条件
二．判断题：（正确：T；错误：F，各2分，共20分）
1. 一个机械系统必须由动力系统、执行系统、传动系统、操纵控制系统、架体支撑系统几部分组成。
2. 机械产品的施工设计阶段要完成全部图纸资料和相关的技术文件。
3. 利用对未知系统的外部观测，分析该系统与环境之间的输入和输出，通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理与内部结构，这种方法称为黑箱法。
4. 执行系统由执行构件和执行机构组成，其中执行构件往往是执行机构中的一个构件。
5. 双线性位移模式灵活性较好，而线性位移模式则灵活性较差。
6. 单元刚度矩阵具有对称性、奇异性和稀疏性。
7. 设计可行域指设计空间中满足所有等式约束条件的空间。
8.机械设计学强调从结构学的观点来看机器的组成，因为这更有利于和设计过程中的工作特点相协调。
9. 结构设计时应优先考虑结构件的主要功能展开设计，再尽量满足其它功能。
10. 结构离散化就是将复杂结构划分成通过节点相连的若干个单元。
三．简答题（各6分，共36分）
1. 在进行机械设计时应遵循哪些基本原则？
2. 试说明功能原理设计的内容和一般步骤。
3. 机械系统设计中，依据什么样的原则选定动力机的形式？
4. 结构件有哪些主要功用？
5. 有限元分析时，为减小解题规模，常用哪些措施？
6．说明可靠性的定义及其基本含义。
四、 欲用薄板制造一个体积为6m3的封闭货箱，设货箱的长、宽、高分别为a、b、h，要求其长度a不小于3m。为确定长、宽、高，试以质量最轻为目标，建立优化设计的数学模型。（15分）
五、 已知某零件的寿命服从指数分布，平均寿命5000小时，试求该零件使用100小时和1000小时的可靠度。（9分）
答案：模拟测试一
一．选择题 （可多选，各2分，共20分）
1.B、D、E
2.B、E
3.B
4.A
5.A
6.A、D
7.B
8.D
9.C
10.D
二．判断题：（正确：T；错误：F，各2分，共20分）
1.F
2.T
3.T
4.T
5.F
6.F
7.F
8.F
9.T
10.T
三．简答题（各6分，共30分）
1. 在进行机械设计时应遵循哪些基本原则？
【答案】
（1） 实用性原则又称功能明确原则。主要表现为机器应具有明确合理的功能。
（2） 创造性原则创造性设计是机械设计最基本的特点。任何一个机械产品的设计都包含继承和创新的成分，仅是程度不同而已。
（3） 优化原则设计者初步判定的设计方案或模型常是原始的，并且有经验性的，必须经过推理、分析和计算，使设计成果达到当代科学技术的先进水平和该产品制造及使用条件的最佳水平，在技术、经济等方面，经全面分析和计算而达到最优化的结果。
（4） 可靠性原则可靠性是衡量机械产品质量好坏的一个重要指标。目前，可靠性设计方法已为机械产品设计所运用，它能保证产品在规定的工作条件下、在规定的服役时间内、完成规定功能的能力。
（5） 安全性原则机械产品的不安全因素常会导致机械和人身事故，甚至造成重大的经济损失和严重的社会影响。在机械产品设计中必须贯彻安全性设计原则，其主要包括产品应具有足够的强度、刚度和必要的安全防护措施等；应根据人——机工程学原理使机器和人互相适应，创造舒适和安全的工作环境，从而提高工作效率；还应考虑机械与环境的关系，防止对环境的污染，即目前所提倡的绿色设计等。
（6） 经济性原则产品的经济性好坏是产品具有市场竞争力的一个重要方面，主要表现为在确保产品功能的前提下，尽力降低产品成本，提高经济效益。
（7） 评价审核原则机械设计是一个复杂的工作过程，涉及到很多因素和方面，因而设计过程也是一种信息加工、处理分析、判断决策和修正的过程。为减少设计失误，实现高效、优质、经济地设计，必须对每一设计程序获得的结果随时进行评价和审核，决不允许不良的甚至是错误的信息流入下一个设计程序。在设计进程中，应使评价审核做到规范化和制度化。
（8） 及时性原则 机械设计必须满足市场需求，而市场是有时效性的。因此，必须确保设计是及时的，满足当前市场的需要。
2. 试说明功能原理设计的内容和一般步骤。
【答案】
基于产品的功能分析，构思能够实现产品功能目标的新的解法原理，即为产品的功能原理设计。功能原理设计的任务是：针对某一确定的“功能目标”，寻求一些“物理效应”并借助某些“作用原理”来求得一些实现该功能目标的“解法原理”。
功能原理设计步骤包括：
（1） 明确的给出设计的功能目标，该目标既是设计的依据，也是产品验收的依据；
（2） 明确任务之后用黑箱法分析系统的总功能；
（3） 总功能确定之后，通过功能分析的方法，画出系统的功能结构图或功能树；
（4） 从功能分析中得到的个功能单元，寻求各分功能的作用原理；
（5） 对各功能单元求解后可列出形态学矩阵，从多个方案中求得可行的功能原理方案来；
（6） 经评价优选出最佳功能原理方案来。
3. 机械系统设计中，依据什么样的原则选定动力机的形式？
【答案】
在设计机械系统时，选用何种形式的动力机，主要应从以下三个方面进行分析比较：
（1） 分析工作机械的负载特性和要求，包括工作机械的载荷特性、工作制度、结构布局和工作环境等。
（2） 分析动力机本身的机械特性，包括动力机的功率、转矩、转速等特性，以及动力机所能适应的工作环境。使动力机的机械特性与工作机械的负载特性相匹配。
（3） 进行经济性的比较，当同时可用多种类型的动力机进行驱动时，经济性的分析是必不可少的，包括能量的供应和消耗，动力机的制造、运行和维修成本的对比等。
除上述三方面外，有些动力机的选择还要考虑对环境的影响，如对空气的污染和噪声的污染等。
4.结构件有哪些主要功用？
【答案】
① 承受载荷
② 传递运动和动力
③ 保持有关零部件之间的相对位置或运动轨迹关系
④ 其它功用，如润滑、密封等。
5. 有限元分析时，为减小解题规模，常用哪些措施？
【答案】
（1） 对称性和反对称性
（2） 周期性条件
（3） 降维处理和几何简化
（4） 子结构技术
（5） 线性近似化
（6） 多工况载荷的合并处理
（7） 节点编号的优化
6．说明可靠性的定义及其基本含义。
【答案】
可靠性指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。
有5各方面的含义：明确研究对象；给出规定条件；规定工作时间；规定功能；以及完成功能的能力。
四、 欲用薄板制造一个体积为6m3的封闭货箱，设货箱的长、宽、高分别为a、b、h，要求其长度a不小于3m。为确定长、宽、高，试以质量最轻为目标，建立优化设计的数学模型。（15分）
【答案】
要使货箱的质量最轻，优化设计的目标函数为：
取设计变量为： x=（x1x2x3）T=（abh）T
优化设计的数学模型：
五、已知某零件的寿命服从指数分布，平均寿命5000小时，试求该零件使用100小时和1000小时的可靠度。（9分）
【答案】
指数分布的可靠度函数为
模拟测试二
一．选择题 （可多选，各2分，共20分）
1. 在全部功能或主要功能的实现原理和结构未知的情况下，运用成熟的科学技术成果所进行的新型的机械产品设计，属于（）。
A) 开发性设计
B) 适应性设计
C) 变型性设计
2. 将有可能实现该功能要求的工作原理、工艺动作及实现该运动的基本机构和组合机构尽可能按层次罗列出来，进行排列组合；再按可行性、先进性、方便性、经济性逐个分析审查，淘汰不适合的。这种设计方法称为（）。
A) 黑箱法
B) 列举法
C) 移植法
D) 筛选法
3. （ ）执行系统，在进行设计师必须进行工作分析，必要时循环图的设计。
A）单一型
B） 相互独立型
C） 相互联系型
4. 机械产品的功能是对（）进行传递和变换的程序、功效和能力的抽象化描述。
A) 机械流
B) 能量流
C) 物质流
D) 电流
E）信息流
F）控制流
5. 考虑到强度问题时，（ ）图的设计比较合理。
A) (a)
B) (b)
C) (c)
6. 对（a）图所示的轴对称模型进行有限元分析时，必须施加约束支座以消除刚体位移。下面的（b）图和（c）中哪种约束是错误的？（ ）
A) （b）图
B) （c）图
7. 图中由各种约束条件所包围的区域D称为（）。
A) 设计空间
B) 设计维数
C) 设计可行域
8. 已知某零件的失效时间随机变量服从指数分布，其故障率是5×10-4/小时，那么在工作时间100小时的可靠度水平是：（ ）
A) 0.05
B) 0.85
C) 0.95
9. 对野外工作的机械及移动式机械，其动力机一般不选择（）。
A）电动机
B）内燃机
C）液压马达
D）气动马达
10. （ ）执行系统，要求执行系统既能实现预期精度的动作，又要克服较大的生产阻力，做一定的功。
A. 动作型
B. 动力型
C. 动作——动力型
二．判断题：（正确：T；错误：F，各2分，共20分）
1. 机械产品的功能指一个机械系统所具有的应用特性。
2. 在设计机械时，一般需预先给定机械的工作载荷。该工作载荷必须由设计者自行确定。
3. 直流电动机适用于不需要频繁起动、制动、反转以及在宽广范围内平滑调速的机械。
4. 变速装置的根本作用是改变传动系统的传动比。
5. 应用有限元法求解复杂的实际问题，得到的不是精确解。
6. 混合惩罚函数法的惩罚因子与内点法相同，在迭代过程中递增。
7. 函数的梯度方向就表示函数值下降最快的方向，梯度的反方向就是函数值增长最快的方向。
8. 对较简单的单元，组成该单元零部件数量少，组装容易保证质量或故障后易于修复，可分配给较低的可靠度。
9. 一个由独立单元组成的串联系统的故障率是所有单元故障率之和，单元数越多，系统故障率越高，可靠度也就越低。
10. 结构设计时应优先考虑结构件的主要功能展开设计，再尽量满足其它功能。
三．简答题（各6分，共30分）
1. 设计机械系统时，应如何确定工作载荷？
2. 进行原理方案构思时常用哪些方法？
3．对有限元计算模型的简化应注意哪些方面？
4. 迭代法求解优化问题有哪些终止准则？
5. 机械系统可靠性分析有哪两类基本问题？
四、 若在 的串－并联系统与并－串联系统中，单元可靠度均为 ，试分别求出这两个系统的可靠度。（10分）
五、 试进行家用代步机械的功能原理设计，并列出5种可行方案。（20分）
答案：
模拟测试二
一．选择题 （可多选，各2分，共20分）
1.A
2.D
3.C
4.B、C、E
5.C
6.B
7.C
8.C
9.A
10.C
二．判断题：（正确：T；错误：F，各2分，共20分）
1.T
2.F
3.F
4.F
5.T
6.F
7.F
8. F
9. T
10.T
三．简答题（各6分，共30分）
1. 设计机械系统时，应如何确定工作载荷？
【答案】
在设计机械时，一般需预先给定机械的工作载荷，它可由设计者自行确定，也可以由需求方提供。无论何种情况，都应根据具体机械要完成的功能来确定。
确定工作载荷通常有三种方法：类比法、计算法和实测法。对于一些复杂的难以确定的载荷也可以把上述几种方法结合起来使用。
2. 进行原理方案构思时常用哪些方法？
【答案】
（1）黑箱法利用对未知系统的外部观测，分析该系统与环境之间的输入和输出，通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理与内部结构，这种方法称为黑箱法。黑箱法要求设计者不要首先从产品结构着手，而应从系统的功能出发设计产品。
（2）列举法 以现有功能类似的机械作对象，列举其优点，在新方案中保留；列举其缺点，以便避免；列举其不足（或不同）之处，以便作必要的补充。在继承基础上创新，可使新方案尽可能完善。
（3）移植法受其它事物（也许与本课题毫无直接关系的事物）的启迪，触发灵感，运用联想将其原理合理地应用到自己的课题上。
（4）筛选法
将有可能实现该功能要求的工作原理、工艺动作及实现该运动的基本机构和组合机构尽可能按层次罗列出来，进行排列组合；再按可行性、先进性、方便性、经济性逐个分析审查，淘汰不适合的。
在进行方案构思时，不论是总体方案还是某一部分的具体问题，都不单独使用某一种方法，这几种方法往往要综合应用，才能收到较好的效果。
3．对有限元计算模型的简化应注意哪些方面？
【答案】
（1）判别实际结构是属于哪一种类型，是属于一维问题、二维问题还是三维问题。如果是二维问题，要分清是平面应力问题还是平面应变问题，若能简化成平面问题的就不要用三维实体单元去分析；
（2）注意实际结构的对称性，如果对称，可以利用结构的对称性进行计算简化；
（3）对实际结构建模时可以去掉一些不必要的细节，比如倒角等；
（4）简化后的力学模型须是静定结构或是超静定结构。
4. 迭代法求解优化问题有哪些终止准则？
【答案】
（1）当相邻两设计点的移动距离已达到充分小时。若用向量模计算它的长度，则
或用 和 的坐标轴分量之差表示为
（ ）
（2）当函数值的下降量已达到充分小时。即
或用其相对值
（3）当某次迭代点的目标函数梯度已达到充分小时，即
5. 机械系统可靠性分析有哪两类基本问题？
【答案】
（1）机械系统可靠性的预测问题
在已知系统中各零件的可靠度时，如何得到系统的可靠度问题。
（2）机械系统可靠性的分配问题
在已知对系统可靠性要求（即可靠度指标）时，如何安排系统中各零件的可靠度问题。
四、 若在 的串－并联系统与并－串联系统中，单元可靠度均为 ，试分别求出这两个系统的可靠度。（10分）
【答案】
（1）对于串－并联系统，由式（3-25）得
（2）对于并－串联系统，由式（3-27）得
五、 试进行家用代步机械的功能原理设计，并列出5种可行方案。（20分）
【答案】
本题无标准答案，答题要点：
（1） 明确总功能；
（2） 功能分解，画功能树或功能结构图；
（3） 找主功能的原理方案解，列形态学矩阵；
（4） 设计评价（可用筛选法），找出几种可行方案。
模拟测试三
一．选择题 （可多选，各2分，共20分）
1. 在主功能的实现原理或者结构方案保持基本不变的情况下，增补或减少产品的某些功能，或局部更改某些功能的原理或结构，使产品适应特定的使用条件或者用户特殊要求所进行的设计，属于（）。
A) 开发性设计
B) 适应性设计
C) 变型性设计
2. 机械设计学强调（）来看机器的组成，因为这更有利于和设计过程中的工作特点相协调。
A) 从机构学的观点
B) 从结构学的观点
C) 从专业的角度
D) 从功能的观点
3. 机械产品的功能指一个机械系统所具有的应用特性，它包括产品的（）。
A) 用途
B) 能力
C) 性能
D) 功用
4. 考虑轴的强度时，以下的结构设计中（）比较好。
A)
B)
5. 图示平面问题，满足（）。
A) 对称性条件
B) 反对称性条件
6. 梯度法的基本迭代公式是下面的哪一个？（）
A)
B)
C)
D）
7. 可靠度R(t)与不可靠度F(t)之间的关系通常是（ ）
A) R(t) + F(t) = 1
B) R(t) – F(t) = 1
C) R(t)·F(t) = 1
8. 设某种设备的寿命T服从指数分布，其失效率 为104/h，则可靠度为0.90时的工作寿命为（ ）。
A)1000h
B)1054h
C)1200h
D)1500h
9. 考虑到加工工艺性时，（ ）图的设计比较合理。
A) (a)
B) (b)
C) (c)
10. 平面单元每个节点有（）个自由度。
A)2
B)3
C)5
二．判断题：（正确：T；错误：F，各2分，共20分）
1. 一个机械系统可能有多个不同的动力、执行或其他系统。
2. 机械产品的功能是一个抽象化的描述，它的具体表现是形形色色的机械动作。
3. 在设计机械时，一般需预先给定机械的工作载荷。该工作载荷可以由设计者自行确定，也可以由需求方提供。
4. 如果一个结构在几何上具有对称性，但是载荷不对称，则无法利用对称性将问题的规模缩小。
5. 当目标函数乘以一个正的常数 ，如 变为 ，其优化结果（指设计方案）会增大 倍。
6. 牛顿法进行优化问题求解的过程中，其步长由海赛矩阵给出。
7. 并联系统的可靠度是个单元可靠度之积。
8. 可修复产品的平均寿命用MTBF表示。
9. 有限元分析过程分为前处理和后处理两个阶段。
10. 机械系统方案设计中的关键内容是原理方案设计。
三．简答题（各6分，共30分）
1. 机械系统一般由几个子系统组成？
2. 阐述机械设计的一般过程。
3. 试论述机械系统总体方案设计的概念、基本内容和一般过程。
4. 举例说明执行系统的主要计算参数如何决定。
5. 说明应用有限元法解题的一般过程。
四、 设约束优化问题的数学模型为
试用混合惩罚函数法构造该问题的惩罚函数。（7分）
五. 如图所示混合系统，若各单元相互独立，且单元可靠度分别为Rl=0.99，R2=0.98，R3=0.97，R4=0.96，R5=0.975，试求系统可靠度。（8分）
六、试进行家用缝纫机的工作循环图设计。（15分）
答案：
模拟测试三
一．选择题 （可多选，各2分，共20分）
1.B
2.D
3.A、B、C、D
4.A
5.A
6.A
7.A
8.B
9.B
10.A
二．判断题：（正确：T；错误：F，各2分，共20分）
1.T
2.T
3.T
4.F
5.F
6.T
7. T
8. T
9.F
10.T
三．简答题（各6分，共30分）
1. 机械系统一般由几个子系统组成？
【答案】
较为复杂的机械系统基本上是由图1-1所示的子系统构成。
（1） 动力系统包括动力机及其配套装置，是机械系统的动力源。
（2） 执行系统包括执行机构和执行构件，它的功能主要是利用机械能来改变作业对象的性质、状态、形状和位置，或对作业进行检测度量等。总之，它是进行生产或达到其他预定要求的装置。执行系统通常处于机械系统的末端，直接与作业对象接触，其输出也是机械系统的主要输出。
（3） 传动系统把动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置。
（4） 操纵和控制系统使动力机、传动系统和执行系统间彼此协调运动，并准确完成整机功能的装置。
（5） 架体支承系统用于安装和支承动力系统、传动系统和操纵系统等的构件或部件。
（6）其它根据机械系统的功能要求还可有冷却、润滑、计数、行走等系统。
2. 阐述机械设计的一般过程。
【答案】
根据机械设计的进程，其基本程序可以分为设计规划、方案设计、技术设计和施工设计四个阶段。
（1） 设计规划阶段：在深入调查研究的基础上，对所开发的产品进行需求分析、市场预测和可行性分析，提出进行产品开发性设计的可行性报告；经对可行性报告充分论证后，决定产品可以进行开发设计时，随即要提出设计任务书，列出产品要求实现的功能和各项设计要求。
（2） 方案设计阶段：在功能分析的基础上，通过创新构思、优化筛选，最后获得较为理想的功能原理方案，并绘制产品的原理方案图或初步总体方案图。考虑不同的思维方式和设计手段，方案设计阶段又可以分为原理方案设计和结构方案设计。
（3） 技术设计阶段：将功能原理方案和结构方案具体化，全面考虑产品的总体布置、加工工艺、装配工艺、人机工程、工艺美术造型、包装运输等因素，寻求机器及其零部件的合理结构。此阶段要完成产品的总体设计、部件的结构设计（包括构形、确定材料和尺寸等），并绘制装配草图。
（4） 施工设计阶段：完成产品制造所需的全部图样和技术文件，其中包括由总装草图分拆的零件图，根据加工和装配要求，标注公差、配合及技术要求，绘制全部生产图样；再经审核后的零件图和部件图，完善绘制出总装图；编制各类技术文件，如设计说明书和计算书，标准件、外购件、备用件和专用工具明细表，产品试车大纲和验收大纲，包装和运输设计等。
3. 试论述机械系统总体方案设计的概念、基本内容和一般过程。
【答案】
机械系统总体设计是指从全局的角度，以系统的观点，所进行的有关整体方面的设计。
基本内容：机械系统功能原理方案设计、总体布局、系统的主要参数确定及系统的精度等内容。
总体设计程序为：明确设计思想→分析综合要求→决定性能参数→调研同类机械→拟定总体草图→方案对比定型→编写总体设计论证书。
4. 举例说明执行系统的主要计算参数如何决定。
根据功能原理方案，由执行系统的功能来决定。
例：功能为分度或转位，则计算周期、分度角等；功能为抓取，则计算抓取物的尺寸、抓取力等；利用杆机构，则各杆长的计算等等。（举例部分非标准答案，可举你最熟悉的设备的计算实例）
5. 说明应用有限元法解题的一般过程。
【答案】
（1）问题及求解域定义
根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域，建立有限元计算模型。
（2）连续体离散化
连续体离散化，习惯上称为有限元网格划分，即将连续体划分为有限个具有规则形状的微小块体，把每个微小块体称为单元，两相邻单元之间只通过若干点相互连接，每个连接点称为节点。为合理有效地表示连续体要选择好单元的类型、数目、大小和排列方式。
（3）单元分析
① 选择位移模式
② 分析单元的力学性质
③ 计算等效节点力
（4）组成物体的整体方程组
由已知的单元刚度矩阵和单元等效节点载荷列阵集成表示整个物体性质的结构刚度矩阵和结构载荷列阵，从而建立起整个结构已知量——总节点载荷与整个物体未知量——总节点位移的关系。得到系统的基本方程后，考虑其边界条件或初始条件，求解上述联立方程组。
（5）求解有限元方程和结果解释
求解上述联立方程组，求解结果是单元节点处状态变量的近似值。
四、 设约束优化问题的数学模型为
试用混合惩罚函数法构造该问题的惩罚函数。（7分）
【答案】
五. 如图所示混合系统，若各单元相互独立，且单元可靠度分别为Rl=0.99，R2=0.98，R3=0.97，R4=0.96，R5=0.975，试求系统可靠度。（8分）
【答案】
六、试进行家用缝纫机的工作循环图设计。（15分）
【答案】
无标准答案。有如下要求：
（1）说明有几个执行构件。
（2）说明相应的执行机构。
（3）给出各机构的工作循环分析（包括工作、回程和停歇）
（4）初绘工作循环图。
（5）修改并确定工作循环图，在图上标注相应的转角符号（工作用下标k、回程用下标d等）
模拟测试四
一．选择题 （可多选，每空格各2分，共20分）
1. 机械产品的方案设计阶段，应完成如下主要工作（）。
A) 产品的市场需求分析
B) 产品设计的可靠性报告
C) 产品的功能原理设计
D）产品的结构方案设计
E）产品的装配草图绘制
F）产品的零件图和其他技术文件
2.功能分解的结果有两种表达方式，其中，（）在形式上比较简单、直观，可以清晰地表达各分功能的层次关系，而（）则能够更充分地表达各分功能之间的相互配合关系。
A) 功能结构图
B) 功能树
C) 功能元
D）核心功能
3.以现有功能类似的机械作对象，列举其优点，在新方案中保留；列举其缺点，以便避免；列举其不足（或不同）之处，以便作必要的补充，这种方法称为（）。
A) 黑箱法
B) 列举法
C) 移植法
D) 筛选法
4. 执行系统中直接完成工作任务的零部件是（）。
A. 执行构件
B. 执行机构
5. 图示的偏心夹紧装置设计应用了结构设计中的（ ）。
A) 等强度原理
B) 合理力流原理
C) 变形协调原理
D) 任务分配原理
E）自补偿原理
6. 薄板单元相当于平面单元和薄板弯曲单元的总和，每个节点有（）个自由度。
A)2
B)3
C)5
7. 以下优化方法中，那些方法不需要对函数求导？（）
A) 最速下降法
B) 阻尼牛顿法
C）变尺度法
D)Powell法
E）坐标轮换法
8. 求解只带有不等式约束的优化问题，采用下面的那种优化方法比较合适？（）
A) 最速下降法
B) 阻尼牛顿法
C）变尺度法
D) Powell法
E）外点惩罚函数法
F) 内点惩罚函数法
G）混合惩罚函数法
9. 平面薄板单元每个节点有（）个自由度。
A)2
B)3
C)5
二．判断题：（正确：T；错误：F，各2分，共20分）
1. 开发性设计、适应性设计和变形性设计均属于创新性设计。
2. 机械设计学强调从机构学的观点来看机器的组成，因为这更有利于和设计过程中的工作特点相协调。
3. 设计执行系统时必须先设计系统的工作循坏图。
4. 每一个零部件都有单一固定明确的功能。
5. 应用有限元法求解复杂的实际问题，可以得到精确解。
6. 外点惩罚函数法的惩罚因子在迭代过程中递增。
7. 一个由独立单元组成的串联系统的故障率是所有单元故障率之和，单元数越多，系统故障率越高，可靠度也就越高。
8 设计变量取值点的集合构成设计可行域。
9. 可靠性设计中，强度和应力都是随机变量。应力指机械零件承受的应力，强度则指制造机械零件的材料强度。
10. 在设计机械时，预先设定的工作载荷在设计过程中可以改变。
三．简答题（各6分，共30分）
1. 功能分解的成果一般有两种表达方式，分别说明其方式，并给出示例图。
2. 机械系统设计中，依据什么样的原则选定动力机的形式？
3. 机构运动循环图有哪三种表达形式？试绘图说明。
4．常用的机械结构设计原理有哪些？
5. 有限元方法中常用的单元类型有哪些？
四、 如图所示，已知跨距为 、截面为矩形的简支梁，其材料密度为 ，许用弯曲应力为 ，允许挠度为 ，在梁的中点作用一集中载荷P，梁的截面宽度 不得小于 ，要求设计此梁重量最轻，试写出这—优化问题的数学模型。（15分）
五、计算由两个单元组成的串联系统可靠度、失效率和平均寿命。已知两个单元的失效率分别为 （1/h）， （1/h），工作时间 h。（15分）
附：正态分布表
标准正态分布表
a)
ZR 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09
－0.0 0.5000 0.4960 0.4920 0.4880 0.4840 0.4801 0.4761 0.4721 0.4681 0.4641
－0.1 .4602 .4562 .4522 .4483 .4443 .4404 .4364 .4325 .4286 .4247
－0.2 .4207 .4168 .4129 .4090 .4052 .4013 .3974 .3936 .3897 .3859
－0.3 .3821 .3783 .3745 .3707 .3669 .3632 .3594 .3557 .3520 .3483
－0.4 .3446 .3409 .3372 .3336 .3300 .3264 .3228 .3192 .3156 .3121
－0.5 .3085 .3050 .3015 .2981 .2946 .2912 .2877 .2843 .2810 .2776
－0.6 .2743 .2709 .2676 .2643 .2611 .2578 .2546 .2514 .2483 .2451
－0.7 .2420 .2389 .2358 .2327 .2297 .2266 .2236 .2206 .2177 .2148
－0.8 .2119 .2090 .2061 .2033 .2005 .1977 .1949 .1922 .1894 .1867
－0.9 .1841 .1814 .1788 .1762 .1736 .1711 .1685 .1660 .1635 .1611
－1.0 .1587 .1562 .1539 .1515 .1492 .1469 .1446 .1423 .1401 .1379
－1.1 .1357 .1335 .1314 .1292 .1271 .1251 .1230 .1210 .1190 .1170
－1.2 .1151 .1131 .1112 .1093 .1075 .1056 .1038 .1020 .1003 .09853
－1.3 .09680 .09510 .09342 .09176 .09012 .08851 .08691 .08534 .08379 .08226
－1.4 .08076 .07927 .07780 .07636 .07493 .07353 .07215 .07078 .06944 .06811
－1.5 .06681 .06552 .06426 .06301 .06178 .06057 .05938 .05821 .05705 .05592
－1.6 .05480 .05370 .05262 .05155 .05050 .04947 .04846 .04746 .04648 .04551
－1.7 .04457 .04363 .04272 .04182 .04093 .04006 .03920 .03836 .03754 .03673
－1.8 .03593 .03515 .03438 .03362 .03288 .03216 .03144 .03074 .03005 .02938
－1.9 .02872 .02807 .02743 .02680 .02619 .02559 .02500 .02442 .02385 .02330
－2.0 .02275 .02222 .02169 .02118 .02068 .02018 .01970 .01923 .01876 .01831
－2.1 .01786 .01743 .01700 .01659 .01618 .01578 .01539 .01500 .01463 .01426
－2.2 .01390 .01355 .01321 .01287 .01255 .01222 .01191 .01160 .01130 .01101
－2.3 .01072 .01044 .01017 .029903 .029642 .029387 .029137 .028894 .028656 .028424
－2.4 .028198 .027976 .027760 .027549 .027344 .027143 .026947 .026756 .026569 .026387
－2.5 .026210 .026037 .025868 .025703 .025543 .025386 .025234 .025085 .024940 .024799
－2.6 .024661 .024527 .024396 .024269 .024145 .024025 .023907 .028793 .028681 .023573
－2.7 .023467 .023364 .023264 .023167 .023072 .022980 .022890 .022803 .022718 .022635
－2.8 .022555 .022477 .022401 .022327 .022256 .022186 .022118 .022052 .021988 .021926
－2.9 .021866 .021807 .021750 .021695 .021641 .021589 .021538 .021489 .021441 .021395
－3.0 .021350 .021306 .021264 .021223 .021183 .021144 .021107 .021070 .021035 .021001
－3.1 .039676 .039354 .039043 .038740 .038447 .038164 .037888 .037622 .037364 .037114
－3.2 .036871 .036637 .036410 .036190 .035976 .035770 .035571 .035377 .035190 .035009
－3.3 .034834 .034665 .034501 .034342 .034189 .034041 .033897 .033758 .033624 .033495
－3.4 .033369 .033248 .033131 .033018 .032909 .032803 .032701 .032602 .032507 .032415
－3.5 .032326 .032241 .032158 .032078 .032001 .031926 .031854 .031785 .031718 .031653
－3.6 .031591 .031531 .031473 .031417 .031363 .031311 .031261 .031213 .031166 .031121
－3.7 .031078 .031036 .049161 .049574 .049210 .048842 .048496 .048162 .047841 .047532
－3.8 .047235 .046948 .046673 .046407 .046152 .045906 .045669 .045442 .045223 .045012
－3.9 .044810 .044615 .044427 .044247 .044074 .043908 .043747 .043594 .043446 .043304
－4.0 .043167 .043036 .042910 .042789 .042673 .042561 .042454 .042351 .042252 .042157
－4.1 .042066 .041978 .041894 .041814 .041737 .041662 .041591 .041523 .041458 .041395
－4.2 .041335 .041277 .041222 .041168 .041118 .041069 .041022 .049774 .049345 .048934
－4.3 .058540 .058163 .057801 .057455 .057124 .056807 .056503 .056212 .055934 .055668
－4.4 .055413 .055169 .054935 .054712 .054498 .054294 .054098 .053911 .053732 .053561
－4.5 .053398 .053241 .053092 .052949 .052813 .052682 .052558 .052439 .052325 .052216
－4.6 .052112 .052013 .051919 .051828 .051742 .051660 .051581 .051506 .051434 .051666
－4.7 .051301 .051239 .051179 .051123 .051069 .051017 .059680 .059211 .058765 .058339
－4.8 .067933 .067547 .067178 .066827 .066492 .066173 .065369 .065580 .065304 .065042
－4.9 .064792 .064554 .064327 .064111 .063996 .063711 .063525 .063348 .063179 .063019
b)
ZR 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09
0.0 0.5000 0.5040 0.5080 0.5120 0.5160 0.5199 0.5239 0.5279 0.5319 0.5359
0.1 .5398 .5438 .5478 .5517 .5557 .5596 .5636 .5675 .5714 .5753
0.2 .5793 .5832 .5871 .5910 .5948 .5987 .6026 .6064 .6103 .6141
0.3 .6179 .6217 .6255 .6293 .6331 .6368 .6406 .6443 .6480 .6517
0.4 .6554 .6591 .6628 .6664 .6700 .6736 .6772 .6808 .6844 .6879
0.5 .6915 .6950 .6985 .7019 .7054 .7088 .7123 .7157 .7190 .7224
0.6 .7257 .7291 .7324 .7357 .7389 .7422 .7454 .7486 .7517 .7549
0.7 .7580 .7611 .7642 .7673 .7703 .7734 .7764 .7794 .7823 .7852
0.8 .7881 .7910 .7939 .7967 .7995 .8023 .8051 .8078 .8106 .8133
0.9 .8159 .8186 .8212 .8238 .8264 .8289 .8315 .8340 .8365 .8389
1.0 .8413 .8438 .8461 .8485 .8508 .8531 .8554 .8577 .8599 .8621
1.1 .8643 .8665 .8686 .8708 .8729 .8749 .8770 .8790 .8810 .8830
1.2 .8849 .8869 .8888 .8907 .8925 .8944 .8962 .8980 .8997 .90147
1.3 .90320 .90490 .90658 .90824 .90988 .91149 .91309 .91466 .91621 .91774
1.4 .91924 .92073 .92220 .92364 .92507 .92647 .92785 .92922 .93056 .93189
1.5 .93319 .93448 .93574 .93699 .93822 .93943 .94062 .94179 .94295 .94408
1.6 .94520 .94630 .94738 .94845 .94950 .95053 .95154 .95254 .95352 .95449
1.7 .95543 .95637 .95728 .95818 .95907 .95994 .96080 .96164 .96246 .96327
1.8 .96407 .96485 .96562 .96638 .96712 .96784 .96856 .96926 .96995 .97062
1.9 .97128 .97193 .97257 .97320 .97381 .97441 .97500 .97558 .97615 .97670
2.0 .97725 .97778 .97831 .97882 .97932 .97982 .98030 .98077 .98124 .98169
2.1 .98214 .98257 .98300 .93341 .98382 .98422 .98461 .98500 .98537 .98574
2.2 .98610 .98645 .98679 .98713 .98745 .98778 .98809 .98840 .98870 .98899
2.3 .98928 .98956 .98983 .920097 .920358 .920613 .920863 .921106 .921344 .921576
2.4 .921802 .922024 .922240 .922451 .922656 .922857 .923053 .923244 .923431 .923613
2.5 .923790 .923963 .924132 .924297 .924457 .924614 .924766 .924915 .925060 .925201
2.6 .925339 .925473 .925604 .925731 .925855 .925975 .926093 .926207 .926319 .926427
2.7 .926533 .926636 .926736 .926833 .926928 .927020 .927110 .927197 .927282 .927365
2.8 .927445 .927523 .927599 .927673 .927744 .927814 .927882 .927948 .928012 .928074
2.9 .928134 .928193 .928250 .928305 .928359 .928411 .928462 .928511 .928559 .928606
3.0 .928650 .928694 .928736 .928777 .928817 .928856 .928893 .928930 .928965 .928999
3.1 .930324 .930646 .930957 .931260 .931553 .931836 .932112 .932378 .932636 .932886
3.2 .933129 .933363 .933590 .933810 .934024 .934230 .934429 .934623 .934810 .934991
3.3 .935166 .935335 .935499 .935658 .935811 .935959 .935103 .936242 .936376 .936505
3.4 .936631 .936752 .936869 .936982 .937091 .937197 .937299 .937398 .937493 .937585
3.5 .937674 .937759 .937842 .937922 .937991 .938074 .938146 .938215 .938282 .938347
3.6 .938409 .938469 .938527 .938583 .938637 .938689 .938739 .938787 .938834 .938879
3.7 .938922 .938964 .940039 .940426 .940799 .941158 .941504 .941838 .942159 .942468
3.8 .942765 .943052 .943327 .943593 .943848 .944094 .944331 .944558 .944777 .944988
3.9 .945190 .945385 .945573 .945753 .945926 .946092 .946253 .946406 .946554 .946696
4.0 .946833 .946964 .947090 .947211 .947327 .947439 .947546 .947649 .947748 .947843
4.1 .947934 .948022 .948106 .948186 .948263 .948338 .948409 .948477 .948542 .948605
4.2 .948665 .948723 .948778 .948832 .948882 .948931 .948978 .950226 .950655 .951066
4.3 .951460 .951837 .952199 .952545 .952876 .953193 .953497 .953788 .954066 .954332
4.4 .954587 .954831 .955065 .955288 .955502 .955706 .955902 .956089 .956268 .956439
4.5 .956602 .956759 .956908 .957051 .957187 .957318 .957442 .957561 .957675 .957784
4.6 .957888 .957987 .958081 .958172 .958258 .958340 .958419 .958494 .958566 .958634
4.7 .958699 .958761 .958821 .958877 .958931 .958983 .960320 .960789 .961235 .961661
4.8 .962067 .962453 .962822 .963173 .963508 .963827 .964131 .964420 .964696 .964958
4.9 .965208 .965446 .965673 .965889 .966094 .966289 .966475 .966652 .966821 .966981
注：1.0.930=0.9990,其余类似；
2.0.031=0.0001,其余类似。
答案：
模拟测试四
一．选择题 （可多选，每空格各2分，共20分）
1.C、D
2-1. B
2-2. A
3.B
4.A
5.E
6.C
7.D、E
8.F
9.B
二．判断题：（正确：T；错误：F，各2分，共20分）
1.T
2.F
3.F
4.F
5.F
6.T
7. F
8.F
9. F
10.T
三．简答题（各6分，共30分）
1. 功能分解的成果一般有两种表达方式，分别说明其方式，并给出示例图。
【答案】
（1）功能树：以树状结构表示各分功能的层次和相互关系，如图1材料拉伸试验机的功能树。
图1 材料拉伸试验机的功能分解
（2）功能结构图：用来表示各分功能之间关系的框图，它比功能树更好地反映了各分功能之间的联系与配合。如图2材料拉伸试验机的一阶功能结构图。
图2 材料拉伸试验机的一阶功能结构图
2. 机械系统设计中，依据什么样的原则选定动力机的形式？
【答案】
在设计机械系统时，选用何种形式的动力机，主要应从以下三个方面进行分析比较：
（1） 分析工作机械的负载特性和要求，包括工作机械的载荷特性、工作制度、结构布局和工作环境等。
（2） 分析动力机本身的机械特性，包括动力机的功率、转矩、转速等特性，以及动力机所能适应的工作环境。使动力机的机械特性与工作机械的负载特性相匹配。
（3） 进行经济性的比较，当同时可用多种类型的动力机进行驱动时，经济性的分析是必不可少的，包括能量的供应和消耗，动力机的制造、运行和维修成本的对比等。
除上述三方面外，有些动力机的选择还要考虑对环境的影响，如对空气的污染和噪声的污染等。
3. 机构运动循环图有哪三种表达形式？试绘图说明。
【答案】
（1）直线式以一定比例的直线段表示运动循环各运动区段的时间，如图（a）所示。这种表示方法最简单，但直观性很差，且不能清楚地表示与其他机构动作间的相互关系。
（2）极坐标式将运动循环的各运动区段的时间及顺序按比例绘于圆形坐标上，如图（b）所示。此法直观性较强，尤其对于分配轴每转一周为一个机械工作循环者，有很多方便之处。但是，当执行机构太多时，需将所有执行机构的运动循环图分别用不同直径的同心圆环来表示，则看起来不很方便。
（3）直角坐标式以直角坐标表示各执行构件的各个运动区段的运动顺序及时间比例，同时还表示出执行构件的运动状态，如图（c）所示。此法直观性最强，比上述两种运动循环图更能反映执行机构运动循环的运动特征。
4．常用的机械结构设计原理有哪些？
【答案】
（1） 等强度原理
（2） 合理力流原理
（3） 变形协调原理
（4） 力平衡原理
（5） 任务分配原理
（6） 自补偿原理
（7） 稳定性原理
5. 有限元方法中常用的单元类型有哪些？
【答案】
（1）杆状单元；
（2）平面单元；
（3）薄板弯曲单元和薄板单元；
（4）多面体单元；
（5）等参数单元；
（6）轴对称单元。
四、 如图所示，已知跨距为 、截面为矩形的简支梁，其材料密度为 ，许用弯曲应力为 ，允许挠度为 ，在梁的中点作用一集中载荷P，梁的截面宽度 不得小于 ，要求设计此梁重量最轻，试写出这—优化问题的数学模型。（15分）
【答案】
这一优化问题的数学模型为
五、计算由两个单元组成的串联系统可靠度、失效率和平均寿命。已知两个单元的失效率分别为 （1/h）， （1/h），工作时间 h。
【答案】
（1/h）
模拟测试五
一．选择题 （可多选，各2分，共20分）
1. 机械设计的一般程序，应该是（）。
A) 设计规划、技术设计、方案设计、施工设计
B) 技术设计、设计规划、方案设计、施工设计
C) 设计规划、方案设计、技术设计、施工设计
D）设计规划、方案设计、施工设计、技术设计
2.利用形态学矩阵进行功能原理设计具有以下中的哪些特点？（）
A) 能得到所有的方案解
B) 能得到具体的设计方案
C) 所得到的解具有形式化的性质
D）所得到的解皆为可行解
3. 功能原理设计的结果可以用（）表达出来。
A) 装配图
B) 示意图
C) 总体布局图
D）零件图
4. 从防腐蚀的角度出发，（ ）图的设计比较合理。
A)
B)
C)
D)
E）
5. 平面应力问题的几何和受力特点是（）。
A) 薄板问题、应力是平面的。
B) 薄板问题、应变是平面的。
C) 坝体问题、应力是平面的。
D) 坝体问题、应变是平面的。
6. 如下4种三维刚架的约束支座，哪一种是不合理的（）。
A)a
B)b
C)c
D)d
7. 求解变量数较多的无约束优化问题，采用下面的那种优化方法比较合适？（）
A) 最速下降法
B) 阻尼牛顿法
C）变尺度法
D)Powell法
E）外点惩罚函数法
F) 内点惩罚函数法
G）混合惩罚函数法
8. 阻尼牛顿法的基本迭代公式是下面的哪一个？（）
A)
B)
C)
D）
9. 设有100个三极管，在头50个小时内无一个失效，在50~51小时内失效1个，则这种三极管在50小时时的失效率为（ ）。
A）0.25/h
B）0.02/h
C）0.15/h
D)0.01/h
10. （ ）执行系统，要求执行系统能克服较大的生产阻力，做一定的功，因此对执行系统中各构件的强度、刚度有严格要求，但对运动精度无特殊要求。
A. 动作型
B. 动力型
C. 动作——动力型
二．判断题：（正确：T；错误：F，各2分，共20分）
1. 机械设计的特点就是它的系统性和创新性。
2. 在设计机械时，一般需预先给定机械的工作载荷。该工作载荷必须由设计者自行确定。
3. 机械系统方案设计中的关键内容是总体布局和参数计算。
4. 在执行系统设计中，需要对执行机构的运动进行分析。
5. 机械传动系统的设计通常是在动力机选型和执行机构运动设计完成后进行。
6. 矩形薄板单元的计算精度比三角形薄板单元高。
7. 优化设计中，设计变量的个数小于优化设计空间的维数。
8. 混合惩罚函数法的惩罚因子在迭代过程中递减。
9. 并联系统的可靠度是个单元可靠度之和。
10. 对较简单的单元，可分配给较高的可靠度；对较复杂的单元，则应分配较低的可靠度。
三．简答题（各6分，共30分）
1. 机械产品的更新换代一般有哪几种途径？
2. 说明拟定机器工作循环图的步骤。
3. 结构设计时的任务分配有哪几种形式？
4．说明优化设计数学模型三要素的基本概念。
5. 系统的可靠度分配主要考虑哪几个方面？
四、试进行三面自动切书机的功能原理设计和工作循环图设计。（15分）
五、给出平均寿命、中位寿命和可靠寿命的定义。某设备的失效率 /h，求其平均寿命，中位寿命和可靠度为0.95的可靠寿命。（15分）
答案：
模拟测试五
一．选择题 （可多选，各2分，共20分）
1.C
2.A、D
3. B
4. B、C、D
5.A
6.D
7. C
8.C
9.D
10.B
二．判断题：（正确：T；错误：F，各2分，共20分）
1.F
2.F
3.F
4.T
5.T
6.T
7.F
8.T
9. F
10. T
三．简答题（各6分，共30分）
1. 机械产品的更新换代一般有哪几种途径？
【答案】
一般有以下三种途径：
（1） 改革工作原理；
（2） 通过改进工艺、结构和材料改进性能；
（3） 增加辅助功能，以满足使用者需求。
2. 说明拟定机器工作循环图的步骤。
【答案】
① 分析加工工艺对执行构件的运动要求（如行程或转角的大小，对运动过程的速度，加速度变化的要求等）以及执行构件相互之间的动作配合要求。
② 确定执行构件的运动规律，这主要是指执行构件的工作行程、回程、停歇等与时间或主轴转角的对应关系；同时还应根据加工工艺要求确定各执行构件工作行程和空回行程的运动规律。
③ 按上述条件绘制机器工作循环图。
④ 在完成执行机构选型和机构尺寸综合后，再修改机器的工作循环图。具体来说，就是修改各执行机构的工作行程、空回行程和停歇时间等的大小、起始位置以及相对应的运动规律。
3. 结构设计时的任务分配有哪几种形式？
【答案】
（1） 等强度原理
（2） 合理力流原理
（3） 变形协调原理
（4） 力平衡原理
（5） 任务分配原理
（6） 自补偿原理
（7） 稳定性原理
4．说明优化设计数学模型三要素的基本概念。
【答案】
（1）设计变量：在构成一项设计方案的全部参数中，预先给定的、在设计过程中保持不变的参数称为设计常量，需要在设计过程中优选的参数称为设计变量。
（2）目标函数：设计问题中所要追求的最优指标与设计变量之间的函数关系。
（3）约束条件：对设计变量取值的限制。
5. 系统的可靠度分配主要考虑哪几个方面？
【答案】
（1）技术水平。对技术成熟的单元，能够保证实现较高的可靠性，或预期投入使用时可靠性可有把握地增长到较高水平，则可分配给较高的可靠度。
（2）复杂程度。对较简单的单元，组成该单元的零部件数量少，组装容易保证质量或故障后易于修复，则可分配给较高的可靠度。
（3）重要程度。对重要的单元，该单元失效将产生严重的后果，或该单元失效常会导致全系统失效，则应分配给较高的可靠度。
（4）任务情况。对整个任务时间内均需连续工作及工作条件严酷，难以保证很高可靠性的单元，则应分配给较低的可靠度。
四、试进行三面自动切书机的功能原理设计和工作循环图设计。（15分）
【答案】
无标准答案。有如下要求：
（1）进行功能原理设计（功能分解，列形态学矩阵、找最佳方案）
（2）说明有几个执行构件和相应的执行机构。
（3）给出各机构的工作循环分析（包括工作、回程和停歇）
（4）初绘工作循环图。
（5）修改并确定工作循环图，在图上标注相应的转角符号（工作用下标k、回程用下标d等）
五、给出平均寿命、中位寿命和可靠寿命的定义。某设备的失效率 /h，求其平均寿命，中位寿命和可靠度为0.95的可靠寿命。（15分）
【答案】
平均寿命是寿命的平均值。对不可修复产品指失效前的平均时间，一般记为MTTF；对可修复产品则指平均无故障工作时间，一般记为MTBF。
可靠寿命是指定的可靠度所对应的时间。
当指定R=0.5，即R(t)=F(t)=0.5时的寿命称为中位寿命。
现代设计方法
一．选择题
1. 机械设计的一般程序，应该是（C ）。
A) 设计规划、技术设计、方案设计、施工设计
B) 技术设计、设计规划、方案设计、施工设计
C) 设计规划、方案设计、技术设计、施工设计
D）设计规划、方案设计、施工设计、技术设计
2. 功能分解的结果有两种表达方式，其中，（B）在形式上比较简单、直观，可以清晰地表达各分功能的层次关系，而（ A ）则能够更充分地表达各分功能之间的相互配合关系。
A) 功能结构图 B) 功能树
C) 功能元 D）核心功能
3. 布置传动系统时，一般把转变运动形式的机构（如凸轮机构、连杆机构等）布置在传动链的（ ），与执行机构靠近，这样安排可使传动链简单，且可减小传动系统的惯性冲击。
A) 低速端 B) 高速端
4. 室内工作的机械选择（B）作为动力机不太合适。
A）电动机 B）内燃机
C）液压马达 D）气动马达
5. 执行系统中直接完成工作任务的零部件是（ A ）。
A. 执行构件 B. 执行机构
6. 考虑力流的合理性时，以下的结构设计中（ A ）比较好。
A) B)
7. 平面应力问题的几何和受力特点是（ D）。
A) 薄板问题、应力是平面的。 B) 薄板问题、应变是平面的。
C) 坝体问题、应力是平面的。 D) 坝体问题、应变是平面的。
8. 可靠度R(t)与不可靠度F(t)之间的关系通常是（A ）
A) R(t)·F(t) = 1
B) R(t) – F(t) = 1
C) R(t) + F(t) = 1
二．判断题：
1. 一个机械系统通常由动力系统、执行系统、传动系统、操纵控制系统、架体支撑系统几部分组成。（F ）
2. 利用对未知系统的外部观测，分析该系统与环境之间的输入和输出，通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理与内部结构，这种方法称为黑箱法。（ T ）
3. 应用有限元法求解复杂的实际问题，得到的不是精确解。（ F ）
4. 在建立优化设计的数学模型时，其不等式约束的个数u必须小于设计变量的维数 。（ ）
5.设计可行域指设计空间中满足所有等式约束条件的空间。（F ）
6. 可修复产品的平均寿命用MTTF表示。（ T ）
三．简答题
1. 试论述机械系统总体方案设计的概念、基本内容和一般过程。
机械系统总体设计是指从全局的角度，以系统的观点，所进行的有关整体方面的设计。
基本内容：机械系统功能原理方案设计、总体布局、系统的主要参数确定及系统的精度等内容。
总体设计程序为：明确设计思想→分析综合要求→决定性能参数→调研同类机械→拟定总体草图→方案对比定型→编写总体设计论证书。
2. 举例说明执行系统的主要计算参数如何决定。
根据功能原理方案，由执行系统的功能来决定。
例：功能为分度或转位，则计算周期、分度角等；功能为抓取，则计算抓取物的尺寸、抓取力等；利用杆机构，则各杆长的计算等等。（举例部分非标准答案，可举你最熟悉的设备的计算实例）
3. 详细说明机械结构设计应遵循的三项基本原则。
答案】
（1） 实用性原则又称功能明确原则。主要表现为机器应具有明确合理的功能。
（2） 创造性原则创造性设计是机械设计最基本的特点。任何一个机械产品的设计都包含继承和创新的成分，仅是程度不同而已。
（3） 优化原则设计者初步判定的设计方案或模型常是原始的，并且有经验性的，必须经过推理、分析和计算，使设计成果达到当代科学技术的先进水平和该产品制造及使用条件的最佳水平，在技术、经济等方面，经全面分析和计算而达到最优化的结果。
（4） 可靠性原则可靠性是衡量机械产品质量好坏的一个重要指标。目前，可靠性设计方法已为机械产品设计所运用，它能保证产品在规定的工作条件下、在规定的服役时间内、完成规定功能的能力。
（5） 安全性原则机械产品的不安全因素常会导致机械和人身事故，甚至造成重大的经济损失和严重的社会影响。在机械产品设计中必须贯彻安全性设计原则，其主要包括产品应具有足够的强度、刚度和必要的安全防护措施等；应根据人——机工程学原理使机器和人互相适应，创造舒适和安全的工作环境，从而提高工作效率；还应考虑机械与环境的关系，防止对环境的污染，即目前所提倡的绿色设计等。
（6） 经济性原则产品的经济性好坏是产品具有市场竞争力的一个重要方面，主要表现为在确保产品功能的前提下，尽力降低产品成本，提高经济效益。
（7） 评价审核原则机械设计是一个复杂的工作过程，涉及到很多因素和方面，因而设计过程也是一种信息加工、处理分析、判断决策和修正的过程。为减少设计失误，实现高效、优质、经济地设计，必须对每一设计程序获得的结果随时进行评价和审核，决不允许不良的甚至是错误的信息流入下一个设计程序。在设计进程中，应使评价审核做到规范化和制度化。
（8） 及时性原则 机械设计必须满足市场需求，而市场是有时效性的。因此，必须确保设计是及时的，满足当前市场的需要。
4. 对有限元计算模型的简化应注意哪些方面？
【答案】
（1）判别实际结构是属于哪一种类型，是属于一维问题、二维问题还是三维问题。如果是二维问题，要分清是平面应力问题还是平面应变问题，若能简化成平面问题的就不要用三维实体单元去分析；
（2）注意实际结构的对称性，如果对称，可以利用结构的对称性进行计算简化；
（3）对实际结构建模时可以去掉一些不必要的细节，比如倒角等；
（4）简化后的力学模型须是静定结构或是超静定结构。
5．说明可靠性的定义及其基本含义。
可靠性指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。
有5各方面的含义：明确研究对象；给出规定条件；规定工作时间；规定功能；以及完成功能的能力
四、欲用薄板制造一个体积为6m3的封闭货箱，设货箱的长、宽、高分别为a、b、h，要求其长度a不小于3m。为确定长、宽、高，试以质量最轻为目标，建立优化设计的数学模型。
要使货箱的质量最轻，优化设计的目标函数为：
取设计变量为： x=（x1x2x3）T=（abh）T
优化设计的数学模型：
五、某设备的失效率 /h，求其平均寿命，中位寿命和可靠度为0.95的可靠寿命。
【答案】
平均寿命是寿命的平均值。对不可修复产品指失效前的平均时间，一般记为MTTF；对可修复产品则指平均无故障工作时间，一般记为MTBF。
可靠寿命是指定的可靠度所对应的时间。
当指定R=0.5，即R(t)=F(t)=0.5时的寿命称为中位寿命。
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