东北大学继续教育学院。
现代设计方法试卷（作业考核线上2） b 卷（共 5 页。
1. 以下关于设计的概念正确的是（ ad ）。
a) 设计是从思维到实现的过程。 b) 设计是一种思维活动。
c) 设计就是创造性的劳动d) 设计可以提供人们所需求的产品。
2. 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。
3. 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。
4. 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（ a ），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。
5. 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。
6. 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。
7. 考虑力流的合理性时，以下的结构设计中（ b ）比较好。
ab) 8. 平面应力问题的几何和受力特点是（ a ）。
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. 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（ c ）。
a) 目标函数b) 设计变量c) 约束条件。
10. 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
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. 机械系统方案设计中的关键内容是总体布局和参数计算。（ t ）
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。（ t ）
4. 同一机械系统中，不同执行机构的工作循环周期必须相同。（ f ）
5. 常用的平面单元中，三角形单元采用双线性位移模式，计算精度差；矩形单元采用线性位移模式，计算精度高。（ f ）
6. 应用有限元法求解复杂的实际问题，得到的不是精确解。（ f ）
7. 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。f ）
8. 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 ）
9. 可修复产品的平均寿命用mttf表示。（ t ）
10. 设由n个部件组成的系统，其中任一部件不发生故障，系统即正常工作，这样的系统称为串联系统。（ f ）
三．简答题（各6分，共36分）
1. 机械系统具有哪些基本特性？
答：（1）整体性整体性是系统所具有的最重要和最基本的特性。一个机械系统总是由许多基本单元和子系统组成，构成机械系统的零部件虽然各具有不同的性能，但它们是根据整体性要求而构成的机械整体。
（2）相关性机械系统内部各零部件之间都是有机联系的，互相相关的，它们之间相互作用、相互影响形成了特定的关系。（3）层次性系统作为一个相互作用的诸要素的总体，可以分解为一系列的子系统，并存在一定的层次结构，这是系统空间结构的特定形式。（4）目的性任何机械都应有明确的目的和功能，机械系统中各零部件的布局和组合方式都决定于机械系统的目的和功能，应尽量实现机械的要求功能，去除或减少有害或无用功能。
（5）环境适应性任何机械都是在一定的物质环境中工作的，任何外部环境的变化都可能对机械系统产生影响，引起系统的功能变化。
2. 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：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。
3. 详细说明机械结构设计应遵循的三项基本原则。
答：（1）明确；所谓明确是指对产品设计中所应考虑的问题都应在结构方案中获得明确的体现与分担。包括：
功能明确、工作原理明确、使用工况及承载状态明确、其它技术说明明确。（2）简单：在确定结构方案时，应使其所含零件数目和加工工序数量与类型尽可能减少，零件的几何形状力求简单，尽量减少零件的机械加工面、机械加工次数及热处理程序，减少或简化与相关零件的装配关系及调整措施。
（3）安全可靠：主要从构件的可靠性、功能的可靠性、工作安全性和环境安全性等方面来衡量。
4. 对机械系统的总体布局有哪些基本要求？
答：（1） 要保证工艺过程的连续和流畅；（2） 尽量降低质心高度、减小偏置；（3） 要保证精度、刚度及抗振性等要求；（4） 充分考虑产品系列化的发展要求；（5） 结构紧凑，层次分明；（6） 操作、维修、调整简便；（7） 造型合理，实用美观；（8） 提高人机系统整体的效能。
5. 对有限元计算模型的简化应注意哪些方面？
答：（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。
6．说明可靠性的定义及其基本含义。
答：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。（12分）
答：要使货箱的质量最轻，优化设计的目标函数为：
t': latex', orirawdata': s=2(ab+ah+bh)',altimg': w': 161', h': 21'}]
取设计变量为： x=（x1 x2 x3）t=（a b h）t
优化设计的数学模型：
t': latex', orirawdata': min ',altimg':
w': 40', h': 20'}]x_+x_x_+x_x_)'altimg':
w': 232', h': 23'}]
t': latex', orirawdata': altimg':
w': 33', h': 20t':
latex', orirawdata': h(x)=x_x_x_=6', altimg': w':
144', h': 23'}]
t': latex', orirawdata': g_(x)=3x_≤0', altimg': w': 141', h': 27'}]
t': latex', orirawdata': g_(x)=x_<0', altimg': w': 129', h': 27'}]
t': latex', orirawdata': g_(x)=x_<0', altimg': w': 129', h': 27'}]
5、某设备的失效率[',altimg': w': 73', h': 25'}]h，求其平均寿命，中位寿命和可靠度为0.95的可靠寿命。（12分）
答：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。
=\\frac=10000h', altimg': w': 133', h': 45'}]
=\\frac\\ln r', altimg': w': 104', h': 43'}]
=\\frac\\ln 0.5=6931.5h', altimg': w': 275', h': 43'}]
=\\frac\\ln 0.95=512.93h', altimg': w': 293', h': 43'}]
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