中南大学交通运输工程学院机械工程控制基础实验报告
实验序号
学生姓名
专业班级
学号
日期 2014年7月1日
目录
《机械控制工程基础》第1次上机试题 (1)
第1题 (1)
第2题 (2)
第3题 (4)
第4题 (5)
第5题 (6)
第6题 (8)
第7题 (9)
《机械控制工程基础》第2次上机试题 (11)
第1题 (11)
第2题 (12)
第3题 (13)
第4题 (14)
第5题 (16)
第6题 (17)
《机械控制工程基础》第3次上机试题 (21)
第1题 (21)
第2题 (22)
第3题 (23)
第4题 (24)
第5题 (26)
《机械控制工程基础》第4次上机试题 (29)
第1题 (29)
第2题 (31)
第3题 (35)
第4题 (38)
《机械控制工程基础》第1次上机试题
第1题已知系统的闭环传递函数21
()0.41
G s s s =
++，试求所述系统的单位阶跃响应曲线和脉冲响应曲
线。
解：绘制该系统的单位脉冲曲线程序如下 num=[0,0,1];
den=[1,0.4,1]; sys=tf(num,den); impulse(sys); grid;
title('Impulse Response of G(s)=1/(s^2+0.4s+1)');
运行结果如下
绘制该系统的单位阶跃曲线程序如下
num=[0,0,1]; den=[1,0.4,1]; sys=tf(num,den); step(sys); grid;
title('Step Response of G(s)=1/(s^2+0.4s+1)');
运行结果如下
第2题 已知一个如图所示的二阶系统，其开环传递函数为
()
1+Ts s k
，其中T=1，绘制k 分别为
0.1,0.2,0.5,0.8,1.0,2.4时，其开环系统及单位负反馈系统的单位阶跃响应曲线。
解：绘制图示系统的开环系统的单位阶跃相应曲线，程序如下
k=[0.1 0.2 0.5 0.8 1 2.4]; t=linspace(0,20,200); n=1;
d=conv([1 0],[1,1]) for j=1:6
sys=tf(n*k(j),d) y(:,j)=step(sys,t); end
plot(t,y(:,1:6)) grid on
legend('i=0.1','i=0.2','i=0.5','i=0.8','i=2.4') title('Step Response of G(s)=k/(s^2+s)');
运行结果如下
绘制图示系统的开环系统的单位阶跃相应曲线，程序如下k=[0.1 0.2 0.5 0.8 1 2.4];
t=linspace(0,20,200);
n=1;
d=conv([1 0],[1,1])
for j=1:6
s1=tf(n*k(j),d)
sys=feedback(s1,1)
y(:,j)=step(sys,t);
end
plot(t,y(:,1:6))
grid on
legend('i=0.1','i=0.2','i=0.5','i=0.8','i=2.4') title('Step Response of GK(s)=k/(s^2+s)');
运行结果如下
第3题 已知系统：)
31)(31(3
)(i s i s s G -+++=
，试用MA TLAB 编程计算系统的瞬态性能指标（稳态误
差允许误差为%5%2或）
解：计算系统的瞬态性能指标，程序如下
t=0:0.001:5;
d=conv([1 -1+3i],[1 -1-3i]); n=3;
finalvalue=polyval(n,0)/polyval(d,0) [y,t]=step(sys); [Y,k]=max(y) tp=t(k);
Mp=100*(Y-finalvalue)/finalvalue % compute rise time n=1;
while y(n)< finalvalue, n=n+1; end tr=t(n-1);
% compute settling time l=length(t);
while (y(l)>0.98*finalvalue)&(y(l)<1.02*finalvalue) l=l-1; end ts=t(l);
disp('tp Mp tr ts') [tp Mp tr ts]
运行结果如下 ans =
1.0592 35.0670 0.5987 3.4999
第4题设系统的闭环传递函数为：)
10)(5010(500
)(2+++=
s s s s G ，试分析主导极点，并比较由主
导极点构成的系统与原系统的阶跃响应。
解：该高阶系统的极点：j 55±-、-10，主导极点为j 55±-，由主导极点构成的系统的
传递函数为：
()()
50
1050
50101050022++=
++=
s s s s s G ， 由主导极点和原系统的传递函数，绘制阶跃响应曲线 n1=500;
d1=[1 20 150 500]; sys1=tf(n1,d1); n2=50;
d2=[1 10 50]; sys2=tf(n2,d2); step(sys1,sys2);
legend('?-?μí3','?÷μ???μ?113é?μí3') 运行结果如下
本题目也可采用Simulink 实现。
得到相同的结果
第5题已知单位反馈系统如图所示，12.05)(1+=
s s G ，)
1(2
)(2+=s s s G ，H(s)=1,其中输入信号为
t t x i =)(，扰动信号)(1)(t t n =，试分析系统的稳态偏差。
解：计算系统的稳态偏差，程序如下
G1=tf(5,[0.2 1]);
G2=tf(2,[1 1 0]);
H=1;
sys1=feedback(1,H*G1*G2);
Xi=tf(1,[1 0 0]);
Si=tf([1 0],1);
sys=Si*sys1*Xi;
sysr=minreal(sys);
[num1,den1]=tfdata(sysr,'v');
ess1=polyval(num1,0)/polyval(den1,0)
sys2=feedback(-G2*H,G1,1);
n=tf(1,[1 0]);
Si=tf([1 0],1);
sys=Si*sys2*n;
sysr=minreal(sys);
[num2,den2]=tfdata(sysr,'v');
ess2=polyval(num2,0)/polyval(den2,0)
ess=ess1+ess2
运行结果如下
ess1 = 0.1000
ess2 = -0.2000
ess = -0.1000
第6题图示所示为阻尼—弹簧系统，x 为输入量，θ为输出变量，系统中所有质量均可以忽略，并且质
杆铰接处无摩擦。假定系统中所有变量变化范围很小，则可以将该系统视为线性环节处理，并且系统的初始状态为零即0)0()0(==θx ，试求该系统在阶跃输入)(t x 作用下的输出)(t θ。
解：由于忽略所有的质量和摩擦，同时假定)(t θ较小，则由牛顿第二定律得到系统的力平衡方
程为：
θθkL L x c =-?
?
)(
对上式进行laplace 变幻，且初始条件为零，则有传递函数为：
)
/()()()(c k s L s
s X s s G +==θ
令L=10cm ，c=5Ns/cm ，k=25N/cm ，系统的传递函数为：
)
5(10)()()(+==s s
s X s s G θ
在阶跃信号作用下，系统的输出为：
)
5(101
1)5(10)()5(10)(+=+=+=s s s s s X s s s θ
对上式进行laplace 逆变换后的系统的输出为： t e t 51.0)(-=θ
根据输出绘制响应曲线，程序如下 t=0:0.001:10 q=0.1*exp(-5*t) plot(t,q) grid
title('the step response of the system') xlabel('time(second)') ylabel('Amplitude')
运行结果如下
第7题 机械振动系统如图所示，一滑轮悬挂质量-阻尼-弹簧系统置于轨道内，轨道有三部分组成：两
端水平轨道、一段与水平方向成45度的斜面轨道，尺寸如图所示，假定滑轮质量与质量块m 相比可以忽略不计，并设滑轮在轨道内运动时的摩擦可以忽略。设m=4kg,c=40N.s/m,k=400N/m ，滑轮在斜面最高点由静止开始运动，以x(t)作为输入量，质量块的位移y(t)为输出量，试分析y(t)。
解：当滑轮—质量—弹簧系统由斜面最高点开始运动时，由于忽略滑轮与斜面间的摩擦力，则该悬挂系统只受重力作用，沿斜面方向，其运动轨迹z(t)满足：
)(1465.345sin 2
1)(2
121m t t g t z ===
解得：)(537.01s t =，于是垂直方向运动轨迹x(t)满足：
1212452.2465.3*707.045sin )()(t t t z t x ===
滑轮滑过斜面后进入水平轨道，因此滑轮运动轨迹可以表示为
???>≤≤=)
537.0( 707.0)
537.00(452.2)(2t t t t x
然后确定系统的传递函数，以系统平衡时的位移作为输入输出变量的初始位移，则力平衡方程为：
0)()(22=-+-+x y k dt
dx
dt dy c dt y d m
方程两边进行初始条件为零的laplace 变换，并将参数值代入，有
10
1010
10)()(2
2+++=+++=s s s k cs ms k cs s X s Y 绘制质量块的运动轨迹，程序如下 num=[10 10];den=[1 10 100]; t1=0:0.001:0.537; x1=2.452*t1.^2; t2=0.538:0.001:1.5;
x2=0.707*ones(size(t2)); t=[t1,t2];x=[x1,x2]; y=lsim(num,den,x,t)
plot(t,-x,'k-',t,-y,'k--'); grid
xlabel('Time(second)');ylabel('input x(t) and output y(t)') legend('input y(t)','output y(t)')
运行结果如下
《机械控制工程基础》第2次上机试题
第1题 已知系统的开环传递函数为：
100()()(5)(10)
K
G s H s s s s =
++
试分别绘制K=1,7.8,20时系统的极坐标图，并利用Nyquist 稳定判据判断闭环系统的稳定性。
解：为了清楚地显示Nyquist 图和稳定判断条件，分别绘制K 去不同的值时的极坐标图
程序如下
k=[1,7.8,20];
t=linspace(-4,1,100); num=100;
den=conv([1 5 0],[1 10]); for j=1:3
sys=tf(num*k(j),den) nyquist(sys); hold on end
axis([-4,1,-2,2]);
title('Nyquist Diagram of GH=100K/[s(s+5)(s+10)]') legend('k=1.7','k=8','k=20')
运行结果如下
由图可知，K=1时，极坐标图没有包围（-1，0）点，故系统稳定；K=7.8时，极坐标图包围（-1，0）点，故系统不稳定；K=20时，极坐标图包围（-1，0）点，故系统不稳定。
第2题已知一个典型环节传递函数：
2
22
()2n n n
G s s s ωξωω=++ 其中，n ω＝0.7，试分别绘制0.1,0.4,1.0,1.6,2.0ξ=时的Bode 图。
解：绘制伯德图，程序如下：
w=[0,logspace(-2,2,200)] Wn=0.7
e=[0.1,0.4,1.0,1.6,2.0] for j=1:5
sys=tf([Wn*Wn],[1,2*e(j)*Wn,Wn*Wn]) bode(sys,w) hold on end grid on
legend('\xi =0.1','\xi =0.4','\xi =1.0','\xi =1.6','\xi =2.0')
运行结果如下
第3题 已知控制系统的开环传递函数为
()()(1)(5)
K
G s H s s s s =
++
试分别求取K=10，100时的相位裕度γ和幅值裕度()g K dB ，并判断闭环系统的稳定性。
解：根据系统开环传递函数求取相位裕度和幅值裕度，程序如下
k=10
p=[0,-1,-5]; sys=zpk([],p,k) margin(sys)
运行结果如下
相位裕度为γ=25.4deg ，幅值裕度为
()
g K dB =9.54dB ，系统稳定。
k=100
p=[0,-1,-5]; sys=zpk([],p,k) margin(sys) 运行结果如下
相位裕度为γ=-23.7deg ，幅值裕度为
()
g K dB =-10.5dB ，系统不稳定。
第4题 已知单位反馈系统，开环传递函数为
)
2(16
)(+=
s s s G
求该系统的闭环的幅值穿越频率c ω，谐振频率r ω，谐振峰值r M ，－3dB 截止频率dB 3-ω和－90o 截止频率
90-ω
解：计算系统的相关指标，程序如下： num=16; den=conv([1 0],[1 2]); sys=tf(num,den)
sysB=feedback(sys,1); w=logspace(-1,2); bode(sysB,sys,w)
[mag,phase,W]=bode(sysB,w); [l,c]=size(mag); mag1=zeros(c,1); for i=1:c
mag1(i)=20*log10(mag(1,1,i)); end
disp('crossover frequency :'); Wc=interp1(mag1,W,0,'spline') disp('Resonance frequency :');
[mag2,i]=max(mag1);
Wr=W(i)
disp('Resonance magnitude:')
Magmax=mag2
disp('-3dB frequency :');
W_3db=interp1(mag1,W,-3,'spline')
[l,c]=size(phase);
pha1=zeros(c,1);
for i=1:c
pha1(i)=phase(1,1,i);
end
disp('-90 phase frequency :');
W_90=interp1(pha1,W,-90,'spline')
运行结果如下
sys =
16
---------
s^2 + 2 s
Continuous-time transfer function. crossover frequency Wc= 0.0525 Resonance frequency :Wr = 3.9069 Resonance magnitude: Magmax = 6.1867
-3dB frequency : W_3db = 5.3993
-90 phase frequency : W_90 = 3.9994
第5题 已知单位反馈系统开环传递函数)
1)(2()
2(5)(2+++=
s s s s s G ，试判断系统是否稳定，是否为最小相
位系统。
解：首先判断系统是否是最小相位系统，绘制出闭环传递函数的零点和极点在复平面上的位置，程序如下：
num=[5 10]; den=conv([1 0],conv([1 0 2],[1 1])); sys=tf(num,den);
sysB= feedback(sys,1); pzmap(sysB); 运行结果如下
由于极点有分布于复平面右半平面，因此不是最小相位系统。 采用Nyquist 判据进行稳定性判断，绘制出极坐标图
num=[5 10]; den=conv([1 0],conv([1 0 2],[1 1])); sys=tf(num,den);
sysB= feedback(sys,1); nyquist(sysB);
axis([-1.5,1.5,-0.6,0.6]);
title('Nyquist Diagram of GH=(5s+10)/[s(s^2+2)(s+1)]')
运行结果如下
由图可知，极坐标图没有包围（-1，0）点，故系统稳定。
第6题如图 (a)所示为一网球机器人，用于控制小臂转动角度)(2t θ的控制框图图（b ）所示。控制系统
的设计目标是在保证具有足够的稳定裕度的同时提高系统的响应速度。这里K=4.5，试做如下分析：
（1）绘制该系统开环时的BODE 图，计算相位裕度、幅值裕度和交接频率； （2）绘制系统闭环时的bode 图，并计算系统的带宽；
（3）绘制系统闭环时的单位阶跃响应，并确定系统的调整时间。
x
2
θ(b)
解：第一问，绘制出开环时的伯德图，并根据伯德图求出相位裕度、幅值裕度和交接频率，程序如下
num=4.5;
den=conv([0.05 1],conv([1 0],[0.1 1])); sys=tf(num,den); margin(sys);
grid
运行结果如下
根据伯德图可得到，相位裕度为56.3deg，幅值裕度为16.5dB，转角频率为10，20。
第二问，绘制出系统的闭环伯德图，并计算带宽，程序如下
w=logspace(0,2,100)
num=4.5;
den=conv([0.05 1],conv([1 0],[0.1 1]));
sys=tf(num,den);
sysB= feedback(sys,1);
[mag,phase]=bode(sysB,w)
m(1,:)=mag(1,1,:)
p(1,:)=phase(1,1,:)
subplot(211)
semilogx(w,20*log10(m))
grid on
ylabel('Magnitude/dB')
hold on
subplot(212)
semilogx(w,p)
grid
中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案 土木工程材料 一、填空： 1.对于开口微孔材料,当其孔隙率增大时，材料的密度，吸水性 , 抗冻性 ,导 热性 ,强度。 2.与硅酸盐水泥相比,火山灰水泥的水化热 ,耐软水能力 ,干缩。 3.保温隔热材料应选择导热系数 ,比热容和热容的材料。 4.硅酸盐水泥的水化产物中胶体为和。 5.普通混凝土用砂含泥量增大时,混凝土的干缩 ,抗冻性。 6.普通混凝土配合比设计中要确定的三个参数为、和。 7.钢材中元素S主要会使钢的增大，元素P主要会使钢的增大。 8.含水率为1%的湿砂202克，其中含水为克,干砂克。 9.与建筑石灰相比，建筑石膏凝结硬化速度，硬化后体积。 10.石油沥青中油分的含量越大，则沥青的温度感应性，大气稳定性。 11.普通混凝土强度的大小主要决定于水泥强度和。 12.木材的强度中,在理论上最大的是强度。 13.按国家标准的规定，硅酸盐水泥的初凝时间应满足。 14.相同条件下，碎石混凝土的和易性比卵石混凝土的和易性。 15.普通混凝土用石子的强度可用或表示。 16.常温下，低碳钢中的晶体组织为和。 17.据特点不同，塑料可分成热塑性塑料和热固性塑料。 18.有无及是否发达是区分阔叶树和针叶树的重要特征。 19.与石油沥青相比，煤沥青的温度感应性更，与矿质材料的粘结性更。 20.石灰的陈伏处理主要是为了消除的危害。 21.木材防腐处理的措施一般有和。 22.材料确定后,决定普通混凝土流动性的最重要因素是。 23.普通混凝土的强度等级是根据。 24.钢的牌号Q235-AF中A表示。 25.结构设计时，硬钢的强度按取值。 26.硅酸盐水泥强度等级确定时标准试件的尺寸为。 27.钢筋进行冷加工时效处理后屈强比。 28.石油沥青的牌号越大，则沥青的大气稳定性。 29.在沥青中掺入填料的主要目的是提高沥青的黏结性、耐热性和。 30.用于沥青改性的材料主要有矿质材料、树脂和。 31.塑料的主要组成成分是。 32. 是现代沥青牌号划分的主要依据. 33.承受动载或冲击荷载的结构选材时必须考虑材料的。 34.表示石油沥青温度感应性大小的指标是。 35.水玻璃的化学组成式是。 36.煤沥青中游离碳的含量增加,其粘度和温度稳定性。 37.引起木材腐朽的真菌是。 38.沸煮法检验硅酸盐水泥的安定性,是为了检验水泥中是否过量. 39.煤沥青的温度稳定性比石油沥青。 40.钢材产生时效的难易程度称为。 41.煤沥青与矿质材料的粘结力。 42.材料确定后,决定普通混凝土流动性的最重要因素是。 43.对普通混凝土的基本要求是和经济性。 44.从结构上看，聚合物大分子链的几何形状有三种。
全国2002年10月自学考试机械工程控制基础试卷 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，并将其号码填在题干的括号内。每小题1.5分，共30分) 1.控制工程主要研究并解决的问题之一是( ) A.系统已定，输入不确定，求系统的输出 B.系统已定，输入已知，求系统的输出(响应) C.系统已定，规定系统的输入 D.系统不定，输入已知，求出系统的输出(响应) 2.f(t)如图所示 则L ［f(t)］为( ) A.s 1e -2t B. s 2e -2s C. s 1e -2s D. s 1 e -ts 3.已知F(s)=1) s(s 1 ，则L -1 ［F(s)］为( )
4.已知F(s)=L ［f(t)］，若F(s)= 1 2s s 1 2++,则f(t)|t ∞→=?( ) A.21 B.1 C.3 1 D.0 5.下列系统中为线性系统的微分模型为：( ) A.dt ) t (dx )t (x )dt )t (dx ( 12dt )t (x d 16 i 020202=++ B.)t (x )t (x 24dt ) t (dx 12 dt )t (x d 16i 002 02=++ C.)t (x )t (x 24dt ) t (dx 12 )dt )t (x d ( 16i 0022 02=++ D.)t (x )t (x )t ln(24dt ) t (dx 12 e dt )t (x d 16 i 00t 2 02=?+?+ 6.对于定常控制系统来说，( ) A.表达系统的微分方程各项系数不随时间改变 B.微分方程的各阶微分项的幂为1 C.不能用微分方程表示 D.系统总是稳定的 7.系统方框图如图所示，则系统的闭环传递函数为( ) A. G(S)H(S) 1 G(S)H(S)+ B. G(S) -1 H(S)G(S)?
讪祁协丄仃一咛卩 中南大学考试试卷 ■ 2003-2004学年第二学期 课程；土木工程材料 rie*攻& I ）第一.一九国答寮直接做任试卷二.第二~五人蟻告安弓 存存颇紙匕. 何时交冋. 班级： ____________ 学号* ____________ 姓名： __________________ 、单邊JS （】0X2?20分） I ?当果一材料的孔障半增人时，下乳材料性復指标中一定不 变的# （ ）? A ?帝反 B ?衣观密復 C.盘水率 D ?强度 2. 实 灵空沸煮法檢唯普通木泥的休枳安定性时,只能检验出 < ）足古过 A f-Mg （J B ? f-CaO C. SO 」 D.眩 3. 石灰熟化过祥中的“陈伏”是为了（ A.利干结晶 B.蒸发姜余水分 C.歸任发热? 1?喷射混联十施工应优先的外加剂是（ ）? A ?早幺剂 B.引气剂 C.缓根利 D.速凝別 o.下列阪景结构钢中可用丁低淙炸接结构的足（ ）? 6?建纨砂按的保水性用（ ）表示. 8 ?测料的量其本组分星（ 9.木材在加工前通常应干燥至（ ）? A ? Q235-AF B. Q215 C. Q235-C D. 0195 3： D.消除过火石灰的危害 A.沉入度 B.分泾度 C.流动度 D.稠度 7?炎热地区用面防水用石油沥育一般选用（ A ?10号 B. 30号 C ?60号 >建戻石油沥rr D. 100 号 人槿脂 B .首色剂 cia 化剤 D 填料 试卷阪号：NO. 02 分类:A-02（±木工程）
A.纤堆饱和点含水率B平衡含水率 C.林准含水率 D.绝干 W?在廉定传热下.保温隔热材料应送择（）的. A?导热系數大R.导热系数小C?导淋系数大D.始容童小 黄二页.?1S
机械设计制造及其自动化专业本科培养方 案 一、专业简介 本专业依托中南大学“机械工程”国家一级重点学科与“高性能复杂制造”国家重点实验室,2001年被确定为湖南省重点专业,并在湖南省“十五”重点学科建设验收中被评为优秀,2009年被评为国家特色专业。本专业下设“机械电子工程”、“机械制造及其自动化”、“机械设计”、“现代装备设计与控制”、“模具设计与制造”、“材料成型及控制”6个专业方向,具有博士、硕士学位授予权与博士后流动站,拥有以中国工程院院士、973首席科学家、长江学者为代表的强大的师资队伍,与以山河智能为代表的一批学科性公司,在复杂装备与极端制造领域拥有学科特色与行业优势。 二、培养目标 贯彻“宽口径、厚基础、强实践、重创新”的培养方针,以社会需求为导向,以实际工程为背景,以工程技术为主线,结合机电工程学院在复杂装备与极端制造工程学科上的优势与特色,着力培养具有良好的思想品质与职业道德,掌握坚实的基础理论、系统的专业知识及丰富的生产实践,了解本学科前沿发展动态与方向,并具备较强的工程实践能力、自我获取知识能力、创新思维及设计能力、组织管理能力、团队协作能力与国际视野的机械工程领域高素质人才。 本专业毕业的学生,主要在现代制造及相关领域内从事机电产品设计与制造、机电系统研究与开发、设备运行与维护、生产技术管理、企业市场运营等工作,也可在高等院校、科研院所从事相关教学与科研工作。 三、培养要求 按本方案培养的学生应具备的知识、能力与素质为: 1.德、智、体、美全面发展,具有良好的沟通能力、协调组织能力与较强的团队合作精神。 2.具有较扎实的自然科学基础,较好的人文、艺术、社会科学基础与良好的心理素质。 3.较系统地掌握本专业领域的技术理论基础知识,主要包括力学、机械学、电工与电子技术、计算机应用、机械设计理论与制造学、自动控制理论与技术、市场经济及企业管理等基础知识。 4.具有本专业必须的设计、制造、运行及管理等方面的综合能力。 5.具有本专业领域某个专业方向必须的专业知识,并了解其科学前沿与发展趋势。 6.具有初步的科学研究、科技开发及组织管理能力。 7.具有较强的创新意识与获取新知识的能力。 8.能熟练使用一门外语。
土木工程材料习题集与参考答案 第一章 土木工程材料的基本性质 1. 试述材料成分、结构和构造对材料性质的影响？ 参考答案：材料的成分对性质的影响：材料的组成及其相对含量的变化，不仅会影响材料的化学性质，还会影响材料的物理力学性质。材 料的成分不同，其物理力学性质有明显的差异。值得注意的是，材料中某些成分的改变，可能会对某项性质引起较大的改变，而对其他性质的影响不明显。 材料的结构对性质的影响：材料的结构是决定材料物理性能的重要因素。可分为微观结构和细观结构。材料在微观结构上的差异影响到材料的强度、硬度、熔点、变形、导热性等性质，可以说材料的微观结构决定着材料的物理力学性能。 材料的构造对性质的影响：材料的构造主要是指材料的孔隙和相同或不同材料间的搭配。不同材料适当搭配形成的复合材料，其综合性能优于各个单一材料。材料的内部孔隙会影响材料的强度、导热性、水渗透性、抗冻性等。 总之，材料的组成、结构与构造决定了材料的性质。材料的组成、结构与构造的变化带来了材料世界的千变万化。 2．试述材料密度、表观密度、孔隙率的定义、测定方法及相互关系。密度与视密度的区别何在？ 参考答案：密度ρ：是指材料在密实状态下单位体积的质量。测定方法：将材料磨细成粒径小于0.25mm 的粉末，再用排液法测得其密实 体积。用此法得到的密度又称“真密度”。 表观密度0ρ：是指材料在自然状态下单位体积的质量。测定方法：对于外形规则的块体材料，测其外观尺寸就可得到自然体积。对于外观不规则的块体材料，将其加工成规则的块体再测其外观尺寸，或者采用蜡封排液法。 孔隙率P ：材料中的孔隙体积与总体积的百分比。 相互关系：%10010???? ? ??- =ρρP 密度与视密度区别：某些散粒材料比较密实，其内部仅含少量微小、封闭的孔隙，从工程使用角度来说，不需磨细也可用排液法测其 近似的密实体积，这样测得的密度称为“视密度”。 3．孔隙率及孔隙特征对材料的表观密度、强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性等性质有何影响？ 参考答案：对表观密度的影响：材料孔隙率大，在相同体积下，它的表观密度就小。而且材料的孔隙在自然状态下可能含水，随着含水量 的不同，材料的质量和体积均会发生变化，则表观密度会发生变化。 对强度的影响：孔隙减小了材料承受荷载的有效面积，降低了材料的强度，且应力在孔隙处的分布会发生变化，如：孔隙处的应力集 中。 对吸水性的影响：开口大孔，水容易进入但是难以充满；封闭分散的孔隙，水无法进入。当孔隙率大，且孔隙多为开口、细小、连通时， 材料吸水多。 对抗渗性的影响：材料的孔隙率大且孔隙尺寸大，并连通开口时，材料具有较高的渗透性；如果孔隙率小，孔隙封闭不连通，则材料不易 被水渗透。 对抗冻性的影响：连通的孔隙多，孔隙容易被水充满时，抗冻性差。 对导热性的影响：如果材料内微小、封闭、均匀分布的孔隙多，则导热系数就小，导热性差，保温隔热性能就好。如果材料内孔隙较大， 其内空气会发生对流，则导热系数就大，导热性好。 4．材料的耐水性、吸水性、吸湿性、抗冻性、导热性、热容、抗渗性的含义是什么？ 参考答案：耐水性： 材料抵抗水破坏作用的能力称为耐水性，即材料经水浸泡后，不发生破坏，同时强度也不显著降 低的性质。指标：软化系数 吸水性：材料与水接触时其毛细管会吸收水分的性质。指标：吸水率 吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。指标：平衡含水率 抗冻性：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不被破坏，强度也不严重降低的性质。指标：抗冻等 级，其划分取决于材料在一定条件下经受冻融而不被破坏的次数。 导热性：当材料两面存在温度差时，热量会从温度较高的一面传导到温度较低的一面的性质。指标：导热系数 热容：某块材料在温度升降1K 时所放出或吸收的热量。 指标：C （热容）＝c （比热容）?m（材料质量） 抗渗性：材料抵抗压力水或液体渗透的性质。指标：渗透系数 5．材料的导热系数、比热容和热容与建筑物的使用功能有什么关系？ 参考答案：材料的导热系数小，建筑物的保温隔热性能就好。如果建筑物围护结构的热容越大，则在气温变化较大时，能较好地保持室内 温度。 6．试述材料的弹性、朔性、脆性和弹性磨量的意义？ 参考答案：弹性： 当撤去外力或外力恢复到原状态，材料能够完全恢复原来形状的性质。 塑性： 当撤去外力或外力恢复到原状态，材料仍保持变形后的形状和尺寸，并不产生裂缝的性质。 脆性：是材料在外力作用下不产生明显变形而突然发生破坏的一种性能。 弹性模量： 晶体材料如金属材料表现为线弹性，一些非晶体材料如玻璃等也表现为线弹性，其应力与应变之比为常数，比值称为弹性 模量，它是衡量材料抵抗外力使其变形能力的一个指标。 7．影响材料强度试验结果的因素有哪些？强度与强度等级是否不同，试举例说明。 参考答案： 试验条件对材料强度试验结果有较大的影响，其中主要有试件的形状和尺寸、试验机的加载速度、试验时的温度和湿度，以 及材料本身的含水状态等。 强度与强度等级不一样。强度是一个具体值，而强度等级是一个等级范围。如：混凝土的强度等级为C30，那么属于C30强度等级的 混凝土的实际强度值有可能是30MPa 或与30MPa 接近的强度值。 8．某地红砂岩，已按规定将其磨细，过筛。烘干后称取50g ，用李氏瓶测得其体积为18.9cm 3 。另有卵石经过清洗烘干后称取1000g ，将其浸水饱和后用布擦干。又用广口瓶盛满水，连盖称得其质量为790g ，然后将卵石装入，再连盖称得其质量为1409g ，水温为25℃，求红砂岩及卵石的密度或视密度，并注明哪个是密度或视密度。
---○---○--- ---○---○--- … ……… 评卷密封线 ……………… 密封线内不要答题，密封线外不准填写考生信息，违者考试成绩按0分处理 ……………… 评卷密封线 ………… 中南大学考试试卷 机械设计基础A 课程 时间100分钟 64学时，4学分，闭卷，总分100分，占总评成绩 70 % 一、判断题(本题10分，每小题1分) （ ）1.一对齿轮传动的相对瞬心位置是在连心线上； （ ）2. 曲柄为主动件的偏置曲柄滑块机构，当曲柄与滑块移动路线垂直时，传动角最小； （ ）3. 凸轮机构的推程压力角越大，机构的传力性能越好； （ ）4. 标准渐开线直齿外啮合齿轮的啮合线即是两基圆的内公切线，又是齿廓啮合接触点的公法线； （ ）5.斜齿圆柱齿轮传动的重合度随着齿轮螺旋角的增加而增大； （ ）6. 当被联接件之一很厚，联接需常拆卸时，常用螺钉联接； （ ）7. 带传动在工作时产生弹性滑动时，是由于带的速度太大引起，可以避免； （ ）8. 在一定转速下，要减轻链传动的运动不均匀性和动载荷，应减小链条节距及链轮齿数； （ ）9. 轴的结构设计时，要考虑轴上零件的定位和固定要求； （ ）10. 公称接触角为α=0的深沟球轴承，只能承受纯径向载荷； 二、选择题(本题20分，每小题2分) 1.以对心曲柄滑块机构的曲柄做机架时，得到的是 ； A.另一曲柄滑块机构 B.导杆机构 C.摇块机构 D.直动滑杆机构 2.减小滚子半径，滚子从动件盘形凸轮实际轮廓线外凸部分的曲率半径将 ； A.减小 B.增大 C.不受影响 3.一对斜齿圆柱齿轮传动，若将其螺旋角增大，其它条件不变，则中心距 ； A.减小 B.增大 C.不受影响
第六章空位与位错 一、名词解释 空位平衡浓度：金属晶体中，空位是热力学稳定的晶体缺陷，在一定的空位下对应一定的空位浓度，通常用金属晶体中空位总数与结点总数的比值来表示。 位错：晶体中的一种原子排列不规则的缺陷，它在某一个方向上的尺寸很大，另两个方向上尺寸很小。 柏氏回路：确定柏氏族矢量的过程中围绕位错线作的一个闭合回路，回路的每一步均移动一个原子间距，使起点与终点重合。 P-N力：周期点阵中移动单个位错时，克服位错移动阻力所需的临界切应力 扩展位错：两个不全位错之间夹有层错的位错组态 堆垛层错：密排晶体结构中整层密排面上原子发生滑移错排而形成的一种晶体缺陷。 弗兰克-瑞德位错源：两个结点被钉扎的位错线段在外力的作用下不断弯曲弓出后，互相邻近的位错线抵消后产生新位错，原被钉扎错位线段恢复到原状，不断重复产生新位错的，这个不断产生新位错、被钉扎的位错线即为弗兰克-瑞德位错源。 Orowan机制：合金相中与基体非共格的较硬第二相粒子与位错线作用时不变形，位错绕过粒子，在粒子周围留下一个位错环使材料得到强化的机制。 科垂尔气团：围绕刃型位错形成的溶质原子聚集物，通常阻碍位错运动，产生固溶强化效果。 铃木气团：溶质原子在层错区偏聚，由于形成化学交互作用使金属强度升高。 面角位错：在fcc晶体中形成于两个{111}面的夹角上，由三个不全位错和两个层错构成的不能运动的位错组态。 多边形化：连续弯曲的单晶体中由于在加热中通过位错的滑移和攀移运动，形成规律的位错壁，成为小角度倾斜晶界，单晶体因而变成多边形的过程。 第七章金属塑性变形 一名词 固溶强化：固溶体中的溶质原子溶入基体金属后使合金变形抗力提高，应力－应变曲线升高，塑性下降的现象； 应变时效：具有屈服现象的金属材料在受到拉伸等变形发生屈服后，在室温停留或低温加热后重新拉伸又出现屈服效应的情况； 孪生：金属塑性变形的重要方式。晶体在切应力作用下一部分晶体沿着一定的晶面（孪晶面）和一定的晶向（孪生方向）相对于另外一部分晶体作均匀的切变，使相邻两部分的晶体取向不同，以孪晶面为对称面形成镜像对称，孪晶面的两边的晶体部分称为孪晶。形成孪晶的过程称为孪生；
一、填空题（20分） 1、系统的稳态误差与输入信号的形式及系统的结构和参数或系统的开环传递函数有关。 2、对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性和精确或准确性。 3、传递函数的定义是对于线性定常系统,在初始条件为零的条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。 4、传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于系统本身的结构和参数，并且只适于零初始条件下的线性定常系统。 5、判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为负实根或负实部的复数根，即系统的特征根必须全部在复平面的左半平面是系统稳定的充要条件。 6、频率响应是系统对正弦输入稳态响应，频率特性包括幅频和相频两种特性。 7、系统的性能指标按其类型可分为时域性能指标，频域性能指标，综合性能指标。 8、用频率法研究控制系统时，采用的图示法分为极坐标图示法和对数坐标_图示法。 9、系统稳定的充要条件是：系统的全部特征根都具有负实部。 10、对广义系统，按反馈情况可分为开环系统、闭环系统。
选择题（20分） 1、拉氏变换将时间函数变换成 （ D ） A ．正弦函数 B ．单位阶跃函数 C ．单位脉冲函数 D ．复变函数 2、微分环节的频率特性相位移θ(ω)= ( A ) A. 90° B. -90° C. 0° D. -180° 3、设系统的传递函数为G(s)=25 525 2 ++s s ，则系统的阻尼比为 （ C ） A.25 B. 5 C. 2 1 D. 1 4、正弦函数sin t ω的拉氏变换是 （ B ） A. ω+s 1 B.2 2s ω+ω C.22s s ω+ D. 2 2s 1ω + 5、比例环节的频率特性相位移θ(ω)= ( C ) A.90° B.-90° C.0° D.-180° 6、一阶系统的阶跃响应， ( D ) A.当时间常数T 较大时有振荡 B.当时间常数T 较小时有振荡 C.有振荡 D.无振荡 7、系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的 ( C ) A.充分条件 B.必要条件 C.充分必要条件 D.以上都不是 8、时域分析法研究自动控制系统时最常用的典型输入信号是 （ D ） A ．脉冲函数 B ．斜坡函数 C ．抛物线函数 D ．阶跃函数 9、令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的 ( B ) A ．代数方程 B ．特征方程 C ．差分方程 D ．状态方程 10、线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下 （ D ） A ．系统输出信号与输入信号之比 B ．系统输入信号与输出信号之比 C ．系统输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比 D ．系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比
P16-1 何谓材料的密度、表观密度、堆积密度？如何测定？材料含水后对三者有什么影响？ 答：密度指材料在绝对密实状态下单位体积的干燥质量。表观密度指材料在自然状态下单位体积的质量。堆积密度指散粒材料或粉体材料在自然堆积状态下单位体积的质量。 测定材料的密度、表观密度和堆积密度，关键在于分别测定其绝对密实体积、表观体积（即自然状态下的体积）和堆积体积。 密实材料，绝对密实体积等于表观体积，外形规则材料可以直接量度外形尺寸，通过几何计算得到体积；外形不规则的材料可以用排液法得到体积。 求非密实材料的绝对密实体积，要把材料磨成粉，干燥至恒重后用李氏密度瓶测定；求形状规则的非密实材料表观体积，方法同规则密实材料，形状不规则非密实材料，可在材料表面封蜡后，用排液法测得表观体积。 散粒材料的堆积密度，通常以所填充的容器的容积作为材料的自然堆积体积来求得。 材料的密度与含水无关，表观密度和堆积密度随含水量增大而增大。 P16-2 材料的孔隙率和孔隙特征对材料的哪些性能有影响？有何影响。 答：材料的孔隙率和孔隙特征对材料的强度、表观密度、吸水性、吸湿性、抗渗性、抗冻性、隔热保温性、隔声/吸声性等性能有影响。 一般来说组成相同的材料孔隙率越大则干表观密度、强度越小；抗渗性、抗冻性、导热性越差；吸水性、吸湿性、隔热性、吸声性越好。 在组成和孔隙率都相同的情况下，细小开口孔隙比较多的材料比粗大开口孔隙多的材料，吸水性、吸湿性好，抗渗性、抗冻性差，具有较多细小封闭孔隙的材料比具有粗大连通孔隙多的材料强度大，抗冻性好，导热性差。 P16-3有一块烧结普通砖，在吸水饱和状态下质量为2900g，其绝干质量为2550g。砖的尺寸为240mm ×115mm×53mm，经干燥并磨成细粉后取50g，用排水法测得绝对密实体积为18.62cm3。试计算该砖的吸水率、密度、孔隙率。 解：该砖的质量吸水率=（饱和状态下质量—绝干质量）/绝干质量×100% =（2900-2550）/2550×100% =13.7% 该砖的体积吸水率=（饱和状态下质量—绝干质量）/表观体积/水的密度×100% =（2900-2550）/（24×11.5×5.3）/1×100% =23.9% 砖的密度=50/18.62=2.69g/cm3 砖的表观密度=2550/（24×11.5×5.3）=1.74g/cm3 砖的孔隙率=（1—表观密度/密度）×100%=（1-1.74/2.69）×100%=35.3% P53-2硅酸盐水泥熟料有哪些主要的矿物组成？他们在水泥水化中各表现出什么特性？ 答：硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成有硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）、铁 介质中生成石膏时就有破坏作用？ 答：因为生产中掺入适量的石膏，它的水化反应主要集中于水泥水化的初期，而水泥浆体在终凝之前具有塑性，这个时候的体积膨胀不会受到限制；硬化的初期，水泥石强度较低，内中毛细孔隙比较多，仍能容纳微量的膨胀，因此早期掺入的适量的石膏对水泥不起破坏作用。 硬化后的水泥石不具有塑性，即没有变形能力。后期进入的硫酸盐和水泥石中的水泥水化产物
中南大学2012年全国硕士研究生入学考试 《机械设计》考试大纲 I．考试性质 机械设计考试是为中南大学招收机械类硕士研究生而设置的具有选拔性质的自命题入学考试科目，其目的是科学、公平、有效地测试学生掌握机械设计的基本知识、基本理论和基本设计计算方法的程度，以及灵活运用本学科的综合知识分析与解决常用机构、通用机械零部件和简单机械装置设计问题的能力。评价的标准是高等学校本科毕业生能达到的及格或及格以上水平，以保证被录取者具有一定的机械设计与分析素养，并有利于中南大学择优选拔机械类硕士研究生。 II．考查目标 机械设计考试涵盖机械设计和部分机械原理等高等学校机械设计基础理论课程。要求考生： 1、要求掌握的基本知识 掌握机械设计的基本知识：机构及机械零件的主要类型、性能、结构特点、应用、材料、标准等。 2、要求掌握的基本理论和方法 掌握机械设计的基本理论和方法：机构运动学的基本理论和机械设计的基本原则。 常用机构的组成原理，结构分析，运动分析，静力学分析等；机械零件的工作原理，简化的物理模型与数学模型，受力分析，应力分析，失效分析等。 常用机构的设计方法：运动设计，反转原理，主要尺寸参数确定原则。 机械零件工作能力计算准则：计算载荷，条件计算，强度计算{体积强度与表面强度，静强度与疲劳强度}摩擦、磨损与润滑，寿命以及热平衡稳定性等。 改善载荷和应力的分布不均匀性，提高零件疲劳强度，降低或增加摩擦，改善局部品质，提高零部件工艺性的途径和方法，以及预应力、变形协调原则等在设计中的应用。 3、要求掌握的基本技能 初步具有拟定机构结构、运动分析、力分析和设计机构的能力，零件设计计
算、结构设计和制图技能，实验技能，编制技术文件技能等。 III．考试形式和试卷结构 1．试卷满分及考试时间 本试卷满分为150分，考试时间为180分钟。 2．答题方式 答题方式为闭卷、笔试。 3．试卷内容结构 机械原理25% 机械设计75% IV．试卷题型结构 1．判断题15分（15小题，每小题1分） 2．选择题30分（15小题，每小题2分） 3．计算题60分（4小题，每小题15分） 5．分析题45分（3小题，每小题15分） V．考查内容 一、机械原理 1、机构的结构分析 机构的组成及机构运动简图；机构具有确定运动的条件；机构自由度的计算；计算平面机构自由度时应注意事项；平面机构的组成原理、结构分类及结构分析。 2、平面机构的运动分析 速度瞬心的概念，三心定理，瞬心的求法；用速度瞬心法作机构的速度分析。 3、平面机构的力分析和机械的效率及自锁 运动副中摩擦力的确定，考虑摩擦时简单机构的受力分析。机械效率的概念、表达式及求法；机械自锁的概念及机械自锁的条件判断。 4、平面连杆机构及其设计 连杆机构及其传动特点；平面四杆机构的类型和应用；平面四杆机构的基本知识；平面四杆机构的设计。 5、齿轮机构及其设计 齿轮机构的应用及分类；齿轮的齿廓曲线；渐开线齿廓的啮合特点；渐开线
控制基础 填空题(每空1分，共20分) 1. 线性控制系统最重要的特性是可以应用___叠加__原理，而非线性控制系统则不能。 2．反馈控制系统是根据输入量和__反馈量__的偏差进行调节的控制系统。 3．在单位斜坡输入信号作用下，0型系统的稳态误差e ss =__∞___。 4．当且仅当闭环控制系统特征方程的所有根的实部都是__负数__时，系统是稳定的。 5.方框图中环节的基本连接方式有串联连接、并联连接和__反馈 _连接。 6．线性定常系统的传递函数，是在_ 初始条件为零___时，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。 7．函数te -at 的拉氏变换为2)(1 a s +。 8．线性定常系统在正弦信号输入时，稳态输出与输入的相位移随频率而变化的函数关系称为__相频特性__。 9．积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线，直线的斜率为__－20__dB ／dec 。 10．二阶系统的阻尼比ξ为 _ 0_ 时，响应曲线为等幅振荡。 11．在单位斜坡输入信号作用下，Ⅱ型系统的稳态误差e ss =__0__。 12．0型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为___0___dB/dec ，高度为20lgKp 。
13．单位斜坡函数t 的拉氏变换为 21 s 。 14. 根据系统输入量变化的规律，控制系统可分为__恒值__控制系统、 ___随动___ 控制系统和程序控制系统。 15. 对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、 __快速性__和准确性。 16. 系统的传递函数完全由系统的结构和参数决定，与__输入量、扰 动量__的形式无关。 17. 决定二阶系统动态性能的两个重要参数是阻尼系数ξ和_无阻尼 自然振荡频率w n 。 18. 设系统的频率特性Ｇ(j ω)=R(ω)+jI(ω),则幅频特性|G(j ω)|=)()(22w I w R +。 19. 分析稳态误差时，将系统分为0型系统、I 型系统、II 型系统…， 这是按开环传递函数的__积分__环节数来分类的。 20. 线性系统稳定的充分必要条件是它的特征方程式的所有根均在复平面的___左___部分。 21．ω从0变化到+∞时，惯性环节的频率特性极坐标图在____第四 ____象限，形状为___半___圆。 22. 用频域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是_正弦函数_。 23．二阶衰减振荡系统的阻尼比ξ的范围为10<<ξ。 24．G(s)=1 +Ts K 的环节称为___惯性__环节。 25．系统输出量的实际值与_输出量的希望值__之间的偏差称为误差。 26．线性控制系统其输出量与输入量间的关系可以用___线性微分__
土木工程材料课程复习提纲 绪论 土木工程材料的种类与发展历史；土木工程材料与土木工程间的关系 第1章土木工程材料导论（10%） 基本概念： （1）材料的组成：化学组成、物相组成 （2）材料的结构：微观、细观、宏观；晶体、无定形和胶体材料的特征 （3）流体的流变行为：粘度与屈服应力 （4）物理性能：特征温度、质量、密度；孔隙与空隙；亲水与憎水；毛细现象与吸附；含水率与吸水率；平衡含水率；导热系数；线膨胀系数；电阻与电导。 （5）力学性能：作用力形式（拉、压、弯、剪、冲、疲劳）；塑性与弹性；脆性与韧性；强度与弹性模量；硬度、抗疲劳、徐变； （6）耐久性能：无机多孔材料的水侵蚀、冻融破坏、化学侵蚀；金属材料的腐蚀与电化学腐蚀；有机材料的老化；工程材料的放射性和挥发性物质 重要概念： 工程材料的性能包括施工性能，物理性能、力学性能和耐久性能，这些性能均取决其组成与结构！ 重要规律： （1）多孔材料的物理、力学和耐久性能及其与孔隙率、孔结构间的关系 （2）工程材料的弹性、塑性、韧性、脆性与组成、结构的关系 第2章无机胶凝材料（15%） 基本概念： （1）气硬性与水硬性胶凝材料的定义与特性 （2）石膏：二水石膏、半水石膏、硬石膏、建筑石膏的定义与组成；建筑石膏浆体的凝结硬化机理；建筑石膏的主要特性与工程应用 （3）石灰：生石灰、熟石灰、石灰粉、石灰膏的定义与组成；石灰浆体的凝结硬化机理；各种石灰的特性与应用 （4）水玻璃：定义与组成；水玻璃硬化；水玻璃模数；性能与应用 （5）特性硅酸盐水泥：组成与性能特点；应用领域 （6）硫铝酸盐水泥：组成与特点；技术性能特点与应用 （7）铝酸盐水泥：组成与特点；技术性能特点与应用 重要概念： （1）胶凝材料的定义与特性；
机械设计 课程设计说明书（机械设计基础） 设计题目电动绞车传动装置的设计 学院专业班级：学号： 设计人： 指导老师： 完成日期： 中南大学
目录 一、设计任务书 (1) 二、机械传动装置的总体设计 (4) 1电机的选择 (4) 2传动装置的总传动比和分配各级传动比 (5) 3传动装置的运动学和动力学计算 (6) 三、传动装置主要零件的设计、润滑选择 (7) 1闭式齿轮传动 (7) 2开式齿轮传动 (9) 3开式齿轮传动 (11) 4轴的设计 (12) 5轴承的选择 (16) 6键的选择 (18) 7联轴器的选择 (19) 8附件选择 (19) 9润滑与密封 (21) 10箱体各部分的尺寸 (21) 四、设计总结 (23) 五、参考文献 (24)
设计计算及说明结果及依据 一、设计任务书 1 题目 电动绞车传动装置的设计 2 传动简图 3 原始数据： 表一原始数据 项目数据 运输带曳引力 F（KN）30 运输带速度 v(m/s) 0.25 滚筒直径 D（mm）350 4设计目的 （1）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机 械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进 行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了 相关机械设计方面的知识； （2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计， 使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工 程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创 新能力； （3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相 关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助
设计方面的能力。 5设计内容 （1） 传动装置的总体设计； （2） 传动装置主要零件的设计、润滑选择； （3） 减速器装配图的设计； （4） 零件工作图的设计； （5）设计计算说明书的编写。 二 机械传动装置的总体设计 1 电机的选择 1.1 电机类型的选择 选择Y 系列三相异步电动机。 1.2 额定功率的确定 电动机所需功率为 η w d P P = KW P w ：工作机构所需功率； η：从电动机到工作机的传动总效率； KW 5.71000 Fv P w == F ：工作机牵引力，30kN ； V ：工作机的线速度，0.25m/s ； η=η联×η3轴承×η闭式齿轮×η2开式齿轮 ×η滚筒 =0.992×0.993×0.97×0.952×0.98 =0.826 从课程设计书p7表2-4查得联轴器、轴承、齿轮、链和滚筒的效率值。则 KW 082.9826 .05 .7P d == 额定功率值d ed P P ≥。 w P =KW 5.7 课程设计 表2-4 KW 082.9P d =
一、 填空题(每空1分，共20分) 1. 传递函数的定义是对于线性定常系统,在初始条件为零的条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。 2. 瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终或稳定状态的响应过程。 3. 判别系统稳定性的出发点是系统特征程的根必须为负实根或负实部的复数根，即系统的特征根必须全部在复平面的左半平面是系统稳定的充要条件。 4. I 型系统G s K s s ()() = +2在单位阶跃输入下，稳态误差为 0 ，在单位加速度 输入下，稳态误差为 ∞ 。 5. 频率响应是系统对正弦输入稳态响应，频率特性包括幅频和相频两种特性。 6. 如果系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动恢复到原来的工作状态，这样的系统是(渐进)稳定的系统。 7. 传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于系统本身的结构和参数，并且只适于零初始条件下的线性定常系统。 8. 系统的稳态误差与输入信号的形式及系统的结构和参数或系统的开环传递函数有关。 9. 如果在系统中只有离散信号而没有连续信号，则称此系统为离散(数字)控制系统，其输入、输出关系常用差分程来描述。 10. 反馈控制系统开环对数幅频特性三频段的划分是以ωc （截止频率）附近的区段为中频段，该段着重反映系统阶跃响应的稳定性和快速性；而低频段主要表明系统的稳 1． 对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、快速性 和准确性。
2． 按系统有无反馈，通常可将控制系统分为 开环控制系统 和 闭环控制系统 。 3． 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微分程 、传递函数等。 4． 稳态误差反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统控制精度的程度。 5． 一阶系统 1 1 Ts +的单位阶跃响应的表达是/1t T e --。 6． 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和频域性能指标。 7． 频率响应是线性定常系统对正弦输入的稳态响应。 8． 稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与输入信号的类型有关。 9． 脉冲信号可以用来反映系统的抗冲击能力。 10. 阶跃信号的拉氏变换是 1/s 。 二．如图2为电路。求输入电压i u 与输出电压0u 之间的微分程，并求出该电路的传递函数。（10分） 图2 解答：跟据电压定律得 R u 0 u i L C u 0 u i (a) (b) (c) 00220022 1 1()i i u dt u u RC d u du d u dt RC dt dt RCs G s +=+== ?
土木工程材料试题及答案 一、填空题（每空1分，共20分） 1、材料的吸湿性是指材料在空气中吸收＿＿＿＿＿的性质。 1.水分 2.水可以在材料表面展开，即材料表面可以被水浸润，这种性质称为 ＿＿＿＿＿。 2.亲水性 3.按冶炼时脱氧程度分类钢可以分成：＿＿＿＿＿，＿＿＿＿＿，＿＿＿＿＿和特殊镇静钢。 3.镇静钢沸腾钢半镇静钢 4.混凝土的三大技术性质指＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿。 4.工作性力学性质耐久性 5.根据粒径的大小可将水泥混凝土用集料分为两种:凡粒径小于＿＿＿＿＿者称为细集料，大于＿＿＿＿＿者称为粗集料。 5.5mm 5mm 6.石灰的主要化学成分是＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿。 6.氧化钙氧化镁 7.土木工程中通常使用的五大品种硅酸盐水泥是 ＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿。 7.硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐泥粉煤灰硅酸盐水泥 8.目前所用的墙体材料有＿＿＿＿＿，＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿三大类。 8.砖砌块板材 二.判断题（每小题1分，共10分） 1.砂浆的流动性是用分层度表示的。 1.对
2.白色大理石由多种造岩矿物组成。 2.错 3.粘土质砂岩可用于水下建筑物。 3.错 4.在空气中贮存过久的生石灰，不应照常使用。 4.对 5.针叶树材强度较高，表观密度和胀缩变形较小。 5.对 6.普通混凝土的强度与其水灰比成线性关系。 6.错 7.普通水泥混凝土配合比设计计算中，可以不考虑耐久性的要求。 7.错 8.石膏浆体的凝结硬化实际上是碳化作用。 8.错 9.木材的持久强度等于其极限强度。 9.错 10.沥青混合料是一种复合材料，由沥青、粗集料、细集料和矿粉以及外加剂所组成。 10.对 三.选择题（每小题2分，共10分） 1.在混凝土拌合物中，如果水灰比过大，会造成＿＿。 A 拌合物的粘聚性和保水性不良 B 产生流浆 C 有离析现象 D 严重影响混凝土的强度 1.ABCD 2 为工程使用方便，通常采用（）确定沥青胶体结构的类型。
机械设计学复习题 第一章绪论1-1“设计学”从古代到现代的三个发展阶段阶段1 直觉设计阶段阶段2：半经验半理论设计阶段阶段3：半理论半经验设计阶段1-2 机械是机器和机构的统称。1-3 “设计”是把各种先进技术成果转化为生产力的一种手段和方法。它是从合理的目标参数出发，通过各种方法和手段创造出一个所需的优化系统或结构的过程。1-4由想法到产品的过程机械产品设计的一般过程：认识需求→目标界定→问题求解→分析选优→评价决策→表达→实现。设计的第一步是认识需求，由此决定要设计一种装置满足它。认识需求有时是一种很高创造性的活动。第二部是目标界定。基本目的是把需求限定在某种确定方面，并限定满足需求的一些特殊的技术和特性，以便在下一步寻求解决这一问题的解法。第三步是问题解决。就是我们所说的功能原理设计，应该把各种可能的解法尽可能多地收集起来，供下一步分析比较，这是至关重要的一步。第四部是分析和优选。第五步是评价决策，这是最困难的一步。第六步是表达，设计的表达有写说画。其中画是最重要的表达方式。第七部是实现，实现的手段是实用样机，实现的最后标准是市场，市场是检验设计成功与否的惟一标准。第一章 1.机械的概念 机械是机器和机构的统称：完成做功的各种具体机器和以传递力与运动的各类机构总称为机械。 2.机械设计主要特点 1)多解性2)系统性3)创新性4)设计与科学研究 3.“机械设计学”的学科组成 1)功能原理设计2)实用化设计3)商品化设计 4.现代设计,以功能为核心，构思实现该功能所需的方法和手段,具体方法和手段有： CAD/CAM/CAE技术，CIMS工程、并行工程、优化设计、有限元方法、可靠性设计、创新设计、快速响应设计、反求工程、逆向工程、虚拟设计方法等。 5. 近代“机械设计学”的核心内容 1）功能思想的提出2）人机工程学科的兴起3）工业设计学科的成熟 6.机械设计按其创新程度可分为以下三种类型： 1)适应性设计2）变型设计3)创新设计 第三章 1. 任何一种机器的更新换代都存在三个途径: 1）改革工作原理；2）通过改进工艺、结构和材料提高技术性能；3）加强辅助功能使其更适应使用者的心理。 2. 功能原理设计的工作特点 1).用一种新的物理效应来代替旧的物理效应，使机器的工作原理发生根本的变化的设计。 2).引入某种新技术(新材料、新工艺、……)，但首先要求设计人员有一种新想法(New Idea)、新构思。 3).使机器品质发生质的变化。 3. 功能原理设计的任务和主要工作内容 1).功能原理设计的任务：针对某一确定的“功能目标”．寻求一些（一种）“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”。 例如：为实现直线移动的功能要求，可寻求液压、电磁或机构等物理效应，通过油缸、直线电机或刚体传动等作用原理，求得最终实现机械直线移动这个功能目标的解法原理。 2).功能原理设计的主要工作内容： (1)明确功能目标；(2)构思能实现功能目标的新的解法原理；(3)改进、完善解法。 4.根据系统工程学用黑箱来描述功能，请描述采用的哪三种流的转换。 任何技术系统都可以视为3种流的处理系统： 能量流:机械能、热能、电能、化学能、光能、核能。 物料流：气体、液体或各种形式的固体。信息流：各种测量值、输入指令、数 5.功能的分解。
位错 一、解释以下基本概念 肖脱基空位：晶体中某结点上的原子空缺了，则称为空位。脱位原子进入其他空位或者迁移至晶界或表面而形成的空位称为肖脱基空位 弗兰克耳空位：晶体中的原子挤入结点的空隙形成间隙原子，原来的结点位置空缺产生一个空位，一对点缺陷（空位和间隙原子）称为弗兰克耳（Frenkel ）缺陷。 刃型位错：晶体内有一原子平面中断于晶体内部，这个原子平面中断处的边沿及其周围区域是一个刃型位错。 螺型位错：沿某一晶面切一刀缝，贯穿于晶体右侧至BC 处，在晶体的右侧上部施加一切应力τ，使右端上下两部分晶体相对滑移一个原子间距，BC 线左边晶体未发生滑移，出现已滑移区与未滑移区的边界BC 。从俯视角度看，在滑移区上下两层原子发生了错动，晶体点阵畸变最严重的区域内的两层原子平面变成螺旋面，畸变区的尺寸与长度相比小得多，在畸变区范围内称为螺型位错 混合位错：位错线与滑移矢量两者方向夹角呈任意角度，位错线上任一点的滑移矢量相同。 柏氏矢量：位错是线性的点阵畸变，表征位错线的性质、位错强度、滑移矢量、表示位错区院子的畸变特征，包括畸变位置和畸变程度的矢量就称为柏氏矢量。 位错密度：单位体积内位错线的总长度ρυ=L/υ；单位面积位错露头数ρs =N/s 位错的滑移：切应力作用下，位错线沿着位错线与柏氏矢量确定的唯一平面滑移,位错线移动至晶体表面时位错消失，形成一个原子间距的滑移台阶，大小相当于一个柏氏矢量的值. 位错的攀移:刃型位错垂直于滑移面方向的运动,攀移的本质是刃型位错的半原子面向上或向下运动，于是位错线亦向上或向下运动。 弗兰克—瑞德源：两个结点被钉扎的位错线段在外力的作用下不断弯曲弓出后，互相邻近的位错线抵消后产生新位错，原被钉扎错位线段恢复到原状，不断重复产生新位错的，这个不断产生新位错、被钉扎的位错线即为弗兰克-瑞德位错源。 派—纳力：周期点阵中移动单个位错时，克服位错移动阻力所需的临界切应力 单位位错：b 等于单位点阵矢量的称为“单位位错”。 不全位错：柏氏矢量不是从一个原子到另一个原子位置，而是从原子位置到结点之间的某一位置，这类位错称为不全位错。 堆垛层错:密排晶体结构中整层密排面上原子发生滑移错排而形成的一种晶体缺陷。 位错反应：位错具有很高的能量，因此它是不稳定的，在实际晶体中，组态不稳定的位错可以转化成为组态稳定的位错，这种位错之间的相互转化称为位错反应。 扩展位错:如果层错两端都终止在晶体内部，即一个层错的两端与两个不全位错相连接。像这样两个不全位错之间夹有一个层错的位错组态称为“扩展位错” 二、纯铁的空位形成能为105kJ/mol. 将纯铁加热到850℃后激冷至室温(20℃)，假设高温下的空位能全部保留，试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。 解答 利用空位浓度公式计算 850 ℃ (1123K) ：C v1＝？？，后激冷至室温可以认为全部空位保留下来 20℃(293K) ：C v2＝？？， C v1 /C v2=??? 三、计算银晶体接近熔点时多少个结点上会出现一个空位（已知：银的熔点为960℃，银的空位形成能为1.10eV ，1ev ＝）?若已知Ag 的原子直径为0.289nm ，问空位在晶体中的平均间距。1eV ＝1.602*10-19J )exp(RT Q A C v ?=