微型计算机原理与接口技术简答题

1.与传统的设计方法相比较，CAD技术的主要特点有哪些？（1）制图速度快（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）设计时可预估产品性能2.CAD系统的软件可分为那三类？其作用各是什么？（1）系统软件;系统软件是直接配合硬件工作，并对其它软件起支撑作用的软件，主要是指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3.CAD系统分类中的集中式主机系统有什么优缺点？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，系统响应变慢，甚至于会出现个别终端等待现象【4.】什么是规格化设备坐标系？在图形程序设计中，采用规格化设备坐标系有什么好处？（1）为了便于图形处理，引入一个设备无关的坐标系，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（2）采用规格化设备坐标系的好处是：用户的图形数据经转换成规格化设备坐标系中的值，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，【5.】参数化绘图有何优点？常用的实现方法有那几种？参数化绘图的优点是使得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，常用的方法有：作图规则匹配法，几何作图局部求解法和辅助线作图法等【6】.三维实体模型的实现方法中，边界表面表示法（B-rep）的基本思想是什么？需要存储的几何模型信息有哪些？边界表面表示法的基本思想是：几何实体都是由若干边界外表面包容而成的，可以通过定义和全面储存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。

【7】.与文件系统相比，数据库系统的主要特征有哪些？（1）实现了数据共享，减少了数据冗余；（2）数据存储的结构化；（3）增强了数据的独立性；（4）加强了对数据的保护；【8】.建立数学模型有哪三个步骤？（1）识别要确定的未知变量，并用代数符号表示它们（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，并将它们表示成未知变量的线性或非线性的等式或不等式组。

【9】线性规划与非线性规划有何区别？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，只有一个公用算法，称为“单纯形法”，在所有的优化模型中，线性规划应用最广。

如果目标函数F（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，解非线性规划为题有许多算法。

【10】什么是库恩-塔克条件？其几何意义是什么？库恩-塔克条件是，一个约束极值点存在的条件是：目标函数梯度F(x)可表示为诸约束面梯度gi(x)线性组合的负值式中，q为在该设计点Xk处得起作用约束面数；入为非负值的乘子，也叫拉格朗日乘子，这个判别准则的几何意义是：起作用约束的梯度矢量，在设计空间构成一个锥体，目标函数的负梯度应包含在此锥体内，【11】一维搜索方法中0.618法的基本思想是什么？0.618法又称黄金分割法，要求定义在区间{a，b}上的函数为单峰值函数通过不断割舍左端或右端的一部分，逐步把区间缩小直至极小点所在区间缩小到给定误差范围内，从而得到近似的最优解，并且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数。

【12】一维搜索最优化方法中的二次插值法的基本思想是什么？二次插值法的基本思想是：在选定的单峰值区间内选一点，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。

【13】常用的迭代终止法则有哪三种？(1)当设计变量在相邻两点之间的移动距离已充分小时，可用相邻两点的矢量差的摸作为终止迭代的判据。

(2)当相邻两点目标函数值只差已达到充分小时，可用两次迭代的目标函数之差作为终止判据。

(3)当迭代点逼近极值点时，目标函数在该点的梯度已达到充分小时，可用梯度的摸作为终止判据【14】为什么选用共轭方向作为搜索方向可以取得良好的效果?选用共轭方向作为搜索方向可以取得良好的效果，主要时由共轭方向的性质所决定，共轭方向的性质为：对于n维正定二次型函数，从任意点出发，依次沿着与矩阵A为共轭的n个线性无关的方向进行一维搜索，则能在第n步或n不以前到达极小点【15】简述梯度法的基本原理和特点？梯度法又称最速下降法，基本原理是在迭代点附近采用使目标函数值下降最快的负梯度方向作为搜索方向，求目标函数的极小值特点：迭代计算简单，只需求一界偏导数，所占的存储单元少，对初始点的要求不高，在接近极小点位置时收敛速度很慢【16】共轭梯度法的特点是什么？在梯度法靠近极值点收敛熟读减慢的情况下，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，使得计算过程简便，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。

【17】简述罚函数法的基本原理，罚函数法分为哪几种？发函数法的基本原理：在原目标函数中添加一些与约束函数有关的项，形成一个新的目标函数（既罚函数）以取代原目标函数，然后用无约束优化方法求新目标函数的最优解，罚函数可分为：外点发函数法，内点罚函数法和混合型发函数法。

【18】简述有限元分析过程中，求总体刚度矩阵的两种主要方法和特点，（1）直接根据总体刚度系数的定以分别求出它们，从而写出总体刚度矩阵，概念清晰，但是在分析复杂结构时运算极其复杂，（2）分别先求出各单元的刚度矩阵，然后根据叠加原理，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，但总体刚度需要集成。

【19】有限元分析中，为什么要引入支撑条件？总体刚度矩阵{k}，它是节点位移矢量{Q}之间的转矩矩阵[k]{Q}={F}结构的总体刚度矩阵是一个奇异矩阵，它的逆矩阵不存在，因而从式中无法求出各节点的位移矢量，因为没有任何约束的结构是一个悬空结构，可以在空间做刚度运动，这是，即使各节点力是已知的，各节点的位移矢量也不存在唯一确定的解，所以，还必须引入支撑条件。

【20】简述平面应力和平面应变问题的区别？（1）应力状态不同：平面应力问题中平板的厚度与长度，高度相比尺寸小很多，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。

平面应变问题中由于Z项尺寸大，该方向上的变形是被约束住的，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-u2)，把u换成u/（1-u）就成为平面应变问题的弹性矩阵。

【21】在有限元分析中，为什么要采用半带存储？（1）单元尺寸越小，单元数越多，分析计算精度越高单元数越多，总刚矩阵的阶数越高，所需计算机的内存量和计算量越大。

（2）总刚矩阵具有对称性，稀疏性以及非零元素带形分布规律。

（3）只存储主对角元素以及上（或下）三角矩阵中宽为Nb的斜带形区内的元素，可以大大减小所需内存量【22】有限元分析过程中如何决定单元数量？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，单元数量大，自由度数也越大，计算机内存量有时会不够【23】在有限元分析时，何谓对称结构？一般如何处理？当结构的几何形状，尺寸，载荷和约束条件对称于某一平面（对平面问题对称于某一直线）其机构内部的应力及位移必定也对于该平面（线），则称之为对称结构，研究对称结构时，可沿对称面（线）将其切开，只研究它的一半，若结构有两个相互垂直的对称面（线）时，可只研究其四分之一。

【24】在现有的有限元分析程序中，其前处理程序一般应包含哪些主要功能？（1）单元的自动分割生成网格（2）单元和节点的自动优化编码实现带宽最小（3）各节点坐标值的确定（4）可以使用图形系统显示单元分割情况（5）检查单元分割的合理性【25】简述有限元分析结果的后处理？后处理所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，结构中应力，应变或位移的分布用云图或等值线图来显示【26】说明常规设计方法中采用平均安全系数的局限性？平均安全系数未同零件的失效概率相联系起来，有很大的盲目性。

从强度-应力干涉图可知：（1）即使安全系数大于1，仍然会有一定的失效概率；（3）强度和工作应力的均值不变(既对应传统设计的安全系数不变)，但零件强度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或变小，失效概率亦会增大或变小【27】什么是可靠性，可靠度？二者有何关系？可靠性：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。

可靠度：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。

可靠度是对产品可靠性的概率变量。

【28】什么是平均寿命和可靠寿命：平均寿命与可靠寿命之间有何关系？平均寿命是指一批产品从投入运行到发生失效（或故障）的平均工作时间。

可靠寿命：是指可靠度为R(t)=r时产品的寿命。

平均寿命T与可靠度R(t)之间的关系为：T=∫∞0R(t)dt【29】正态分布曲线的特点是什么？什么是标准正态分布？正态分布曲线f(x)具有连续性，对称性，其曲线与横坐标轴间围城的总面积恒等于1，在均值u和离均值的距离为标准差的某一指定倍数Z6之间，分布有确定的百分数，均值或数学期望u表征随机变量分布的集中趋势，决定正态分布曲线的位置；标准差6，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u=0,6=1的正太分布，既N(0,1)为标准正态分布【30】简述强度-应力干涉理论中“强度”和“应力”的含义，试举例说明之。

强度—应力干涉理论中“强度”和“应力”具有广义的含义：“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，它们具有相同的量纲；例如，在解决杆，梁或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，但在解决压杆稳定性的可靠性设计中“强度”则指判断压杆是否失稳的“临界压力”，而“应力”则指压杆所受的工作压力。