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机械设计制造模拟仿真试题及答案

一、单项选择题（每题2分，共20分）

1.在机械系统动力学仿真中，若需要模拟齿轮副的接触行为，应优先选择以下哪种接触类型？

A.绑定接触（Bonded）

B.无摩擦接触（Frictionless）

C.粗糙接触（Rough）

D.有摩擦接触（Frictional）

2.某零件材料为45钢（弹性模量E=200GPa，泊松比μ=0.3），在静力学仿真中测得某节点的等效应力为350MPa，该节点的最大剪应力约为：

A.175MPa

B.245MPa

C.350MPa

D.525MPa

3.切削加工仿真中，若要准确预测切屑形态，通常需要采用以下哪种材料本构模型？

A.线弹性模型（LinearElastic）

B.弹塑性模型（Elastic-Plastic）

C.Johnson-Cook模型

D.各向同性硬化模型（IsotropicHardening）

4.对某轴类零件进行模态分析时，前6阶模态中前3阶为刚体模态，第4阶模态频率为80Hz，第5阶为120Hz，第6阶为150Hz。若该轴工作转速为3000r/min（约50Hz），则需要重点关注的模态是：

A.第4阶

B.第5阶

C.第6阶

D.所有弹性模态

5.在ANSYSWorkbench中进行热-结构耦合分析时，若要将温度场结果映射到结构分析模块，需要确保两个模块的：

A.网格类型一致

B.材料属性一致

C.几何模型拓扑一致

D.求解器类型一致

6.某薄壁圆筒零件（内径100mm，壁厚2mm，长度200mm）承受内压10MPa，采用壳单元（ShellElement）仿真时，单元厚度应设置为：

A.100mm

B.2mm

C.200mm

D.51mm

7.评价有限元网格质量时，以下哪个指标反映单元形状与理想形状的偏离程度？

A.单元尺寸（ElementSize）

B.雅可比行列式（Jacobian）

C.单元数量（ElementCount）

D.节点数量（NodeCount）

8.对齿轮传动系统进行瞬态动力学仿真时，若要观察齿面接触应力的时间历程，应在后处理中提取：

A.等效应力（Von-MisesStress）

B.接触压力（ContactPressure）

C.剪切应力（ShearStress）

D.主应力（PrincipalStress）

9.数控加工仿真中，若发现刀具路径存在过切现象，最可能的原因是：

A.刀具半径补偿设置错误

B.工件材料参数输入错误

C.切削速度设置过高

D.夹具约束不足

10.在多体动力学仿真（MBD）中，若需要模拟液压缸的驱动特性，应添加以下哪种约束？

A.旋转副（RevoluteJoint）

B.移动副（PrismaticJoint）

C.驱动约束（MotionDriver）

D.固定副（FixedJoint）

二、填空题（每空2分，共20分）

1.有限元分析中，将连续体离散为单元的过程称为________，其质量直接影响仿真结果的精度和计算效率。

2.切削力仿真中，常用的经验公式为F=Kc×ap×f，其中Kc表示________，ap表示背吃刀量，f表示进给量。

3.模态分析的核心是求解系统的________方程，得到固有频率和振型。

4.热传导仿真中，第三类边界条件是指已知________与周围流体的对流换热系数和流体温度。

5.在ANSYS中，若需要对局部区域进行网格细化，可使用________功能（MeshControl）。

6.齿轮接触仿真时，通常需要将齿轮副的接触类型设置为________（选择“面-面”或“点-点”）。

7.疲劳仿真中，S-N曲线表示材料在不同________下的疲劳寿命。

8.流体-结构耦合（FSI）分析中，需要在流固交界面上实现________和位移的传递。

9.数控加工仿真的主要内容包括刀具路径验证、________预测和加工误差分析。

10.多体系统动力学方程的两种主要形式是拉格朗日方程和________方程。

三、简答题（每题8分，共32分）

1.简述有限元分析中“网格收敛性验证”的步骤及意义。

2.列举切削加工仿真中需要输入的5类关键参数，并说明其对仿真结果的影响。

3.对比静力学分析与动力学分析的主要区别，说明在机械设计中各自的应用场景。

4.说明在ANSYSWorkbench中进行轴-轴承系统仿真时，轴承的常见建模方法及其适用条件。

四、分析计算题（共18分）

某减速箱输出轴（材料40Cr，σb=785MPa，σs=640MPa，E=210GPa，μ=0.3）结构如图所示（注：假设图示为阶梯轴，主要尺寸：左端直径d1