山东大学研究生中期检查试题_流体力学试题山东大学
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先进制造技术
（2013年研究生中期检查试题）
1、简述先进制造技术的内涵及技术构成？（10分）
先进制造技术在不同的发展水平的国家和同一国家的不同发展阶段，有不同的技术内涵和构成，对我国而言，它是一个多层次的技术群。先进制造技术的内涵和层次及其技术构成包括:基础技术；新型单元技术；集成技术。以上三个层次都是先进制造技术的组成部分，但其中每一个层次都不等于先进制造技术的全部。先进制造技术有以下特点：先进性；广泛性；实用性；系统性；动态性；集成性；技术与管理的更紧密结合；先进制造技术强调的是实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产。1-8 简述先进制造技术的技术分类及其具体有哪些先进制造技术。
将目前各国掌握的制造技术系统化，对先进制造技术的研究分为如下4大领域：
⑴现代设计技术。包括计算机辅助设计技术、性能优良设计基础技术、竞争优势创建技术、全寿命周期设计、可持续发展产品设计、设计实验技术。
⑵先进制造工艺。包括精密捷径铸造成型技术、精确高效塑性成形技术、优质高效焊接
2、列举几种先进制造工艺技术，并简要分析其特点及适用的加工材料？（10分）
3、列举几种先进生产模式，并简要分析？（10分）
1．绿色制造
绿色制造（Green Manufacturing，GM）又称面向环境的制造（Manufacturing for Environment，MFE），是一种综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，其目标是使得产品在从设计、制造、包装、运输到报废处理的整个生命周期中对环境的负面影响最小，资源利用率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。绿色制造体现了“大制造、大过程、学科交叉”的特点。
2．大批量定制
大批量定制（Ma Customization，MC）生产一般都认为其核心思想是以客户可以接受的交货时间和价 格，通过为客户提供定制(或个性化)产品来赢得客户，从而增强企业竞争优势。
大批量定制生产可进一步分为如下类型：根据库存生产(Make to Stock，MtS)类型，根据订单装配(Aemble to Order，AtO)类型，根据订单制造(Make to Order，MtO)类型，根据订单立项(Engineer to Order，EtO)类型，根据环境立项(Engineer to Environment，EtE)类型。大批量定制生产模式下的范畴经济循环图依托精心组织和合理管理，以达到TQCFSE(其中T 表示时间，Q表示质量，C 表示成本，F 表示柔性，S 表示服务，E 表示环境)等目标综合的、系统集成的整体优化。最终实现以大批量生产的效率为每个客户提供定制产品的一种生产模式。
4、简述数控技术的发展趋势？（10分）
3.1 数控系统结构类型
从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了五十多年的历程。近10年来，随着计算机技术的飞速发展，各种不同层次的开放式数控系统应运而生，发展很快。目前正朝着标准化开放体系结构的方向前进。就结构形式而言，当今世界上的数控系统大致可分为以下四种类型：① 传统数控系统；
② “PC嵌入NC”结构的开放式数控系统；
③ “NC嵌入PC”结构的开放式数控系统；
④ s0Fr型开放式数控系统。
3.2 目前国外数控系统技术发展的总体趋势
① 新一代数控系统向Pc化和开放式体系结构方向发展。
② 驱动装置向交流、数字化方向发展。
③ 增强通信功能，向网络化发展。
④ 数控系统在控制性能上向智能化发展。进入21世纪，人类社会将逐步进入知识经济时代，知识将成为科技和生产发展的资本与动力，而机床工业，作为机器制造业、工业以至整个国民经济发展的装备部门，其战略l生地位、受重视程度也将更加鲜明突出。
3.3 智能化、开放性、网络化、信息化将成为未来数控系统和数控机床发展的主要趋势① 向高速、高效、高精度、高可靠性方向发展。
② 向模块化、智能化、柔性化、网络化和集成化方向发展。
③ 向PC—based化和开放性方向发展。
④ 出现新一代数控加工工艺与装备，机械加工向虚拟制造的方向发展。
⑤ 信息技术(IT)与机床的结合，机电一体化先进机床将得到发展。
⑥ 纳米技术将形成新发展潮流，并将有新的突破。
⑦ 节能环保机床将加速发展，占领广大市场。
5、简述CIMS的基本概念及其关键技术。（10分）
考试题：
1、请论述有限元求解过程。
1）将结构划分成单元结合体——离散化；2）建立单元上各种量之间的关系——单元特性分析；3）将单元特性进行集成，获得结构的整体特性和关系——整体分析；4）数值求解；5）
计算结果处理
2、结合自己的研究方向，介绍一种有限元软件。SciFEA
SciFEA软件开发的计算功能包括梁、板、壳结构计算；弹性、弹塑性、粘弹性、粘弹塑性、非线性弹性计算；热分析、流体分析、流固耦合、热固耦合、热流固耦合计算等功能。计算的类型包括静力、动力、模态分析等。SciFEA软件已形成了单机版、网络版、集群并行版、GPU并行版，GPU并行版是基于新的GPU/CPU混合架构的并行有限元计算系统。SciFEA可用于机械、土木、电气、电子、热能、航空航天、地质、能源等专业的有限元计算分析。也可用于高校研究所等单位的有限元教学与科研。
结构特点
SciFEA抛弃了传统CAE软件复杂结构体系设计模式，采用直接面向用户需求的独立模块开发方式。SciFEA软件中的功能模块保持了计算的独立性，对CAE软件功能扩展的复杂度降低。同时，进一步和行业需求集成的灵活度增加。
SciFEA软件包括软件操作界面、前后处理和计算功能模块三大部分。前后处理采用欧洲工程数值模拟中心开发的GiD软件包，SciFEA3.0版提供计算功能模块包括：弹性计算、塑性计算、流体计算、粘弹性计算、材料计算、结构计算、损伤破裂计算、水热力耦合计算、传热计算、渗流计算、电磁计算、电热力耦合计算、岩土计算、热固耦合计算、化学反应计算等；计算类型包括稳态、瞬态、动力、非线性等。
SciFEA发布的计算功能模块均提供算例，用户可以结合算例学习SciFEA。SciFEA的用户模块挂载功能实现了计算模块的快速整合以及耦合问题的快速求解。
3、说明一下形函数的意义。
形函数Ni表示，当单元节点i在某坐标方向发生单位位移而其他节点的位移为零时，单元内的位移分布形状。
4、三结点三角形单元的位移函数为ua1a2xa3y，如何理解常数项代表刚体位移、一va4a5xa6y
次项代表常应变。
1）单元内各点的位移一般包括两部分：一部分由单元自身变形引起；另一部分由其他单元变形时通过节点传递过来的，这部分位移与单元本身变形无关，它使单元发生整体移动，各点的移动大小相等，故称刚体位移。由于刚体位移与点的位置无关，因此在位移函数中为常数项；
2）单元内各点的应变也应包括两部分：一部分是与点位置有关的变量应变，一部分是与坐标位置无关的常应变。对于小应变问题，当单元尺寸缩小时，单元各点应变趋于相等，这时常应变为主要部分。为了反映这种应变状态，位移函数中就应该包括一次项，因为一次项求导后为常数。
5、单元刚度矩阵的物理意义是什么？
1）单元刚度矩阵每个分块阵的物理意义：当在一个节点处产生单位位移而其他节点位移为零
时，在该节点上需要的力的大小。
2）单元刚阵中每一个元素的物理意义：当节点在某一方向（x或y）发生单位位移而其他方向位移和节点位移为零时，在一个节点处某一方向上需要施加的节点力。
