2025年機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽試卷及答案考試時(shí)長(zhǎng)：120分鐘滿(mǎn)分：100分考核對(duì)象：機(jī)械工程及相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生、行業(yè)從業(yè)者題型分值分布：-判斷題（總共10題，每題2分）總分20分-單選題（總共10題，每題2分）總分20分-多選題（總共10題，每題2分）總分20分-案例分析（總共3題，每題6分）總分18分-論述題（總共2題，每題11分）總分22分總分：100分---一、判斷題（每題2分，共20分）1.模態(tài)分析主要用于確定機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型。2.斷裂力學(xué)中的應(yīng)力強(qiáng)度因子K是描述裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的唯一參數(shù)。3.阻尼比越大，機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)衰減速度越快。4.齒輪傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度主要取決于齒面硬度。5.薄壁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算中，可以忽略剪切變形的影響。6.有限元分析中，單元類(lèi)型的選擇對(duì)計(jì)算精度有顯著影響。7.機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)成正比。8.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的節(jié)流閥主要控制流量。9.斜齒輪的傳動(dòng)效率高于直齒輪。10.剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的條件是所有質(zhì)徑積的矢量和為零。二、單選題（每題2分，共20分）1.下列哪種方法不屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)靜力分析的常用方法？A.有限元法B.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析C.光彈性法D.能量法2.在機(jī)械設(shè)計(jì)中，提高結(jié)構(gòu)剛度的主要途徑是？A.增大截面尺寸B.減少連接件數(shù)量C.使用高強(qiáng)度材料D.增加結(jié)構(gòu)自由度3.斷裂力學(xué)中，KIIC表示？A.應(yīng)力強(qiáng)度因子臨界值B.裂紋擴(kuò)展速率C.斷裂韌性D.裂紋長(zhǎng)度4.齒輪傳動(dòng)中，齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算的關(guān)鍵參數(shù)是？A.齒輪模數(shù)B.齒輪壓力角C.齒面接觸應(yīng)力D.齒輪轉(zhuǎn)速5.薄壁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算中，下列哪種效應(yīng)不可忽略？A.彎曲效應(yīng)B.剪切效應(yīng)C.扭轉(zhuǎn)效應(yīng)D.擴(kuò)展效應(yīng)6.有限元分析中，二維問(wèn)題通常采用哪種單元類(lèi)型？A.梁?jiǎn)卧狟.板單元C.體單元D.節(jié)點(diǎn)單元7.機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞破壞的主要形式是？A.靜態(tài)斷裂B.蠕變C.疲勞裂紋擴(kuò)展D.局部屈服8.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，液壓泵的主要功能是？A.控制流量B.提供壓力C.調(diào)節(jié)速度D.過(guò)濾油液9.斜齒輪傳動(dòng)中，螺旋角β對(duì)傳動(dòng)效率的影響是？A.螺旋角越大，效率越高B.螺旋角越小，效率越高C.螺旋角對(duì)效率無(wú)影響D.螺旋角影響與材料有關(guān)10.剛性轉(zhuǎn)子靜平衡的條件是？A.質(zhì)徑積的矢量和為零B.轉(zhuǎn)子質(zhì)心在軸線(xiàn)上C.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)無(wú)振動(dòng)D.轉(zhuǎn)子重量均勻分布三、多選題（每題2分，共20分）1.機(jī)械結(jié)構(gòu)模態(tài)分析的主要目的是？A.確定固有頻率B.分析振型C.消除振動(dòng)D.計(jì)算阻尼比2.斷裂力學(xué)中，影響應(yīng)力強(qiáng)度因子的因素包括？A.裂紋長(zhǎng)度B.應(yīng)力幅值C.材料韌性D.裂紋深度3.提高機(jī)械結(jié)構(gòu)剛度的方法包括？A.增大截面慣性矩B.使用高彈性模量材料C.減少結(jié)構(gòu)自由度D.增加支撐點(diǎn)4.齒輪傳動(dòng)中，影響齒面接觸強(qiáng)度的因素包括？A.齒輪模數(shù)B.齒面硬度C.齒輪材料D.載荷分布5.薄壁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算中，需要考慮的效應(yīng)包括？A.彎曲效應(yīng)B.剪切效應(yīng)C.扭轉(zhuǎn)效應(yīng)D.擴(kuò)展效應(yīng)6.有限元分析中，單元類(lèi)型的選擇需要考慮？A.問(wèn)題維度B.材料特性C.邊界條件D.計(jì)算精度7.機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞破壞的預(yù)防措施包括？A.提高材料強(qiáng)度B.減小應(yīng)力集中C.控制應(yīng)力循環(huán)次數(shù)D.定期檢測(cè)裂紋8.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，液壓控制閥的功能包括？A.控制流量B.控制壓力C.控制方向D.過(guò)濾油液9.斜齒輪傳動(dòng)中，螺旋角β的影響包括？A.提高傳動(dòng)平穩(wěn)性B.增加軸向力C.提高傳動(dòng)效率D.改善接觸條件10.剛性轉(zhuǎn)子平衡的方法包括？A.靜平衡B.動(dòng)平衡C.轉(zhuǎn)子修形D.質(zhì)量重新分布四、案例分析（每題6分，共18分）1.案例背景：某機(jī)械臂設(shè)計(jì)用于搬運(yùn)重物，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下（假設(shè)為簡(jiǎn)支梁，長(zhǎng)度L=2m，載荷F=10kN，材料彈性模量E=200GPa，許用應(yīng)力σ=150MPa）。要求：（1）計(jì)算梁的最大彎矩和最大正應(yīng)力；（2）若梁的截面為矩形，寬度b=50mm，高度h=100mm，校核梁的強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求。2.案例背景：某齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)采用20°壓力角的標(biāo)準(zhǔn)直齒輪，模數(shù)m=3mm，齒數(shù)z1=20，z2=40，材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理（HB=240），載荷平穩(wěn)。要求：（1）計(jì)算齒輪的齒面接觸應(yīng)力；（2）若材料的許用接觸應(yīng)力[σH]=600MPa，校核齒輪的接觸強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求。3.案例背景：某液壓缸缸體材料為45鋼，內(nèi)徑D=100mm，外徑d=120mm，工作壓力p=10MPa，缸體長(zhǎng)度L=1m。要求：（1）計(jì)算缸體的軸向應(yīng)力；（2）若材料的許用應(yīng)力[σ]=120MPa，校核缸體的強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求。五、論述題（每題11分，共22分）1.論述題：試論述機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞破壞的特點(diǎn)及其預(yù)防措施。2.論述題：試論述有限元分析在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)。---標(biāo)準(zhǔn)答案及解析一、判斷題1.√2.×（應(yīng)力強(qiáng)度因子K是描述裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的參數(shù)之一，但不是唯一參數(shù)）3.√4.√5.×（薄壁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算中，剪切變形不可忽略）6.√7.√8.√9.×（斜齒輪傳動(dòng)效率受螺旋角影響，但并非一定高于直齒輪）10.√二、單選題1.B2.A3.A4.C5.B6.B7.C8.B9.A10.B三、多選題1.A,B,C2.A,B,C,D3.A,B,C,D4.A,B,C,D5.A,B,C,D6.A,B,C,D7.A,B,C,D8.A,B,C9.A,B,C,D10.A,B,C,D四、案例分析1.解答：（1）最大彎矩Mmax=FL/4=10kN×2m/4=5kN·m最大正應(yīng)力σmax=Mmax/Wz，Wz=bh2/6=50mm×1002mm2/6=8.33×10?mm3σmax=5kN·m×10?N/m2/8.33×10?mm3≈60MPa（2）校核強(qiáng)度：σmax=60MPa<150MPa，滿(mǎn)足要求。2.解答：（1）齒面接觸應(yīng)力σH=σF·Zε·μm/ZH，其中σF=σH/σHlim，Zε=（σHlim/σFlim）^(1/2)，μm=（m/z1）^(1/2)σH=600MPa×（600/450）^(1/2)×（3/20）^(1/2)≈447MPa（2）校核強(qiáng)度：σH=447MPa<600MPa，滿(mǎn)足要求。3.解答：（1）軸向應(yīng)力σ=p(D-d)/2t，其中t=(d-D)/2σ=10MPa×(120mm-100mm)/(2×10mm)=50MPa（2）校核強(qiáng)度：σ=50MPa<120MPa，滿(mǎn)足要求。五、論述題1.解答：機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞破壞的特點(diǎn)：-破壞應(yīng)力低于材料強(qiáng)度極限；-破壞過(guò)程緩慢，有預(yù)兆；-破壞形式多樣，如疲勞裂紋擴(kuò)展、疲勞斷裂等。