機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例-文庫(kù)吧
2024-10-28 14:27 本頁(yè)面
【正文】 設(shè)計(jì)對(duì)象的尺寸、載荷以及各構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系等計(jì)算得出，多數(shù)情況下也沒(méi)有必要作為設(shè)計(jì)變量。因此，在充分了解設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)各設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響程度認(rèn)真分析其主次，盡量減少設(shè)計(jì)變量的數(shù)目，以簡(jiǎn)化優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。另外還應(yīng)注意設(shè)計(jì)變量應(yīng)當(dāng)相互獨(dú)立，否則會(huì)使目標(biāo)函數(shù)出現(xiàn)“山脊”或“溝谷”，給優(yōu)化帶來(lái)困難。,2.目標(biāo)函數(shù)的確定,目標(biāo)函數(shù)是一項(xiàng)設(shè)計(jì)所追求的指標(biāo)的數(shù)學(xué)反映，因此對(duì)它最基本的要求是能夠用來(lái)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，同時(shí)必須是設(shè)計(jì)變量的可計(jì)算函數(shù)。選擇目標(biāo)函數(shù)是整個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的決策之一。,有些問(wèn)題存在著明顯的目標(biāo)函數(shù)，例如一個(gè)沒(méi)有特殊要求的承受靜載的梁，自然希望它越輕越好，因此選擇其自重作為目標(biāo)函數(shù)是沒(méi)有異議的。但設(shè)計(jì)一臺(tái)復(fù)雜的機(jī)器，追求的目標(biāo)往往較多，就目前使用較成熟的優(yōu)化方法來(lái)說(shuō)，還不能把所有要追求的指標(biāo)都列為目標(biāo)函數(shù)，因?yàn)檫@樣做并不一定能有效地求解。因此應(yīng)當(dāng)對(duì)所追求的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行細(xì)致的分析，從中選擇最重要最具有代表性的指標(biāo)作為設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)。,例如一架好的飛機(jī)，應(yīng)該具有自重輕、凈載重量大，航程長(zhǎng)，使用經(jīng)濟(jì)，價(jià)格便宜，跑道長(zhǎng)度合理等性能，顯然這些都是設(shè)計(jì)時(shí)追求的指標(biāo)。但并不需要把它們都列為目標(biāo)函數(shù)，在這些指標(biāo)中最重要的指標(biāo)是飛機(jī)的自重。因?yàn)椴捎幂p的零部件建造的自身重量最輕的飛機(jī)只會(huì)促進(jìn)其它幾項(xiàng)指標(biāo)，而不會(huì)損害其中任何一項(xiàng)。因此選擇飛機(jī)自重作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)應(yīng)該是最合適的了。,若一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)中追求的目標(biāo)是相互矛盾的，這時(shí)常常取其中最主要的指標(biāo)作為目標(biāo)函數(shù)，而其余的指標(biāo)列為約束條件。也就是說(shuō)，不指望這些次要的指標(biāo)都達(dá)到最優(yōu)，只要它們不致于過(guò)劣就可以了。 在工程實(shí)際中，應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)對(duì)象，不同的設(shè)計(jì)要求靈活地選擇某項(xiàng)指標(biāo)作為目標(biāo)函數(shù)。以下的意見(jiàn)可作為選擇時(shí)的參考。,對(duì)于一般的機(jī)械，可按重量最輕或體積最小的要求建立目標(biāo)函數(shù)。對(duì)應(yīng)力集中現(xiàn)象尤其突出的構(gòu)件，則以應(yīng)力集中系數(shù)最小作為追求的目標(biāo)，對(duì)于精密儀器，應(yīng)按其精度最高或誤差最小的要求建立目標(biāo)函數(shù)。在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，當(dāng)對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有明確的要求時(shí)，可針對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)建立目標(biāo)函數(shù)。若對(duì)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性有專門要求，則應(yīng)針對(duì)其動(dòng)力學(xué)參數(shù)建立目標(biāo)函數(shù)。而對(duì)于要求再現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，則應(yīng)根據(jù)機(jī)構(gòu)的軌跡誤差最小的要求建立目標(biāo)函數(shù)。,3.約束條件的確定,約束條件是就工程設(shè)計(jì)本身而提出的對(duì)設(shè)計(jì)變量取值范圍的限制條件。和目標(biāo)函數(shù)一樣，它們也是設(shè)計(jì)變量的可計(jì)算函數(shù)。 如前所述，約束條件可分為性能約束和邊界約束兩大類。性能約束通常與設(shè)計(jì)原理有關(guān)，有時(shí)非常簡(jiǎn)單，如設(shè)計(jì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，按曲柄存在條件而寫出的約束函數(shù)均為設(shè)計(jì)變量的線性顯函數(shù)。有時(shí)卻相當(dāng)復(fù)雜，如對(duì)一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，要計(jì)算其中各構(gòu)件的應(yīng)力和位移，常采用有限元法，這時(shí)相應(yīng)的約束函數(shù)為設(shè)計(jì)變量的隱函數(shù)，計(jì)算這樣的約束函
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