【文章內(nèi)容簡介】 ；為了便于觀察，圖象應(yīng)能分塊顯示、放大或縮小。對于三維結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格圖象需要具備能使圖象作三維旋轉(zhuǎn)的功能等等。以上內(nèi)容一般稱之為前置處理，為實現(xiàn)這些要求而編制的程序稱為前置處理程序。前置處理功能：①生成節(jié)點坐標 可手工或交互輸入節(jié)點坐標；繞任意軸旋轉(zhuǎn)生成或沿任意矢量方向平移生成一系列節(jié)點坐標；在一系列節(jié)點之間生成有序節(jié)點坐標；生成典型面、體的節(jié)點坐標；合并坐標值相同的節(jié)點，并按順序重新編號。②生成網(wǎng)格單元 可手工輸入單元描述及其特性?？芍貜?fù)進行平移復(fù)制、旋轉(zhuǎn)復(fù)制、對稱平面復(fù)制已有的網(wǎng)格單元體。③修改和控制網(wǎng)格單元 對已剖分的單元體進行局部網(wǎng)格密度調(diào)整，如重心平移、預(yù)置節(jié)點、平移、插入或刪除網(wǎng)格單元；通過定位網(wǎng)格方向及指定節(jié)點編號來優(yōu)化處理時間；合并剖分后的單元體以及單元體拼合。④引進邊界條件 引入邊界條件，約束一系列節(jié)點的總體位移和轉(zhuǎn)角。⑤單元物理幾何屬性編輯 定義材料特性，對彈性模量、波松比、慣性矩、質(zhì)量密度以及厚度等物理幾何參數(shù)進行修改、插入或刪除。⑥單元分布載荷編輯 可定義、修改、插入和刪除節(jié)點的載荷、約束、質(zhì)量、溫度等信息（2）后置處理 所謂后置處理，即將有限元計算分析結(jié)果進行加工處理并形象化為變形圖、應(yīng)力等值線圖、應(yīng)力應(yīng)變彩色濃淡圖、應(yīng)力應(yīng)變曲線以及振型圖等，以便對變形、應(yīng)力等進行直觀分析和研究。為了實現(xiàn)這些目的而編制的程序，稱為后置處理程序。18 何謂優(yōu)化設(shè)計？其關(guān)鍵技術(shù)問題是什么？優(yōu)化設(shè)計是在計算機廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項設(shè)計技術(shù)，以求在給定技術(shù)條件下獲得最優(yōu)設(shè)計方案，保證產(chǎn)品具有優(yōu)良性能。其原則是尋求最優(yōu)設(shè)計；其手段是計算機和應(yīng)用軟件；其理論依據(jù)是數(shù)學(xué)規(guī)劃法。關(guān)鍵技術(shù)：①建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，即確定優(yōu)化設(shè)計問題的目標函數(shù)、約束條件和設(shè)計變量；②選擇適用的優(yōu)化方法。19 試述幾種常用優(yōu)化方法及其基本思想。（1）一維搜索法：是優(yōu)化方法中最基本、最常用的方法。所謂搜索，就是一步一步的查尋，直至函數(shù)的近似極值點處。其基本原理是區(qū)間消去法原則，即把搜索區(qū)間[a,b]分成3段或2段，通過判斷棄除非極小段，從而使區(qū)間逐步縮小，直至達到要求精度為止，取最后區(qū)間中的某點作為近似極小點。（2）坐標輪換法：又稱降維法。其基本思想是將一個多維的無約束問題轉(zhuǎn)化為一系列一維優(yōu)化問題來解決?；静襟E是，從一個初始點出發(fā)，選擇其中一個變量沿相應(yīng)的坐標軸方向進行一維搜索，而將其它變量固定。當沿該方向找到極小點之后，再從這個新的點出發(fā)，對第二個變量采用相同的辦法進行一維搜索。如此輪換，直到滿足精度要求為止。若首次迭代即出現(xiàn)目標函數(shù)值不下降，則應(yīng)取相反方向搜索。該方法不用求導(dǎo)數(shù)，編程簡單，適用于維數(shù)小于10或目標函數(shù)無導(dǎo)數(shù)、不易求導(dǎo)數(shù)的情況。但搜索效率低，可靠性較差。（3）單純形：是指在n維空間中具有n+1個頂點的多面體。其基本思想是，在n維設(shè)計空間中，取n+1個點，構(gòu)成初始單純形，求出各頂點所對應(yīng)的函數(shù)值，并按大小順序排列。去除函數(shù)值最大點Xmax,求出其余各點的中心Xcen，并在Xmax與Xcen的聯(lián)線上求出反射點及其對應(yīng)的函數(shù)值，再利用“壓縮”或“擴張等方式尋求函數(shù)值較小的新點，用以取代函數(shù)值最大的點而構(gòu)成新單純形。如此反復(fù)，直到滿足精度為止。（4）梯度法：又稱一階導(dǎo)數(shù)法，最速下降法。其基本思想是以目標函數(shù)值下降最快的負梯度方向作為尋優(yōu)方向求極小值。該方法中，相鄰兩個迭代點上的函數(shù)梯度相互垂直。而搜索方向就是負梯度方向，因此相鄰兩個搜索方向互相垂直。梯度法雖然比較古老，但可靠性好，能穩(wěn)定地使函數(shù)值不斷下降。適用于目標函數(shù)存在一階偏導(dǎo)數(shù)，精度要求不高的情況。該方法的缺點是收斂速度緩慢。（5）鮑威爾法(Powell)：是直接利用函數(shù)值來構(gòu)造共軛方向的一種共軛方向法。其基本思想是不對目標函數(shù)作求導(dǎo)數(shù)計算，僅利用迭代點的目標函數(shù)值構(gòu)造共軛方向。該法收斂速度快，是直接搜索法中比坐標輪換法使用效果更好的一種算法。適用于維數(shù)較高的目標函數(shù)。但編程較復(fù)雜。（6）牛頓法：其基本思想是，首先把目標函數(shù)近似表示為泰勒展開式，并只取到二次項。然后，不斷地用二次函數(shù)的極值點近似逼近原函數(shù)的極值點，直到滿足精度要求為止。該法在一定條件下收斂速度快，尤其適用于目標函數(shù)為二次函數(shù)的情況。但計算量大，可靠性較差。（7）變尺度法：又稱擬牛頓法，它在牛頓法的基礎(chǔ)上又作了重要改進。變尺度法綜合了梯度法和牛頓法的優(yōu)點，使其迭代公式中的方向隨著迭代點位置的變化而變化。在遠離最優(yōu)點時與梯度法的迭代方向相同，計算簡單且收斂速度快。隨著迭代過程的進行，不斷修正迭代方向，以改善在最優(yōu)點附近時梯度法速度減慢的缺點。當?shù)c逼近最優(yōu)點時，利用牛頓法速度加快的優(yōu)點，迭代方向就趨于牛頓方向，因而具有更好的收斂性。這種方法是求解高維數(shù)（1050)無約束問題的最有效算法。（8）網(wǎng)格法：其基本思想是，在設(shè)計變量的界限區(qū)內(nèi)作網(wǎng)格，逐一計算網(wǎng)格點上的約束函數(shù)值和目標函數(shù)值，舍去不滿足約束條件的網(wǎng)格點，而對滿足約束條件的網(wǎng)格點比較目標函數(shù)值的大小，從中求出目標函數(shù)值為最小的網(wǎng)格點，這個點就是所要求最優(yōu)解的近似解。該法算法簡單，對目標函數(shù)無特殊要求，但對于多維問題計算量較大，通常適用于具有離散變量(變量個數(shù)≤8個)的小型的約束優(yōu)化問題。（9）復(fù)合形法：是一種直接在約束優(yōu)化問題的可行域內(nèi)尋求約束最優(yōu)解的直接解法。其基本思想是，先在可行域內(nèi)產(chǎn)生一個具有大于n+1個頂點的初始復(fù)合形，然后對其各頂點函數(shù)值進行比較，判斷目標函數(shù)值的下降方向，不斷地舍棄最差點而代之以滿足約束條件且使目標函數(shù)下降的新點。如此重復(fù)，使復(fù)合形不斷向最優(yōu)點移動和收縮，直到滿足精度要求為止。該法不需計算目標函數(shù)的梯度及二階導(dǎo)數(shù)矩陣，計算量少，簡明易行，工程設(shè)計中較為實用。但不適用于變量個數(shù)較多(大于15個)和有等式約束的問題（10）罰函數(shù)法：又稱序列無約束極小化方法。是一種將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為一系列無約束優(yōu)化問題的間接解法。其基本思想是，將約束優(yōu)化問題中的目標函數(shù)加上反映全部約束函數(shù)的對應(yīng)項(懲罰項)，構(gòu)成一個無約束的新目標函數(shù)，即罰函數(shù)。20 仿真的類型及各自的應(yīng)用階段物理仿真：物理模型與實際系統(tǒng)之間具有相似的物理屬性，所以，物理仿真能觀測到難以用數(shù)學(xué)來描述的系統(tǒng)特性，但要花費較大的代價。一般，物理模型多采用已試制出的樣機或與實際近似等效的代用品，如用相同直徑、材質(zhì)的試件做棒料強度試驗。數(shù)學(xué)仿真：又稱計算機仿真。即建立系統(tǒng)(或過程)的可以計算的數(shù)學(xué)模型(仿真模型)，并據(jù)此編制成仿真程序放入計算機進行仿真試驗，掌握實際系統(tǒng)(或過程)在各種內(nèi)外因素變化下，性能的變化規(guī)律?！?仿真類型的選取策略是按工程階段分級選取?！?在產(chǎn)品的分析設(shè)計階段，采用計算機仿真，邊設(shè)計、邊仿真、邊修改，結(jié)合有限元分析和優(yōu)化設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法，使設(shè)計在理論上盡量達到最優(yōu)。◆ 進入研制階段，為提高仿真可信度和實時性，將部分已試制成品(部件等)納入仿真模型