機械優(yōu)化設(shè)計實例-展示頁
2024-10-28 14:27本頁面
【正文】 一架好的飛機，應(yīng)該具有自重輕、凈載重量大，航程長，使用經(jīng)濟，價格便宜，跑道長度合理等性能，顯然這些都是設(shè)計時追求的指標(biāo)。但設(shè)計一臺復(fù)雜的機器，追求的目標(biāo)往往較多，就目前使用較成熟的優(yōu)化方法來說，還不能把所有要追求的指標(biāo)都列為目標(biāo)函數(shù)，因為這樣做并不一定能有效地求解。選擇目標(biāo)函數(shù)是整個優(yōu)化設(shè)計過程中最重要的決策之一。另外還應(yīng)注意設(shè)計變量應(yīng)當(dāng)相互獨立，否則會使目標(biāo)函數(shù)出現(xiàn)“山脊”或“溝谷”，給優(yōu)化帶來困難。另一類狀態(tài)參數(shù)，如功率、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、撓度、壓力、速度、加速度等則通?？捎稍O(shè)計對象的尺寸、載荷以及各構(gòu)件間的運動關(guān)系等計算得出，多數(shù)情況下也沒有必要作為設(shè)計變量。,1.設(shè)計變量的選擇,機械設(shè)計中的所有參數(shù)都是可變的，但是將所有的設(shè)計參數(shù)都列為設(shè)計變量不僅會使問題復(fù)雜化，而且是沒有必要的。合理的做法是在能夠確切反映工程實際問題的基礎(chǔ)上力求簡潔。在建立數(shù)學(xué)模型時，片面地強調(diào)確切，往往會使數(shù)學(xué)模型十分冗長、復(fù)雜，增加求解問題的困難程度，有時甚至?xí)箚栴}無法求解。,二、建立數(shù)學(xué)模型的基本原則,建立數(shù)學(xué)模型的基本原則是優(yōu)化設(shè)計中的一個重要組成部分。使用者只需要將數(shù)學(xué)模型按要求編寫成子程序嵌入已有的優(yōu)化程序即可。對于高度非線性的函數(shù)，則應(yīng)選用計算穩(wěn)定性較好的方法，例如BFGS變尺度法和內(nèi)點懲罰函數(shù)法相結(jié)合的方法。對于只含線性約束的非線性規(guī)劃問題，最適宜采用梯度投影法，對函數(shù)易于求導(dǎo)的問題，以可利用導(dǎo)數(shù)信息的方法為好，例如可行方向法。,正確地選擇優(yōu)化方法，至今還沒有一定的原則。,優(yōu)化方法的選擇取決于數(shù)學(xué)模型的特點，例如優(yōu)化問題規(guī)模的大小，目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)的性態(tài)以及計算精度等。 5)對計算機求得的結(jié)果進行必要的分析。 3)編寫計算機程序。,第一節(jié) 應(yīng)用技巧,一、機械優(yōu)化設(shè)計的一般過程 機械優(yōu)化設(shè)計的全過程一般可分為如下幾個步驟: 1)建立優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型。機械優(yōu)化設(shè)計實例,針對機械優(yōu)化設(shè)計實踐中需要注意的問題介紹一些可供使用的方法。 通過對機床主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、齒輪減速器優(yōu)化設(shè)計、平面連桿機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等工程實例的分析，來說明在解決一個工程實際問題時，建立優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型，選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法，編制計算機程序，最終得出符合要求的優(yōu)化設(shè)計結(jié)果等問題。 2)選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法。 4)準(zhǔn)備必要的初始數(shù)據(jù)并上機計算。 其中建立優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型是首要的和關(guān)鍵的一步，它是取得正確結(jié)果的前提，下面將專門討論這個問題。在比較各種可供選用的優(yōu)化方法時，需要考慮的一個重要因素是計算機執(zhí)行這些程序所花費的時間和費用，也即計算效率。通常認為，對于目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)均為顯函數(shù)且設(shè)計變量個數(shù)不太多的回題，懲罰函數(shù)法較好。對求導(dǎo)非常困難的問題則應(yīng)選用直接解法，例如復(fù)合形法。,編寫計算機程序?qū)τ谑褂谜邅碚f，已經(jīng)沒有多少工作要做了，因為已有許多成熟的優(yōu)化
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