机械优化设计.pptx
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1、机械优化设计机械优化设计机械优化设计机械优化设计2024/8/27 周二2 绪绪 论论一.一.机械的设计方法机械的设计方法二.二.优化设计方法简介优化设计方法简介三.三.最优化方法的发展概况最优化方法的发展概况2024/8/27 周二3最优化设计n定义:在现代计算机广泛应用的基础上发展起来的一项新技术,是根据最优化原理和方法综合各方面的因素,以人机配合方式或“自动探索”方式,在计算机上进行的自动或半自动设计,以选出现有工程条件下的最佳设计方案的一种现代设计方法。n设计原则:最优设计n设计手段:电子计算机和计算程序n设计方法:最优化数学方法2024/8/27 周二4机械最优化设计n在给定的载荷或
2、环境条件下,在对机械产品的性态、几何尺寸关系或其他因素的限制(约束)范围内,选取设计变量,建立目标函数并使其获得最优值的一种新的设计方法。n设计变量、目标函数和约束条件三者在设计空间(以设计变量为坐标轴组成的实空间)的几何表示中构成设计问题。2024/8/27 周二5绪绪绪绪 论论论论一一.机械的设计方法机械的设计方法二二)机械的现代优化设计方法机械的现代优化设计方法-基于手工劳动或简易计算工具基于手工劳动或简易计算工具设计过程设计过程-特特 点点-基于计算机的应用基于计算机的应用低效低效,一般只能获得一个可行的设计方案一般只能获得一个可行的设计方案.从实际问题中抽象出数学模型从实际问题中抽象
3、出数学模型;选择合适的优化方法求解数学模型选择合适的优化方法求解数学模型.以人机配合或自动搜索方式进行以人机配合或自动搜索方式进行,能从能从“所所有的有的”可行方案中找出可行方案中找出“最优的最优的”设计方设计方案案.一一)机械的传统设计方法机械的传统设计方法2024/8/27 周二6 二二.优化设计方法简介优化设计方法简介 1)1)古典方法古典方法:2)2)现代方法现代方法:有线性规划、非线性规划、几何规划、动态规有线性规划、非线性规划、几何规划、动态规划和混合离散规划等。划和混合离散规划等。微分法微分法;变分法变分法.-仅能解决简单的极值问题仅能解决简单的极值问题数学规划方法数学规划方法
4、-可求解包含等式约束和不等式约束可求解包含等式约束和不等式约束 的复杂的优化问题的复杂的优化问题.2024/8/27 周二7三三.最优化方法的发展概况最优化方法的发展概况-是适于生产建设、计划管理、科学实验和战争的需要发展起来的。是适于生产建设、计划管理、科学实验和战争的需要发展起来的。1 1)二二十十世世纪纪三三十十年年代代.前前苏苏联联 根根据据生生产产组组织织和和计计划划管管理理的的需需要要提提出出线线性性规规划划问问题题.在在第第二二次次世世界界大大战战期期间间出出于于战战争争运运输输需需要要,提提出出线线性性规规划划问题的解法;问题的解法;2 2)二二十十世世纪纪五五十十年年代代末末
5、.H.W.Kuhn H.W.Kuhn&A.W.TuckerA.W.Tucker提提出出非非线线性性规规划划的的基基本本定定理理,奠奠定定了了非非线线性性规规划划的的理理论论基基础础.其求解方法在六十年代获得飞速发展其求解方法在六十年代获得飞速发展;2024/8/27 周二83)3)二二十十世世纪纪六六十十年年代代.美美数数学学家家 R.J.Duffin R.J.Duffin 提提出出了了几几何何规规划划,可可把把高高度度非非线线性性的的问问题题转转化化为为具具有有线线性性约约束束的的问题来求解问题来求解,使计算大为简化使计算大为简化;4)4)动态规划动态规划由由 R.Bellman R.Bel
6、lman 创立创立,可解与时间有关的最优可解与时间有关的最优化问题化问题;5)5)混合离散规划混合离散规划是二十世纪八十年代提出的是二十世纪八十年代提出的,目前仍在发目前仍在发展过程中展过程中.*最最优优化化方方法法用用于于机机械械设设计计是是从从二二十十世世纪纪六六十十年年代代开开始始的的,较较早早的的成成果果主主要要反反映映在在机机构构的的优优化化设设计计方方面面,现现已已广广泛泛用于机械零部件设计和机械系统的优化设计用于机械零部件设计和机械系统的优化设计.2024/8/27 周二9最优化设计的主要内容最优化设计的主要内容一)最优化设计概论一)最优化设计概论二)无约束优化方法二)无约束优化
7、方法三)线性规划方法三)线性规划方法四)约束优化方法四)约束优化方法五)多目标优化方法五)多目标优化方法六)混合离散规划六)混合离散规划七)机械优化设计实例七)机械优化设计实例2024/8/27 周二10第一章第一章第一章第一章 最优化设计概论最优化设计概论最优化设计概论最优化设计概论一.一.引例引例二.二.设计变量设计变量三.三.目标函数和等值线目标函数和等值线四.四.约束条件约束条件五.五.最优化设计的数学模型最优化设计的数学模型六.六.优化计算的迭代方法优化计算的迭代方法2024/8/27 周二11其解为其解为:解解:设货箱的长、宽、高分别为设货箱的长、宽、高分别为 ,该问题可表示为该问
8、题可表示为:求求 使使 达到最小达到最小 满足于满足于一一.引例引例 1.要要用用薄薄钢钢板板制制造造一一体体积积为为5 的的长长方方形形汽汽车车货货箱箱(无无上上盖盖),),其其长长度度要要求求不不超超过过4m4m.问问如如何何设设计计可可使使耗耗用用的的钢钢板板表表面面积最小积最小?2024/8/27 周二12该问题可表示为该问题可表示为求求使使满足于满足于解:由解:由 有有2.设计一曲柄摇杆机构设计一曲柄摇杆机构.已知已知:要求要求:使使 达到最大达到最大.2024/8/27 周二13二二.设计变量设计变量1.1.设计变量设计变量 在设计中需进行优选的独立的待求参数;在设计中需进行优选的
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