1优化设计绪论

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1、优化设计资料：ftp：202.38.71.7用户名：engineeringPassword：engineering刘志刚：liuzg@ustc.edu.cnTel：3600550办公室：力学二楼211房间助教　黄璞：hpu@mail.ustc.edu.cn课程介绍绪论优化问题的数学基础无约束优化问题------一维问题无约束优化问题------多维问题线性规划约束优化问题（非线性规划）参考书目机械优化设计机械工业出版社孙靖民机械最优化设计清华大学出版社刘惟信机械优化设计浙江大学出版社陈秀宁最优化理论与方法科学出版社袁亚湘、孙文瑜著优化技术及应用北京工业学院出版社何献忠等结

2、构优化设计方法清华大学出版社陶全心等现代设计方法华中科技大学出版社陈继平等数学建模frankr.giordano机械工业出版社考核办法1、作业----(作业本，散纸不算)2、编程，matlab、C等---(Email)3、期末论文。一篇有关优化问题的论文，3000字以上，理论或实践问题不限，方法不限。第一章概述一、优化设计优化设计是将工程设计问题转化为最优化问题，然后选择适当的最优化方法，利用电子计算机从满足要求的可行设计方案中自动寻找实现预期目标的最优设计方案。最优化理论最优化理论和算法是一个重要的数学分支，它所研究的问题是讨论在众多的方案中什么样的方案最优以及怎样找出

3、最优方案。优化设计方法是在现代计算机广泛应用的基础上发展起来的。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，以选出在现有工程条件下的最佳设计方案。设计原则：最优设计设计手段：电子计算机和计算程序设计方法：最优化数学方法工程设计中怎样选择设计参数，使的设计方案既满足设计要求又能降低成本；资源分配中，怎样分配有限资源，使得分配方案既能满足各方面基本要求，又能获得好的经济效益；生产计划安排中，选择怎样的计划方案才能提高产值和利润；原料配给问题中，怎样确定各种成分的比例，才能提高质量，降低成本；城建规划中，怎样安排工

4、厂、机关、学校、商店、医院、住宅等的合理布局，才能方便群众，有利于城市各行各业的发展；农田规划中，怎样安排各种农作物的合理布局布局，才能保持高产稳定，发挥地区优势；军事指挥中，怎样确定最佳作战方案，才能有效地消灭敌人，保存自己，有利于战争的全局；机械优化设计:把机械设计与优化设计理论及方法相结合，借助电子计算机，为实现预期目标,自动寻找最优设计方案和最佳设计参数。优化设计流程传统设计流程设计要求方案设计综合与分析评价输出图文技术资料优化设计数学模型优选设计变量优化算法程序是否是否满足要求输出机械优化设计应用实例美国波音飞机公司对大型机翼用138个设计变量进行结构优化，使重

5、量减少了三分之一；大型运输舰用10个变量进行优化设计，使成本降低约10%。使传统机械设计中，求解可行解上升为求解最优解成为可能；使传统机械设计中，性能指标的校核可以不再进行；使机械设计的部分评价，由定性改定量成为可能；使零缺陷（废品）设计成为可能；大大提高了产品的设计质量，从而提高了产品的质量。外啮合齿轮泵的优化设计外啮合齿轮泵是一种应用广泛的齿轮泵，在输出压力、输出流量、转速分别为25Mpa、100L/min和1500r/min的情况下，要求确定一台具有流量均匀性好、体积小、寿命长的外啮合齿轮泵的几何设计参数。设计参数：模数m,齿数z，变位系数x1.传统设计方法：确定产

6、品结构方案；尺寸计算和强度校核；调整方案，重新计算。（循环设计过程）缺点：烦琐，耗时，以牺牲设计效率和质量为代价2.优化设计：转化为最优化问题，利用数学规划的方法，借助于计算机（高速度、高精度和大存储量）的处理，从满足设计要求的一切可行方案中，按照预定的目标自动寻找最优设计的一种设计方法。优化设计三要素：设计变量，目标函数，约束条件。满足：gu(m、z、x)的情况下寻找：一组设计参数m、z、x；（模数、齿数、变位系数）使得：设计目标流量最均匀,体积最小,寿命最长齿轮泵为的优化设计过程如下：优化设计的两个步骤1、建立数学模型对所要解决的具体问题进行分析研究，加以简化，形成最

7、优化问题2、解模型将最优化问题进行整理和变换，使之成为易于求解的形式；选择或提出解决该问题的适当的计算方法；编制计算程序并上机计算；分析计算结果，看其是否符合实际。已知：制造一体积为100m3，长度不小于5m，不带上盖的箱盒，试确定箱盒的长x1，宽x2，高x3，使箱盒用料最省。分析：（1）箱盒的表面积的表达式；（2）设计参数确定：长x1，宽x2，高x3；（3）设计约束条件：（a）体积要求；（b）长度要求；x1x2x3例1：箱盒的优化设计数学模型：设计参数：设计目标：约束条件：x1x2x3某工厂生产A和B两种产品，A产品单位利润