机械优化设计绪论

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1、机械优化殺计7,错沦1.1优化段计的含义机械优化设计是在进冇^某种机械产品设计日寸,根据规定的约束条件，优化设计参数，使某项或几项设计指标获得最优值（Optimum）。例1.求最大容积的问题一般求解过程为：设计问题转化为数学模型►选择合适的优化方法和计算程序"运用计算机求出最优解。1.2优化筱针鸟传疣的比辍传统设计参照同类产品，若不通过估算、经验类比或实验等方法来确定产品的初步设计方案，然后验算是否满足设计要求,若不满足要求则根据经验等对设计参数进行丁参改，设计过程是人工试凑和定性比较分析过程,

2、受条件限制,很难找到最优解优化设计是科学、理性和立足于计算分析的现代设计方法，它充分利用计算机的强大计算功能，逐步向自动化、集成化和智能化的方向发展。7,召优化殺针在CAD系俛屮闊作用1.4优祀筱针的农展概况及作用1.与传统的设计方法相比较2.提高产品的竞争力，提高性价比1.5优化筱计的工程疝用领域1.6优祀殺针輪工程农展箍势(1)模糊优化设计技术(2)面向产品创新设计的优化设计(3)广义优化设计技术(4)产品全寿命周期的优化设计技术(5)CAD/CAPP/CAM集成系统中优化设计(6)智能优化

3、算法1.7琢礫程的2要內容C包括建立优化设计问题的数学模型弄口选择适'当的优化方法与程序两方面的内容。采用果堂讲授和上机相结合的方法。1.8牟礫程圈屯期曇习裸程高等数学材料力学计算机程序语言(c,basic等)第？#机械优化破计的疫凉X**卩该组设计变量不仅满足约束条件，而且使目标函数圍达到最优值（最小或最大），银化问题的最点，最优点厘和最优值统称为最优解。2.1优祀殺针敷巻模型輪三要素：1•设计变量在优化设计中，有些设计参数需要在优化过程中进行调整和优选，把它们看作变化的量，称为设计变量。设计

4、变量必须是独立的设计参数。（注意与设计常量区别！）设计变量的个数称为优化设计的维数O连续型与离散型设计变量的区别。H2.目标函数a以设计变量来表示的设计所追求目标的数学表达式称为目标函数。一般可表示为:一般―各目标函数的求优统一表示为极4、化，即minf(X)=/(x1,x2,---xJ优化设计分为单目标优化问题弄口多目标优化问题。一个设计追求的目标越多，设计越完善，同日寸设计的难度也越大。3.约束条件为了使设计获得能满足各项要求的最佳方案，在建立侠化数学模型时，需要提出一些必要的条件，以便对设

5、计变量的取值加以限制。这些对设计变量取值力口以限制的条件,称为约束条件，也称为约束函数。约束条件分为边界约束（几何约束）和性能约束两种。2.2优化问龜的今类约束优化问题非线性规划问题无约束优化问题与线,

6、生规划问题与二次规划问题整数规戈J问题几何规划问题等2.3优祀殺计方注简介好的优化设计方法要求为：总的计算量小，存^储量小，精度高，逻辑结构简单。对无约束非线性优化设计问题有:数值法（直接法）和解析法（间接法）对约束非线性优化问题主要求解方法有:直接法；间接法；用约束线性优化去逼近约束非线性优化

7、的方法。2.4优祀的见何解習求具有n个设计变量的目标函数的最4、化问题，就是以庁计变量为坐标轴，在n+1维坐标系内找出一个目标函数超曲面的最小化问题。对于一个n维的约束mE线4生优化问题，可以这样解释:组成一个n维欧式空间，n个设计变量等式约束要求设计点在n维设计空间的约束超曲面上。不等式约束要求设计点在n维设计空间的约束超曲w的一侧（包括曲面本身）。满足所有约束条件朋的设计点的集合是由m个约束曲面所围成的n维子空间这个子空间即为n维优化问题的可行域,n维空间的可行域內找到一个设计点小。X*求最

8、优解就是,使目标函数对多数约束优化问题来说，该点就是目标函数等值超曲面与可彳亍域边界超曲面的一个切点，对无约束优化问题，该点就是目标函数的极值点。