现代设计方法基础 教学课件 作者 孟宪颐 现代设计方法基础(第3章）.ppt

《现代设计方法基础 教学课件 作者 孟宪颐 现代设计方法基础(第3章）.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三章优化设计3．1概述1.基本思想现代优化设计方法是从上个世纪60年代发展起来的，其核心内容是数学规划和计算机技术，优化方法可以从众多设计方案中找到最完善也是最合理的设计，可以同时改善设计质量和提高效率。2.实际效果1)一级减速器优化。某单位对在各种工程和设备中广泛使用的一级减速器进行优化设计后，其重量减轻了12%。这对于减速器这样大批量生产和使用的基本设备来说，其经济效益和社会效益是非常巨大的。现代设计方法基础，孟宪颐，高振莉，刘永峰第三章优化设计3．1概述2)桥式起重机箱形主梁优化。某起重机制造厂对其生产的不同规格的20台桥式起重机箱形主梁进

2、行了优化设计，重量平均减轻了14%，其中最大的减轻了35%。主梁是桥式起重机的主要组成部分，一般在几吨甚至十几吨以上。优化设计后，降低的钢材量和能源消耗是显而易见的。3)柴油机、变矩器和变速箱的匹配对于车辆的性能和油耗来说是非常重要的。以前，设计人员只能通过经验和试凑的方式进行匹配，由于涉及的参数太多，无法实现最佳匹配。通过采用现代优化设计方法对这三者进行了最佳匹配后，车辆的性能大大提高，油耗降低，三者的最大效能得到了很好的发挥。现代设计方法基础，孟宪颐，高振莉，刘永峰第三章优化设计3．1概述3、特点1）优化设计可以自行调整变量2）优化设计可以通过

3、计算机进行快速运算、分析，在多个设计方案中选择最佳设计。现代设计方法基础，孟宪颐，高振莉，刘永峰第三章优化设计3．1概述4.简例3-1---悬臂梁截面设计现代设计方法基础，孟宪颐，高振莉，刘永峰pdMl第三章优化设计3．1概述5.简例3-2---角支架设计现代设计方法基础，孟宪颐，高振莉，刘永峰DdbFH第三章优化设计3．1概述6.简例3-3---装载机翻斗机构设计现代设计方法基础，孟宪颐，高振莉，刘永峰第三章优化设计3.2优化设计的数学模型3.2.1设计变量与设计空间1.设计变量设计变量是表达设计方案的一组基本参数,设计变量是对设计性能指标好坏有

4、影响的量；设计变量应在设计过程中选择，且应是互相独立的参数。2.设计空间在一个设计问题中，所有的设计变量组成一个设计空间，变量的个数就是这个空间的维数。现代设计方法基础，孟宪颐，高振莉，刘永峰第三章优化设计3.2优化设计的数学模型第三章优化设计3．2优化设计的数学模型3．2．2约束函数1、约束的定义在优化设计中，为了得到可行的设计方案，必须根据实际要求，对设计变量的取值加以种种限制，这种限制称之为设计约束。1）边界约束。2）性能约束。2、可行设计域和不可行设计域1）可行设计域2）不可行设计域现代设计方法基础，孟宪颐，高振莉，刘永峰第三章优化设计3．

5、2优化设计的数学模型3、内点、外点和边界点1）内点：若X（１）∈D，且满足gu（x1,x2,…xu）≤0（u=1，2，。。。m）称为内点或可行设计方案。2）外点：若X（3）不满足gu（x1,x2,…xu）≤0（u=1，2，。。。m），称为外点，或不可行设计方案3）边界点：若gj（X（2））=0，则称X（2）为边界点，j约束称为起作用约束（1≤j≤m）。现代设计方法基础，孟宪颐，高振莉，刘永峰第三章优化设计3．2优化设计的数学模型现代设计方法基础，孟宪颐，高振莉，刘永峰第三章优化设计3．2优化设计的数学模型3.2.3目标函数用于评选设计方案好坏的函数

6、，称为目标函数或评价函数，用f(X)表示。在机械设计中，目标函数主要根据设计准则建立，例如：在机构优化中，运动误差，主动力、约束反力的最大值等可以设定为目标函数。在结构优化中，重量、效率和可靠性等可以设定为目标函数。在产品设计中，成本、价格和寿命等可以设定为目标函数。现代设计方法基础，孟宪颐，高振莉，刘永峰第三章优化设计3．2优化设计的数学模型3.2.4优化设计的数学模型1.一般形式寻找X=[x1,x2,…xn]∈Rn使f（X）最小或最大受约束于gu（X）≤0（u=1，2，．．．m）hv（X）=0（v=1，2，．．．p

7、，高振莉，刘永峰第三章优化设计3．2优化设计的数学模型2.类型1）约束优化有约束函数的优化称为约束优化设计问题。2）无约束优化无约束函数的优化称为无约束优化设计问题。现代设计方法基础，孟宪颐，高振莉，刘永峰第三章优化设计3．2优化设计的数学模型3.优化设计的几何解释现代设计方法基础，孟宪颐，高振莉，刘永峰第三章优化设计3．2优化设计的数学模型现代设计方法基础，孟宪颐，高振莉，刘永峰第三章优化设计3．2优化设计的数学模型4、建立数学模型应注意的几个问题1）应尽量使模型规模适当。2）建立数学模型的步骤。3）处理好模型与优化方法的选择关系。现代设计方法基

8、础，孟宪颐，高振莉，刘永峰第三章优化设计3．2优化设计的数学模型5.例3-4脚手架设计现代设计方法基础，孟宪颐，高振莉，刘