机械优化设计优化设计概述.ppt

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1、机械优化设计优化设计概述1.课程的最终成绩构成：考试成绩（70%）+平时成绩（20%）+实验（10%）2.点名：旷课一次平时成绩扣5分，三次取消考试资格。请假需要正式假条。3.作业：按时、按质、按量、独立完成作业，发现大量抄袭的情况，只有看到的第一本作业有成绩，其余就算没交。4.课堂纪律：课堂上不许大声说话，有问题请举手或下课讨论；上课过程中，手机不许响。本课程的要求1.优化设计概述2.优化设计的数学基础3.一维搜索方法4.无约束优化方法5.约束优化方法课程主要内容优化设计是20世纪60年代初，在电子计算机技术广泛应用的基础上发展起来的一门新的设计方法

2、。它是以电子计算机为计算工具，利用最优化原理和方法寻求最优设计参数的一门先进设计技术。绪论一、定义：优化是万物演化的自然选择和必然趋势。人类意识自觉、不自觉地对生活和生产中的各项事物进行着优化。古代生活容器、生产工具、建筑结构等。优化设计：根据给定的设计要求和现有的设计条件，应用专业理论和优化方法，在计算机上满足给定设计要求的许多可行方案中，按给定的目标自动地选出最优的设计方案。机械优化设计：在满足一定约束的前提下，寻找一组设计参数，使机械产品单项设计指标达到最优的过程。一、定义：绪论机械优化设计方法包括：1)解析法:主要是利用微分学和变分学的理论，适

3、应于解决小型和简单的问题；绪论一、定义：2)数值计算方法:使利用已知的信息，通过迭代计算来逼近最优化问题的解，因此它的运算量很大，直到计算机出现后才得以实现。传统设计：在调查分析的基础上，参考同类产品通过估算、经验类比或试验等方法来确定初始方案，然后通过计算各个参数是否能满足设计指标的要求，如果不符合要求就凭借经验对参数进行修改，反复进行分析计算——性能检验——参数修改，直到符合设计指标为止。方法低效，一般只能获得一个可行的设计方案。优化设计：借助计算机技术，应用一些精度较高的力学的数值分析方法（如有限元法等）进行分析计算，并从大量的可行设计方案中寻找

4、到一种最优的设计方案。能从“所有的”的可行方案中找出“最优的”的设计方案。绪论二、从传统设计到优化设计：绪论二、从传统设计到优化设计：绪论二、从传统设计到优化设计：设计问题数学模型优化途径，优选设计参数设计方案方案分析最优？否是最优的设计方案图2:优化设计过程框图二、从传统设计到优化设计：优化设计与传统设计相比有以下三点特点：设计的思想是最优设计，需要建立一个能够正确反映实际设计问题的优化数学模型；设计的方法是优化方法，一个方案参数的调整是计算机沿着使方案更好的方向自动进行的，从而选出最优方案；设计的手段是计算机，由于计算机的运算速度快，分析和计算一个

5、方案只需要几秒甚至千分之一秒，因而可以从大量的方案中选出“最优方案”。满足复杂紧密设计要求，设计质量高，周期短（高效）绪论二、从传统设计到优化设计：工程案例1、利用一化工优化系统，对一化工厂进行设计。根据给定数据，在16小时内，进行16000个可行性设计的选择，从中选择一成本最低、产量最大的方案，并给出必须的精确数据。传统设计：一组工程师，一年时间，仅仅3个方案，且并非最优。2、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%。3、武汉钢铁公司从德国引进的1700薄板

6、轧机，经该公司自主优化后，就多盈利几百万马克。绪论三、本课程的主要内容：机械优化设计包括：1）建立优化设计问题的数学模型2）选择恰当的优化方法3）编程求解最优的设计参数绪论三、本课程的主要内容：本课程的研究内容：优化的原理与算法本课程分为六章进行讨论：第一章，介绍优化设计的基本概念；第二章，介绍优化设计算法中用到的数学基础知识，为后面几章的学习打好基础；第三、四、五章分别介绍一位搜索、无约束优化和约束优化的原理与算法，这些都是本课程学习的重点；第八章，介绍几种机械优化设计的实例，说明如何应用优化方法解决机械设计问题。绪论四、机械优化设计的发展趋势：1）

7、模糊优化设计技术（微分学和变分学的解析解法）2）面向产品创新设计的优化技术（满足设计要求）3）广义优化设计技术（满足经济性、安全性和美观性等）4）产品全寿命周期的优化设计技术（强度、刚度、运动学、动力学和寿命，面向产品的全系统、设计全过程、全寿命周期）5）CAD/CAPP/CAM集成系统中的优化技术（结合CAD、有限元、可靠性等）6）智能优化算法（模拟退火、遗传、人工神经网络算法、蚁群算法等）7）多学科综合优化（涉及多领域复杂系统的多学科）绪论第一节人字架的优化设计如图所示的人字架由两个钢管构成，其顶点受外力2F=3×105N。人字架的跨度2B=152

8、cm，钢管壁厚T=0.25cm，钢管材料的弹性模量E=2.1×105Mpa，材料密度ρ=7.8