现代机械优化设计分析-论文.pdf

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1、专题研究TECHN0LOGYANDM_ARKET现代机械优化设计分析施伟斌，程京都，高威威，承永宏(郑州大学机械工程学院，河南郑州450001)摘要：随着科学技术的发展，机械产品设计质量的不断提高，设计周期的日益缩短，要求设计者考虑的因素也愈来愈多，其计算方法的复杂性和精确性都是一般传统设计难以完成的。面对这种技术发展的现状，设计者便开始求助于新的理论和新的设计方法。机械优化设计就是在这种情况下，发展起来的一种现代设计方法。文章则着重对现代机械优化设计进行分析。关键词：机械优化设计；方法；MATLAB；前景doi：10．3969

2、／j．issn．t006—8554．2014．08．2431优化设计问题的基本解法者易于学习和掌握。优化设计方法是机械优化设计的灵魂，随着数学科学和计4)功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具算机技术的飞速发展。求解优化问题有两种方法，即解析解法箱等)，为用户提供了大量方便实用的处理工具。和数值解法。解析解法用数学解析方法(如微分、变分方法等)2．2优点求出优化解。但是，在很多情况下，优化设计的数学描述比较1)Matlab是一个高级的矩阵／阵列语言，它包含控制语句、复杂，因而不便于甚至不可能用解析解法求解；数值解法不仅

3、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在可用求解复杂函数的优化解，也可以用于处理没有数学解析表命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个达式的优化设计问题。因此，它是实际问题中普遍采用的方法较大的复杂的应用程序(M文件)后再一起运行。新版本的20世纪50年代末，数学规划方法成为优化设计中求优方法的MATLAB语言是基于最为流行的C++语言基础上的，因此，语理论基础。这种方法建立在数值分析的基础之上，利用已知的法特征与C十十语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人信息和条件，通过一系列迭代过程求得问题

4、的最优解。它的相员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技关理论并不复杂，计算过程很简单，但计算量非常大，而这正是人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是计算机所擅长的工作，因此，计算机成了解决数值优化的主要MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原工具。不管是解析解法还是数值解法，都分别具有针对无约束因。条件和有约束条件的具体方法。2)MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，在优化设计中，对于同一优化问题往往可以有不同的优化以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注

5、和方法。有的优化方法效果较好，有的则较差，甚至会导致错误打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动的结果。因此，根据优化设计问题的特点(如约束条件)，选取画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的适当的优化方法是非常关键的。一般要求具有以下原则。MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它比1)效率要高。所谓效率要高就是所采用的优化算法所用一般数据可视化软件所具有的功能(例如二维曲线和三维曲面的计算时间或计算函数的次数要尽可能地少。的绘制和处理等)更加完善，而且对于一些其他软件所没有的2)可靠性要

6、高。可靠性要高是指在一定的精度要求下，在功能(例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现一定迭代次数内或一定计算时问内，求解优化问题的成功率要等)，MATLAB同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊尽可能地高的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函3)采用成熟的计算程序。解题过程中要尽可能采用现有数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的MATLAB还的成熟的计算程序，以使解题简便不容易出错。着重在图形用户界面(GUI)的制作上作了很大的改善，对这方4)稳定性要好。稳定性好是指对于高度非线性偏心率大面有特

7、殊要求的用户也可以得到满足。的函数不会因计算机字长截断误差迭代过程正常运行而中断3机械优化设计前景展望计算过程。机械优化设计给机械工程界带来了巨大经济效益，随着技2现代机械优化设计的软件一MATLJ凸术更新和产品竞争的加剧，优化设计的发展前景非常的广阔。MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用当今的优化正逐步的发展到多学科优化设计，充分利用了先进于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算机技术和科学的最新成果。所以机械优化设计的研究必计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulin

8、k两大部须与工程实践、数学、力学理论、计算机紧密联系起来，才能具分。MATLAB应用非常之广泛。有更广阔的发展前景。虚拟设计技术是发展的必然，仿真技术2．1特点也将更加趋于协同化和系统化。尚处于理论探索阶段的结构1)高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的