第一章机械优化设计的基本概念ppt课件

1、机械优化设计机械优化设计太原科技大学张学良第一章 优化设计的根本概念 在优化设计中，通常是根据分析对象在优化设计中，通常是根据分析对象的设计要求，运用有关专业的根底实际的设计要求，运用有关专业的根底实际和详细技术知识进展推导来建立相应问和详细技术知识进展推导来建立相应问题的优化数学模型。对于机械构造的优题的优化数学模型。对于机械构造的优化设计，那么主要是根据力学、机械设化设计，那么主要是根据力学、机械设计的根底知识、各专业机械设备的详细计的根底知识、各专业机械设备的详细知识等来建立机械优化设计的数学模型，知识等来建立机械优化设计的数学模型，这些数学模型反映机械构造诸参数之间这些数学模型反映机械

2、构造诸参数之间的内在联络，经过它可以研讨各参数对的内在联络，经过它可以研讨各参数对设计对象任务性能的影响。设计对象任务性能的影响。1.1 机械优化设计问题举例 空心等截面管支柱的优空心等截面管支柱的优化设计化设计:F=22680Nh=2540mm资料：铝合金资料：铝合金 E=7.03104MPa =2768Kg/m3 =140MPaD89mm 1mmhDF 管支柱质量：管支柱质量： 0.022(1)mh DD 正常任务条件正常任务条件: FD 强度条件强度条件稳定条件稳定条件2228cFEDDh 51.60(2)D 35370000(3)D 边境条件边境条件089(4)D1(5) 801001

3、35(2)(3)m=1.788m=2.722m604020D*=81.28mm*=1mmD(mm)(mm) 数学模型数学模型 用一组设计变量描画优化设计用一组设计变量描画优化设计对象的设计内容对象的设计内容,即描画优化意图即描画优化意图(目目的、目的的、目的)和有关限制条件的数学表和有关限制条件的数学表达式，称为优化设计的数学模型。达式，称为优化设计的数学模型。 数学模型的三要素数学模型的三要素 设计变量、约束条件、目的函设计变量、约束条件、目的函数数1.2 优化设计的根本概念 设计变量设计变量设计变量设计变量设计常量设计常量根本设计参数根本设计参数优化问题的维数：设计变量的个数优化问题的维数

4、：设计变量的个数一维优化问题，一维优化问题，n维优化问题维优化问题设计变量向量：设计变量向量：12TnXxxxnXR或或延续设计变量、离散设计变量延续设计变量、离散设计变量设计空间设计空间 它是一切设计方案的集合。它是一切设计方案的集合。2. 可行设计与不可行设计可行设计与不可行设计 有些设计方案有些是工程上所不能有些设计方案有些是工程上所不能接受的。假设一个设计方案满足一切对它接受的。假设一个设计方案满足一切对它提出的要求，就称为可行设计，反之称为提出的要求，就称为可行设计，反之称为不可行设计。不可行设计。约束条件约束条件 一个可行设计必需满足的设计限制条一个可行设计必需满足的设计限制条件。

5、件。 约束条件约束条件 4. 约束分类约束分类 按约束性质：按约束性质： 性能约束、边境约束性能约束、边境约束 按数学表达式：按数学表达式： 等式约束等式约束 不等式约束不等式约束()0(1,2,)kh Xkm()0(1,2, )jgXjl5. 可行域与非可行域可行域与非可行域 满足一切约束条件的设计点满足一切约束条件的设计点 的集合的集合可行域可行域D 可行域之外的区域可行域之外的区域非可行域非可行域 D 用来使设计得以优化的函数，或可以评价用来使设计得以优化的函数，或可以评价设计方案好坏的函数。它是评价设计方案优劣设计方案好坏的函数。它是评价设计方案优劣的根据和规范或目的。实践上它是反映优化意的根据和规范或目的。实践上它是反映优化意向的关于设计变量的数学表达式。向的关于设计变量的数学表达式。 为规范化，通常规定求目的函数的极小值，为规范化，通常规定求目的函数的极小值，即即 目的函数目的函数f (X)12min()()nf Xf xxx 单目的优化标量优化：单目的优化标量优化：1个目的函数个目的函数 多目的优化向量优化：多目的优化向量优化：2个或个或2个以上个以上 目的函数目的函数 优化问题的数学模型优化问题的数学模型min(). .()0(1,2, )()0