机械优化上机实验.doc

《机械优化设计》 上机报告 绪论 1 1 主要内容 2 2 一维优化方法（黄金分割法） 2 2.1 方法简介 2 2.1.1 进退法基本原理 2 2.1.2 黄金分割法基本原理 2 2.1.3 黄金分割法优点 3 2.2 进退法及黄金分割法程序框图 3 2.3 数值实例 4 2.4 黄金分割法c语言程序 4 2.5 运行结果 6 3 无约束优化方法（鲍威尔法） 7 3.1 方法简介 7 3.1.1 鲍威尔法基本原理 7 3.2 鲍威尔法程序框图 7 3.3 数值实例 8 3.4 鲍威尔法c语言程序 8 3.5 运行结果 12 4 有约束优化方法（惩罚函数法） 13 4.1 方法简介 13 4.1.1 惩罚函数法基本原理 13 4.2 惩罚函数法程序框图 13 4.3 数值实例 13 4.4 惩罚函数法c语言程序 14 4.5 运行结果 15 结束语 16 参考文献 17 绪论 随着科学发展的需要,机械产品设计质量的不断提高,设计周期的白益缩短,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。 优化设计将最优化原理和计算机技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新方法，就可以寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。 优化设计是以建立数学模型进行设计的。优化设计引用了一些新的概念和术语,如前所述的设计变量、目标函数、约束条件等。机械优化设计将机械设计的具体要求构造成数学模型,将机械设计问题转化为数学问题,构成一个完整的数学规划命题,逐步求解这个规划命题,使其最佳地满足设计要求,从而获得可行方案中的最优设计方案。优化设计改变了传统的设计方式。传统设计方法是被动地重复分析产品的性能,而不是主动设计产品的参数。作为一项设计不仅要求方案可行、合理,而且应该是某些指标达到最优的理想方案。并从大量的可行设计方案中找出—种最优化的设计方案,从而实现最优化的设计。优化设计可以满足多方面的性能要求。产品要求总体结构尺寸小,传动效率高,生产成本低等,这些要求用传统设计方法设计是无法解决的。实践证明,最优化设计是保证产品具有优良的性能,减轻自重或体积,降低工程造价的一种有效设计方法。 机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的,是一门崭新的学科。它是在现代机械设计理论的基础上提出的一种更科学的设计方法,它可使机械产品的设计质量达到更高的要求。因此,在加强现代机械设计理论研究的同时,还要进一步加强最优设计数学模型的研究,以便在近代数学、力学和物理学的新成就基础上,使其更能反映客观实际。同时机械优化设计的研究还必须与工程实践、数学力学理论、计算技术和电子计算机的应用等紧密联系起来,才能具有更广阔的发展前景。 机械优化设计主要有一维搜索方法（进退法、黄金分割法、二次插值法等）、无约束优化方法（最速下降法、牛顿型方法、共轭梯度法、变尺度法、鲍威尔方法等）、约束优化方法（惩罚函数法等）。 主要内容 一维优化方法（黄金分割法） 方法简介进退法基本原理 2.1.2 黄金分割法基本原理 1在区间[a,b]内取点：a1?，a2?把[a,b]分为三段。 2如果f(a1)f(a2)，令a=a1,a1=a2,a2=a+r*(b-a)；如果f(a1)f(a2)?，令b=a2，a2=a1,a1=b-r*(b-a),如果｜(b-a)/b｜和｜(y1-y2)/y2｜都大于收敛精度ε重新开始。 因为[a,b]为单峰区间，这样每次可将搜索区间缩小0.618倍或0.382倍，处理后的区间都将包含极小点的区间缩小，然后在保留下来的区间上作同样的处理，如此迭代下去，将使搜索区[a,b]逐步缩小，直到满足预先给定的精度时，即获得一维优化问题的近似最优解。 黄金分割法优点 进退法及黄金分割法程序框图 图2-1 进退法程序框图 图2-2 黄金分割法程序框图 数值实例 min F(x)=x2-2*x+5 最优解x*=1,F(x*)=4. 黄金分割法c语言程序 #include stdio.h #include math.h #define e 0.001 #define tt 0.01 float f(double x) { float y=pow(x,2)-2*x+5; return(y); } finding(float *p1,float*p2) { float x1=0,x2,