《机械优化设计》课程实践报告doc.docx

1、机械优化设计课程实践报告doc合肥工业大学机械优化设计课程实践研究报告班 级： 机设五班 学 号： 20100539 姓 名： 张荣华 授课老师： 王卫荣 日 期： 2013年 5月 8日 （课程实践与研究报告要求）1、一维搜索程序作业；2、单位矩阵程序作业；3、连杆机构问题自行选择小型机械设计问题或其他工程优化问题；（1）分析优化对象，根据设计问题的要求，选择设计变量，确立约束条件，建立目标函数，建立优化设计的数学模型并编制问题程序；（2）选择适当的优化方法，进行优化计算；（3）分析计算结果，并加以说明。4、写出课程实践心得体会，附列程序文本。一、一位搜索程序作业：用黄金分割法（0.618法

2、）解决优化问题。用0.618法求函数在a，b区间上的极小值。用C语言编写程序如下：（1）a=0,b=10,y=(x-2)2+3,收敛精度e=0.001, #include #include void main() float a,b,c=0.618,x4,y4,e; scanf(%f,%f,%f,&a,&b,&e); x1=b-c*(b-a); x2=a+c*(b-a); y1=(x1-2)*(x1-2)+3; y2=(x2-2)*(x2-2)+3; do if(y1=y2) a=x1; x1=x2; y1=y2; x2=a+c*(b-a); y2=(x2-2)*(x2-2)+3; else

3、b=x2; x2=x1; y2=y1; x1=b-c*(b-a); y1=(x1-2)*(x1-2)+3; while(fabs(b-a)/b)e); x0=(a+b)/2; y0=(x0-2)*(x0-2)+3; printf(x*=%fn,x0); printf(y=%fn,y0); 输入a，b，及精度e的值，输出极小点，函数极小值。如下： (2)、a=0,b=2,y=cosx,收敛精度e=0.001, #include#include#define f(x) cos(x) double calc(double *a,double *b,double e,int *n) double x1

4、,x2,s; if(fabs(*b-*a)f(x2) *a=x1; else *b=x2; *n=*n+1; s=calc(a,b,e,n); return s; main() double s,a,b,e; int n=0; scanf(%lf %lf %lf,&a,&b,&e); s=calc(&a,&b,e,&n); printf(a=%lf,b=%lf,s=%lf,n=%dn,a,b,s,n); 输入a，b，及精度e的值，输出极小点，函数极小值。如下： 2、单位矩阵程序作业 用最简捷的语言生成一个n维单位矩阵，n为输入量。用C语言编写程序如下：#includevoid main(voi

5、d) int i,j,n; printf(%3d,n); scanf(%3d,&n); for(i=0;i=n;i+) for(j=0;j=0.0) AND (PI3.1415926)THEN QI:=3.1415926-AL-BTELSE QI:=3.1415926-AL+BT;IF(K0) OR (K30)THEN FX:=FX+sqr(QI-QE)*TELSEFX:=FX+sqr(QI-QE)*T/2.0; end; end;end;procedure ggx;begin with form1.rand do begin GX1:=-X1; GX2:=-X2;GX3:=-(X1+X2)+

6、6.0;GX4:=-(X2+4.0)+X1;GX5:=-(X1+4.0)+X2;GX6:=-(1.4142*X1*X2-X1*X1-X2*X2)-16.0;GX7:=-(X1*X1+X2*X2+1.4142*X1*X2)+36.0; end;end;数据输入：程序结果：（2）其他工程优化问题设计一个压缩圆柱螺旋弹簧，要求其质量最小。弹簧材料为65Mn，最大工作载荷为，最小工作载荷为0，载荷变化频率，弹簧寿命为h，弹簧钢丝直径d的取值范围为1-4mm，中径的取值范围为10-30mm，工作圈数n不应小于4.5圈，弹簧旋绕比C不应小于4，弹簧一端固定，一端自由，工作温度为50，弹簧变形量不小于10m

7、m。解：1设计变量本题优化目标是使弹簧质量最小，圆柱螺旋弹簧的质量可以表示为：式中， -弹簧材料的密度，对于钢材=-工作圈数；-死圈数，常取=1.5-2.5，现取=2；-弹簧中径（mm）;-弹簧钢丝直径（mm）；将d，n，D2作为设计变量，即 =2、目标函数将已知参数代入公式，进行整理后得到问题的目标函数为3、约束条件根据弹簧性能和结构上的要求，可写出问题的约束条件：（1）强度条件 （2）刚度条件 （3）稳定性条件 （4）不发生共振现象，要求 （5）弹簧旋绕比的限制 （6）对的限制 且应取标准值，即1.0，1.2，1.6，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0mm，等。 4、建立优化模型由上可

8、知，该压缩圆柱螺旋弹簧的优化设计是一个三维的约束优化问题，其数学模型为：（计算时系数无影响可舍去）5 编写程序并运行结果从上面的分析，以重量最轻为目标的汽门弹簧的优化设计问题共有3个设计变量，11个约束条件。按优化方法程序的规定，编写数学模型的程序如下：FX=0.0000192457*(X(2)+2)*X(1)*2*X(3) RETURN END SUBROUTINE GGX(N,KG,X,GX) DIMENSION X(N),GX(KG) GX(1)=350*X(1)*(2.86)-163*X(3)*(0.86) GX(2)=0.004*X(2)*X(3)*3-10*X(1)*4 GX(3)

9、=3.7*X(3)*X(1)*4-(X(2)+1.5)*X(1)*5-0.0044*X(2)*X(3)*3 GX(4)=356000*X(1)-375*X(2)*X(3)*2 GX(5)=X(3)-4*X(1) GX(6)=X(1)-1 GX(7)=4-X(1) GX(8)=X(2)-4.5 GX(9)=50-X(2) GX(10)=X(3)-10 GX(11)=30-X(3) RETURN END利用惩罚函数法（SUMT法）计算，得到的计算结果如下： 优化结果一：优化结果二： 两种不同结果比较：优化结果比较d/mmn/圈数D2/mm第一次优化.176910E+01.574960E+01.16

10、2097E+02第二次优化.176910E+01.574960E+01 .162097E+02不同初值所得到的结果相同。优化的结果为：x=1.7691,5.7496,16.2097，圆整为标准值为：x=1.6,6,16，经检验合格，相应弹簧的最轻质量6.3g。4、课程实践心得体会 王老师，您好！在您七个星期教导下，我对机械优化设计这门课有了一个深入的认识，从一开始的懵懵懂懂，不知道学习这门课的意义，到现在学会了运用这门课所学的方法去解决一些工程实际问题，我理解了这门课的重要性，实用性，和优美性。 机械优化设计是应用数学方法寻求机械设计的最优方案，它的目的是解决工程实际问题。但我刚开始却有一个错

11、误的认识，我的思想一直局限于高中阶段所学的线性规划问题，对于您所教授的一维搜索，牛顿法，共轭梯度法，惩罚函数法等一系列优化方法甚是不解，更不知道为什么要用那么多方法去寻求一个函数的最小值，但随之您给我们的作业中的一句话点醒了我，您说，“要追求系统的完整性，问题的工程性，格式的完美性，不追求：问题的复杂性，方法的惟一性”。我明白了，这不就是优化设计所追求的宗旨吗？也是我们作为一名工科人才所应必备的素质。只有拥有了各种各样不同的方法，我才能对一些实际问题分析的更透彻，也才有选择最优解的可能。 但这七个星期的学习，我所得到的不仅是专业方面的知识，更多的是端正了学习的态度，明白了学习的重要，还有时刻被您踏实敬业的工作作风，乐观向上的人生观念所折服，由此产生的敬意我将终身受用。