机械优化设计_经典实例课件.ppt

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机械优化设计_经典实例 机械优化设计实例? 机械优化设计的一般过程? 建立数学模型的基本原则? 机械优化设计实例 机械优化设计的一般过程机械优化设计全过程一般可分为:1)建立优化设计的数学模型。2)选择适当的优化方法。3)编写计算机程序。4)准备必要的初始数据并上机计算。5)对计算机求得的结果进行必要的分析。 建立数学模型的基本原 则1)设计变量的选择:尽量减少设计变量数目设计变量应当相互独立2)目标函数的确定:选择最重要指标作为设计追求目标3)约束条件的确定:性能约束和边界约束 设计实例1:试设计一重量最轻的空心传动轴。空心传动轴的D、d分别为轴的外径和内径。轴的长度不得小于3m。轴的材料为45钢,密度为7.8×10-6㎏5/㎜,弹性模量E=2×10 MPa,许用切应力[τ]=60MPa。轴所受扭矩为M=1.5×10 N·mm。6分析设计变量:外径D、内径d、长度 l设计要求:满足强度,稳定性和结构尺寸要求外,还应达到重量最轻目的。 设计实例1:所设计的空心传动轴应满足以下条件:(1)扭转强度空心传动轴的扭转切应力不得超过许用值,即空心传动轴的扭转切应力: 设计实例1:空心传动轴的扭切应力:经整理得: 设计实例1:(2)抗皱稳定性扭转切应力不得超过扭转稳定得临界切应力:空心传动轴的扭转稳定的临界切应力为: 设计实例1:整理得:(3)结构尺寸 设计实例1:设:则数学模型为: 设计实例1: 设计实例2:平面连杆机构优化设计一曲柄摇杆机构,M为连秆BC上一点,mm为预期的运动轨迹,要求设计该曲柄摇杆机构的有关参数,使连杆上点M在曲柄转动一周中,其运动轨迹(即连杆曲线)MM最佳地逼近预期轨迹mm 。 设计实例2:设计一再现预期轨迹mm的曲柄摇杆机构。已知x =A67mm,y =10mm,等分数s=12,对应的轨迹mm上A12个点的坐标值见表,许用传动角[γ]=30 。0 设计实例2:一、建立优化设计的数学模型点M的坐标: 设计实例2:点M的坐标: 设计实例2:该问题有8个设计变量,记为: 设计实例2:2)确定目标函数将曲柄一周转角分为s等分,要求连秆曲线最佳地逼近预期轨迹mm,具体可由连杆曲线上的s个点M最佳地逼近预期轨迹上的s个点m予以实现。由此可按点距和最小的原则建立如下目标函数: 设计实例2:3)确定约束条件(1)由曲柄存在条件,可得:(2)由杆长必须大于零及曲柄1为最短杆,可得: 设计实例2:(3)由满足传动角条件γ>[γ],可得: 优化设计工具 优化设计工具第1部分 MATLAB基础第2部分 优化计算工具rr 第1部分 MATLAB基础1.1 MATLAB环境简介1.2 数据表示1.3 数组1.4 源文件(M-文件) 1.1 MATLAB窗口启动MATLAB其窗口如右n1、CommandWindow(命令窗口)n2、Workspace(工作区) 1.2 数据表示? 1、变量变量用标识符表示(字母打头、字母、数字、下划线组成,长度≤19)。可以合法出现而定义。区分大小写字母,以当前值定义其类型。? 2、函数名函数名用标识符表示。 1.3 数组行向量、列向量、矩 阵1.3.1 创建数组的常用方法1)直接列表定义数组例如:x=[1 2 3 4 5 6 7 8 9 0]y=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,0]z=[1,2,3,4,5;2,3,4,5,6,7] 1.3 数组2)域表定义数组变量=初值:增量:终值|初值:终值变量=(初值:增量:终值)*常数例如:x=0:0.02:10y=1:80 1.3 数组1.3.2、 数组的访问(一维)数组名表示全体元素数组名(k)表示第k元素数组名(k :k )表示第k 到k 元素1 212 1.3.3 数组运算1). 纯量与数组的算术运算a ω c 或 c ω a11其中ω可为+、-、*结果为[a ωc a ωc … a ωc ]1121n1或[c ωa c ωa … c ωa ]11121n2). 数组加(减)使两数组的对应各元素相加(减) 1.3.3 数组运算3). 数组点乘两数组的对应元素相乘a.*b结果:[a *b a *b …a *b ]1122nn(a与b的维数必须相同) 1.3.3 数组运算4). 数组点正除(右除)使两数组的对应元素正除a./b结果为:(a、b维数必须相同) 1.4 源文件(M-文件)分为两类: 函数文件和非函数文件都用扩展名.M1.4.1 函数文件(相当于子程序)格式 function [输出表]=函数名(输入表)函数体 1.4.2 非函数文件无函数头的M文件,由若干命令和注释构成。相当于主程序如:%Filename is a sine.mx = 0:0.1:2*pi;y = sin(x);plot(x,y) 1.4.3 M-文件的操作 1.4.3 M-

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