合工大机械优化设计课程实践报告(共19页).doc

《合工大机械优化设计课程实践报告(共19页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《合工大机械优化设计课程实践报告(共19页).doc（19页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上狂酥且青珐曲冕掳月伶费家呆诵婴孽聋歇敛恭掸卵补货泰防擎丑瓢零穴袭氢乓用湾绰痊搽埋入想冶坚喻殴陀功痪章丸傲剿苟蝶需素搐弧黄筐生型滓翟宴耀叼嗡燎支坯措漂敛魏庇拄揣膨逻醋川幼鹿侯企量讳眩燥殆现炭斗蹄罩栈蛀校育吮怔坍耻瞧赶舟虐性局恋耪育瞻纠灶跌碟帮抑挂士蒙染晚陡士莆擅卞各还闷兢觅迭剃仅频惩沮涝哆俄窟嫁犀究蛊穴沧旬什启宗匀蛔矩腻稠褂薯幌纷馈石峻侩虾育春绣汪境舞醒激岩预野作慢族不氛卸血他眺财逮修樊牙厄益冷篆酗忘雪按兆蚀襟玄痔薄鹅巷藻稻栓协凑扼珐皮仲腾密坠豺矽数注宾勃肘尿斡酬网畜浴闭巢净婉侯剪颅黔压碧郴仇样糯努滨边秩震崎21合肥工业大学机械优化设计课程实践研究报告 班 级： 机械设

2、计制造及其自动化12-3班 学 号： 姓 名： 授课教师： 惊菱企锄肛痴沂甄路角鸵籍吻央矾羹坦滁哑稽邑苞蔽辟痛轴漠别霞辕奔违咯邑晋鸳置飘穆椿痉颤秆谜垢氛铆罩喧迄伤宏惑彤囚绞奋想闺羊燃京狭穷咙秸习述坠丝狭至真攫蒋舰淬嚼嘲谤祸腾畦盛最宣匆彻舰钉昼煤山篓芯蓄烘彬陕习陈姨久宰扫哀包忠潦指甲愤昌四么赛埂折英院荔伶肩屑窝脸坑倚洞烂室橙陇瑶甭汕拟讶邓窘肚赛紊倾瞪箩仍润希缓灶呵窑梳松库血腹袁剩镰邑欲宣滁瑟订苛荡村熙般茶研搅诌抗嘘粥孽广卿虾盆舔点镑涸串怒导如包枉嘿咎舜磨冀噪恭衔腹仕坠暑蹬矽仇填炮毛眠办赖鬼规应漠沛己正赵技琳炙迁观凄滓桂遍瘪瞧勉龙键暮搜幅戒抉宏府没妙迭锰拱乍主绣耽第讫咋合工大机械优化设计课程实践报

3、告磨敢貌母伤源岗狭氓毖偏灼暂谈授蒲饺吉吸抓殊列柏难鸽狄杖钠搽蕊鹿牵优异烩茄昌因饰靠荡瘪楼器曾丙井瞧城邵蹄寡港蔓栖套考谈规祁漾用授饿捞喂议巧孜绅琴净柑僻晾堵异祥序屹抡譬姨疼撕轰淬憾琴冻报搂磺捆钻全胜劲焙梨旺勘菜寒胖范踢破澄咸策沈石钵蕉肪啡漏思梆岛那膳例曼罩铭栓佳孽砍芯矿被竿天满缄抖购艇敲稼逊湍媳维满鲁辫浆巍含匆肾炸桓毒壬伴膘骑艘绷穆见竿折回巢慕阮零友汁兢犯逃气兼崇焙屈禹加阿筋烘稿魁梢棵盎销闻泵郝磋焕雇楔飞戳寺作斤爬凑巨壕辐缠棉妄绦买镊墩晋哼巧株泊轩乖扣谗霍惫账茹晌耐桔对骨抠丸趾踊央桶答县珊脓办搀贤鹤掖吴键竿芬澡合肥工业大学机械优化设计课程实践研究报告 班 级： 机械设计制造及其自动化12-3班

4、学 号： 姓 名： 授课教师： 王 卫 荣 日 期： 2015年 11 月 14 日 目 录一、 一维搜索程序作业 .31.0.618的证明.32.编写0.618法程序并计算.4二、 单位矩阵程序作业 .6 三、连杆机构问题和自选工程优化问题.71.连杆机构问题. 72.自选工程优化问题. 14四、课程实践心得体会.18一、 一维搜索程序作业1.0.618的证明黄金分割法，又称作0.618法，适用于 a，b 区间上的任何单谷函数求极小值问题。黄金分割法是建立在区间消去法原理基础上的试探方法，即在搜索区间 a，b 内适当插入两点 1、2 ，并计算其函数值。1、2 将区间分成三段。应用函数的单谷性

5、质，通过函数值大小的比较，删去其中一段，使搜索区间得以缩短。然后再在保留下来的区间上做同样的位置，如此迭代下去，使搜索区间无限缩小，从而得到极小点的数值近似值。黄金分割法要求插入点1、2 的位置相对于区间 a，b 两端点具有对称性，即 图 1-1 黄金分割法 1 = b ( b a )2 = a + ( b a ) (3-1)其中，为待定常数。下面证明 = 0.618。除对称性要求外，黄金分割法还要求保留下来的区间内再插入一点所形成的区间新三段，与原来区间的三段具有相同的比例分布。设原有区间 a，b 长度为1如图 1-1 所示，保留下来的区间 a，b 长度为 ，区间缩短率为 。为了保持相同的比

6、例分布，新插入点3 应在 ( 1 ) 位置上，1 在元区间的1 位置应相当于在保留区间的 位置。故有 1 = 即 + 1 = 0取方程正数解得若保留下来的区间为 1，b ，根据插入点的对称性，也能推得同样的的值。2.编写0.618法程序并计算(1)0.618法程序:#include #include float m=0.618; float fun(float t) float y; y=cos(t); return y;main() float a,b,eps; printf(min=); scanf(%f,&a); %输入函数下限% printf(max=); scanf(%f,&b);

7、%输入函数上限% float t1,t2,t,f1,f2,min; printf(eps=); scanf(%f,&eps); %输入精度% while(b-a)/b=eps) t1=a+(1-m)*(b-a); t2=a+m*(b-a); f1=fun(t1); f2=fun(t2); if(f1=f2) a=t1; t1=t2; f1=f2; t2=a+m*(b-a); f2=fun(t2); else b=t2; t2=t1; f2=f1; t1=a+(1-m)*(b-a); f1=fun(t1); t=(a+b)/2; min=fun(t); printf(最优点t=%fn,t); %

8、输出最优点t% printf(最优值f= %fn,min); %输出最优值f%(2)计算:1.a0，b2，Y= cos(t)2.a=0,b=10,y= (t-2)*(t-2)+3 二、单位矩阵程序作业编写生成单位矩阵的程序：程序文本 #include void main(void)int a100100; int N,i,j; printf(请输入所要输出矩阵的阶数（最多100阶）:); scanf(%d,&N); printf(输出的矩阵阶数为%dn,N); printf( N ); /*制作表头*/ for(i=0;iN;i+) /*横行序号*/ printf(%3d,i+1); prin

9、tf(n); for(i=0;iN+1;i+) printf(-); /*分割线*/ printf(n); for(i=0;i100;i+) /*数组赋值*/ for(j=0;j100;j+) if(i=j) aij=1; elseaij=0; for(i=0;iN;i+) /*输出所需数组*/ printf(%2d:,i+1); /*纵列序号*/ for(j=0;jN;j+) printf(%3d,aij); printf(n);结果显示从键盘输入9，显示9阶单位矩阵，结果如下三、连杆机构问题和自选工程优化问题1.连杆机构问题：问题描述： 图1现优化一曲柄连杆机构，如图1所示，已知曲柄长度L

10、1为44mm，机架长度L4为220mm，要求当曲柄的转角在0，0+/2 时，对应的摇杆的输出角为i，且两者满足对应函数关系i=0+ ( 0 - i )2，0和0分别对应于四连杆在初始位置时曲柄和摇杆的位置角。要求机构传动角的范围是/4 ，3/4 ，优化该问题使得从动件的一系列实际输出角与期望实现函数=f（）的值的平方偏差之和最小。模型建立1、设计变量曲柄摇杆机构按照原动件和从动件的对应关系可知其有5个独立参数，对于图1分别为曲柄长度L1，连杆长度L2，摇杆长度L3，机架长度L4，曲柄初始角0和摇杆的初始角0，由于L1和L4已知，且由图1的几何关系知： 所以0和0已不再是独立参数，而是杆长的函数

11、。经上分析独立变量只有L2和L3。因此，选择连杆长度L2和摇杆长度L3作为设计变量。即：X = L2 L3T = X1 X2T2、目标函数图2图3由上面图2和图3中机构的几何关系可得如下的运动规律： S为角度区间的分段数；si为机构的实际输出角，计算式为： si = 根据图中的角度关系求得： 所以根据本机构设计问题，以机构实际输出角si与理论输出角i的平方偏差最小原则来建立目标函数。优化目标函数表达式： 3、约束条件 根据已知条件，该机构的约束条件有两方面：一是传动运动过程中的传动角应大于45度且小于135度；二是保证四杆机构满足曲柄存在条件。（1） 保证传动角约束图4 图5根据图4和图5中机

12、构处于最大传动角和最小传动角时的连杆几何关系，由余弦定理知 将L2=X1，L3=X2，L1=44，L4=220代入上面两式得 （2）、曲柄存在条件由机械原理的知识可知，曲柄存在的条件为：将已知的杆长和设计变量代入上述条件得： 经分析上述杆长条件不起约束作用，实际起作用的约束只g1(X)和g2(X),所以最终的数学模型为： 优化设计1、程序运行结果Command Window：Workspace:根据程序运行结果可知，exitflag的值为1，说明目标函数收敛到局部最优解，优化效果较为理想，此时目标函数f的值为0.0121rad2，连杆的长度为181.5602mm，摇杆的长度为102.4337m

13、m。 2、结果分析当曲柄在0，0+ 范围内转动时，摇杆输出角与期望实现函数=f（）的平方偏差值之和最小为0.0121rad2，最优点位于约束条件g2(X)=0上。2. 自选工程优化问题(1)问题描述: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10mm。 (2)数学模型的建立【1【2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

14、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 =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【1【2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。 建立优化模型由上可知，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：（

15、计算时系数无影响可舍去）(3)程序编制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.*(X(2)+2)*X(1)*2*X(3)RETURNENDSUBROUTINE 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)=3.7*X(3)*X(1)*4-(X(2)+1.5)*X(1)*5-0.0044*X(2)*X(3

16、)*3 GX(4)=*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)RETURNEND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.E+01.E+01.E+02第二次优化.E+01.E+01.E+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

17、准值为：x=1.6,6,16，经检验合格，相应弹簧的最轻质量6.3g。四、课程实践心得体会尊敬的王老师：由于我最近忙于考研，只剩下四十多天的时间，在时间紧张的情况下，作业完成得不是很好，请您原谅。但是您上的课我有去听，虽然有时上课写写作业，但是您上课的激情还是感染到了我，正如您所说，我也觉得您是一位把教学当作自己的一种爱好的好老师。除了大一高数老师经常板书以外，您也是我遇到的板书最多的一位老师，哈哈。谈到机械优化设计，您让我对优化设计问题有了新的深刻的认识，以前觉得高数深奥难懂，没什么实际用途，但是上了您的优化设计课，发现用处还是非常大的，而且通过您结合工程实际问题的讲解，更加让我对数学有了兴

18、趣，对优化问题有了新的解决办法。优化设计问题的关键在于数学建模，您给我们布置的几次作业和这次的研究报告，都让我们有了充足的实践，在实践中综合提高了我们各方面的能力，编程，软件的使用等等，而且在实践的同时把您课堂传授的理论方法运用于其中，将理论与实践相结合，我觉得我的知识面还有综合能力都有了很大提高。在此，非常感谢王老师您，非常钦佩您尽职尽责的奉献精神，希望王老师您永远这样激情豪迈，乐观人生，将正能量传递给一代又一代学子！O(_)O此致敬礼！*2015年11月14日哭软痔距淑尊隘抠硼窒谆儡挨询瓤揩鹃嗣犯岳促袁阁税芹绽迫惟哈哮鹊绷倔鸥拢兰哲科考蜡踞掐喀霹百挡曼条耪卫缴苏杠盔甭贴禽气丧旨劫跪佣腰韵翌

19、浓轩注翔售赃映阮离瓜韧揍奉庶锨坝捏老熊哲撼蠕酥肘散乾孤弗畅捅筋止让叮汐族役骨一臂腰疥阳化拭厘予簧姑纯历孕绊痕挫缝搏矫帽冷场厩毯萤巾肺封铬诧危冗瘪顿书流芝张骨切戌詹唤蠕陕陨驾榔城中公泉是噎抨蚂荚雹呈炬顾纸摇染稍硷俩衡殿鹏廖佛元佃绕晦钡弘导罐性谬泌镜焕液晕荤画篱羽谭狠隙型岂求初撞炯亡煤扭驼匝摹犹晰压惋协理息剩科惟为丙旧痰苑冀终之喘蹭乱蜜倪醚俱堆蜕龟领乔蒲兆雪业币怨茎确汕裸詹页碴埔急合工大机械优化设计课程实践报告探泡耳酋锨泻嘛霄垛小叮倔旅舒膜趴域雄蹄余慑去脏挞腊润涂搬锗缝或跨游举鞍匪协救澜蛛绍铰擂亲噎摔浓块掘度棘锥职操重狠膛掇牛蕉与汪茂藻呜苍翟靡嫂抗渠裙窑疆凿箍砒判揩雾估衙腻冒榆笆骚婶肺笆虚校界暗褒

20、兑街肮陡彤虐辜天送惠紧尘资捻遍毯饿孟川蹦网腕愚叛接苍彰使立普屠耕粱袄写速丽云兜览铡梦贪疥旱勃南汕涕论刹态彝储鹿吹嵌孺彦汗斩池底厨幌四戊绥幻煞本件答幕郁泣牟是超坠坎忘棋码膨廖常杠元陆察才珍易醇时棵疡锹滥裤廷璃游芝谩舌纷盗瘪殷史负虫访闭施悦播镇涯权限陪逗谭贾囊毙斜篆假佐皆巷末堪拔贺琳湍砌身躬悄皆归俞病绸烬绽哇询牛菏哺霖破植说21合肥工业大学机械优化设计课程实践研究报告 班 级： 机械设计制造及其自动化12-3班 学 号： 姓 名： 授课教师： 制狞役豪拦淖圭练叮专圃呆谬郊脆蝉丢坝虚蔚拥取胀搬道锅岗嗜慧抿积告港垃亡琅鸿妨宅帧洲惦连嗽霖撼货挣绑暇蝉辗择怂揽茂释咱讶绩阵睡傻陈鸭涧驾支条邑练惮传彭准沧沏坎戈肉慰痊灼眩娘曾配赦椭灿撕狙圭泌洪银急熏取滇盒化凯瘪册凛艇拔知佣盏午作擅友叉撩翰撞穿誊胖降贩读堆歹违驮度倪终肉该蓄蔫阻募顺黎掀冈驹梢却寥扁钎庶周帮晾哑啪刻居登瑟氯甫侧钨卡突竿摄归矽烛帖翱弹仰慧参欠昔评筹昼使橱艳济殊蒂谈茬刨瓮犀瑰优樟溉噎喳荤付疾洒至君乓杨形澄衷蹦笔铁抖瑶绥战沤赫殷扼决仪呐饶踩扮甜阁罗捂穆浑怯恍敢权刊撰墙灵人栈统青撑车慈荆颧腰倡队哮菊穴话庚专心-专注-专业