机械优化设计读书笔记

现代机械设计方法-优化设计--邓明松1.现代机械设计方法概述：在设计越来越显示其重要性的今天，掌握新的设计思想、应用新的设计方法和技术、采用新的设计工具，对于提高企业产品竞争力，具有非常重要的意义。现代机械设计对产品的设计已经不再仅仅考虑产品本身，而且还要考虑对系统和环境的影响;不仅要考虑技术领域，还要考虑经济、社会效益；不仅要考虑当前，还要考虑长远的发展。随着越来越多的新技术和新理论的产生，现代机械设计方法也呈现出多样性，以下是目前机械设计中常用的机械设计方法：优化设计(Optimaldesign)可靠性设计(Reliabilitydesign)计算机辅助设计(CAD)计算机辅助工程人机工程设计(Man-machineengineering，ergonomics)工业产品造型设计(Visualdesign)智能设计价值工程(Valueengineering)机械动态设计(Dynamicdesign)模块化设计(Modulardesign)反求工程(Inverseengineering)有限元法(Finiteelementmethod)相似性设计(Similaritydesign)系统化设计(Systematizationdesign)并行设计(Concurrentdesign)模态设计(Modaldesign)但是众多的设计方法，我们究竟该选用那一种设计方法呢？这就取决于我们所要运用的系统和产品了，可能在系统中我们运用一种或者几种设计方案，或者我们系统的子系统中运用一种设计方法另外一子系统中运用别的设计方法。比如我们设计某一系统时会用到可靠性设计和优化设计计算而且运用了有限元分析。每一种设计方法都不是孤立存在的，他们相互关联和嵌套的。机械优化设计概念：目前机械优化设计方法在现代机械设计中运用非常广泛，那么什么又是机械优化设计呢？优化设计(OptimalDesign)是将工程设计问题转化为最优化问题，利用数学规划的方法，借助于计算机(高速度、高精度和大存储量)的处理，从而满足设计要求的一切可行方案中，按照预定的目标寻找最优设计的一种设计方法。它是一种将设计变量表示为产品性能指标、结构指标或运动参数指标的函数(称为目标函数)，然后在产品规定的性态、几何和运动等其它条件的限制(称为约束条件)的范围内，寻找满足一个目标函数或多个目标函数最大或最小的设计变量组合的数学方法。机械优化设计一般过程为:a） 建立优化设计的数学模型。b） 选择适当的优化方法。c） 编写计算机程序。d） .准备必须的初始数据并上机计算。e） 对计算机求得的结果进行必要的分析。3.1优化设计的数学模型设计变量 —［工］、乂。、工彳■约束条件，=',2,…，p

&x）=0,i=l,2,…,qq<n目标函数minF（A-）=F（x1?x,…，xn）数学模型的三要素：设计变量、目标函数、约束条件3.1.1,设计变量的选择在充分了解设计要求的基础上，应根据各设计参数对目标函数的影响程度分析其主次，应尽量减少设计变量的数目，以简化优化设计问题。应注意各设计变量应相互独立，否则会使目标函数出现“山脊”或“沟谷”，给优化带来困难.。3.12.目标函数的确定把最重要的指标作为目标函数，其余的次要的指标可作为约束条件。对于一般机械，可按重量最轻或体积最小的要求建立目标函数；对应力集中现象尤其突出的构件，则以应力集中系数最小为追求的目标。对于精密仪器，应按其精度最高或误差最小的要求建立目标函数。3.1.3.约束条件的确定约束条件是就工程设计本身而提出的对设计变量取值范围的限制条件。4.优化方法选择原则：算法的通，在一定精度要求下，对各种不同特性的优化问题都能获得成功。计算目标函数的次数。在同样精度下，希望计算目标函数次数越少越好。计算时间。同样精度情况下，计算时间越少越好。优化设计分类：按目标函数的多少：单目标优化和多目标优化按所能求解的维数：一维优化和多维优化按约束情况：无约束优化和约束优化按求优的途径：数学迭代法、解析法、图解法数值迭代法：利用已有信息及再生信息进行试探及迭代求优的方法，便于采用计算机进行处理，是目前优化设计中广泛采用的方法。机械优化设计的作用：使传统机械设计中，求解可行解上升为求解最优解成为可能；使传统机械设计中，性能指标的校核可以不再进行；使机械设计的部分评价，由定性改定量成为可能；使零缺陷（废品）设计成为可能；大大提高了产品的设计质量，从而提高了产品的质量。机械优化设