机械优化设计实验指导书

1、精品 料推荐前言机械优化设计是一门实践性很强的课程， 必须通过实际上机操作运用各种优化方法程序来达到：1、加深对机械优化设计方法的基本理论和算法步骤的理解；2、培养独立编制计算机程序的能力；3、掌握常用优化方法程序的使用；4、培养灵活运用优化方法解决工程设计问题的能力。因此，本课程在课堂教学过程中安排适当的时间上计算机运算。本书作为上机实验的指导书，旨在对每次实验目的内容提出具体要求，并加以考核。实验报告内容每次上机实验后，学生要做一份完整的实验报告，实验报告内容应包括：1、优化方法的基本原理简述；2、自编优化方法源程序。3、考核题的优化结果及其分析；4、具体工程设计问题的数学模型、优化设计结

2、果及其分析。0精品 料推荐实验一一维搜索方法（黄金分割法或二次插值法）1、目的：加深对一维搜索方法的确定区间的进退法和缩短区间的黄金分割法或二次插值法基本原理的理解2、内容：按所给程序框图编制上机程序，上机输入、调试并运行程序，或调试并运行已给程序，用所给考核题进行检验。3、考核题（00，h0=0.1,=0.001 ）(1)min f ( t )t 210t36(2) min f ( t ) t 45t 34t 26t 60(3) min f ( t ) ( t 1)( t 2 )2(4)min f ( x )x 22e x(5) 求函数 f ( x ) x14x13 x2 x12 x2 x3

3、x1 x2 x3 x4 自点 x k( 0, 1, 2, 3 )t 出发，沿方向 d( 1,2,3,4 )t 的最优步长因子 和在 d 方向的极小点 x* 和极小值f(x * ) 。1精品 料推荐实验二多维无约束优化方法（鲍威尔法或拟牛顿法）1、目的：加深对所学多维无约束优化方法基本原理的理解，增强编制和调试程序的能力，懂得如何在多维无约束优化方法中调用一维搜索方法程序。2、内容：按所给程序框图编制上机程序，上机输入、调试并运行程序，或调试并运行已给程序，用所给考核题进行检验。3、考核题(1) min f ( x )3x12( x221)22( x3 2)2x4210初始点： x 0( 0,0

4、,0,0 )t 或 x0( 10 ,20,30,40 )t(2) min f ( x )4( x1 5 )2( x2 6 )2初始点： x 0( 8,9 )t(3) min f ( x )x12x22x1 x2 10 x1 4x2 60初始点： x 0( 5,10 )t(4) min f ( x )( x12x2 11 )2( x1 x227 ) 2初始点： x 0(1,1 )t(5) minf ( x )(x1212x2 1)2( 49x1249x2284x1 2324 x2 681) 2初始点：x 0(1,1 )t2精品 料推荐实验三多维约束优化方法（惩罚函数法或复合形法）1、目的：加深对

5、所学多维约束优化方法基本原理的理解，增强编制和调试程序的能力，懂得如何在多维约束优化方法中调用多维无约束优化方法程序。2、内容：按所给程序框图编制上机程序，上机输入、调试并运行程序，或调试并运行已给程序，用所给考核题进行检验。3、考核题(1)min f ( x ) 6010 x14 x2stg1 ( x )x10g1 ( x )x210g3( x )6x10g4 ( x )8x20g5( x )11x1x2x12x22x1 x20(2) min f ( x ) ( x12 )2( x2 1)2s t g1 ( x )x12x20g 2 ( x ) 2 x1x20(3)min f ( x ) x

6、23 ( x13) 29 /27 3stg1 ( x ) x1 / 3x20g 2 ( x )x1x2 / 30g 3 ( x )x1x2 / 360g 4 ( x )x10g 5 ( x )x203精品 料推荐实验四实际工程设计问题的优化设计1、目的：加深对所学各种优化方法基本原理、特点的理解，增强灵活运用各优化方法解决工程实际问题的能力。2、内容：1）建立实际工程设计问题的数学模型；2）运用自编的优化设计程序或所给程序解决所建立数学模型；3）对运行计算结果进行分析。4、设计题目：1）梯形截面容器的优化设计问题用长 l =24cm ，宽 b =14cm的铁皮制成梯形截面容器， 求斜边长 x1

7、 倾角 x2 多大时，容积 v 最大？x2bx 1l2）平面四连杆机构优化设计l 1 从 0 转到 m= 0时，摇杆 l 3设计一曲柄摇杆机构，要求曲柄0的转角e= 0+2(+90最佳再现已知的运动规律： 0) 2/3 ，且已知14=5,0为极位l =1, l夹角，其传动角允许在 4501350 范围内变化4精品 料推荐3）人字架优化设计问题f。已知人字架跨度 b人字架由两个钢管构成，其顶点受外力52 =3 10 n2，钢管壁厚t，钢管材料的弹性模量e=2.15，材料密=152cm=0.25cm10 mpa33，许用压应力y不超过许用应力度 =7.8 10 kg/m=420mpa，求在钢管应力y 和失稳临界应力e 的条件下，人字架的高h 和钢管平均直径 d 为多少时，使钢管总质量 m为最小。4）销轴结构参数的优化设计问题已知pm