机械优化设计及其在现代机械设计中的应用.docx

机械优化设计
及其在现代机械设计中的应用

学院：机械工程学院
年级：2009级5班
姓名：余超汉
指导教师：张迎辉

2012-11-25

目录

TOC\o"1-3"\h\z\u
HYPERLINK\l"_Toc341622581"第一章、当今常用优化算法的发展概况 PAGEREF_Toc341622581\h1
HYPERLINK\l"_Toc341622582"1.1无约束优化设计方法 PAGEREF_Toc341622582\h2
HYPERLINK\l"_Toc341622583"梯度法 PAGEREF_Toc341622583\h2
HYPERLINK\l"_Toc341622584"牛顿型方法 PAGEREF_Toc341622584\h2
HYPERLINK\l"_Toc341622585"共轭梯度法 PAGEREF_Toc341622585\h3
HYPERLINK\l"_Toc341622586"坐标轮换法 PAGEREF_Toc341622586\h3
HYPERLINK\l"_Toc341622587"鲍威尔方法 PAGEREF_Toc341622587\h4
HYPERLINK\l"_Toc341622588"1.2约束优化设计方法 PAGEREF_Toc341622588\h4
HYPERLINK\l"_Toc341622589"直接解法 PAGEREF_Toc341622589\h4
HYPERLINK\l"_Toc341622590"间接解法 PAGEREF_Toc341622590\h6
HYPERLINK\l"_Toc341622591"1.3多目标优化方法 PAGEREF_Toc341622591\h8
HYPERLINK\l"_Toc341622592"主要目标法 PAGEREF_Toc341622592\h8
HYPERLINK\l"_Toc341622593"加权和法 PAGEREF_Toc341622593\h8
HYPERLINK\l"_Toc341622594"理想点法 PAGEREF_Toc341622594\h9
HYPERLINK\l"_Toc341622595"第二章、优化方法在现代机械设计中的应用 PAGEREF_Toc341622595\h9
HYPERLINK\l"_Toc341622596"第三章、优化方法与CAD\CAE等软件结合 PAGEREF_Toc341622596\h9
HYPERLINK\l"_Toc341622597"第四章、学生如何应用工具完成产品设计 PAGEREF_Toc341622597\h10
HYPERLINK\l"_Toc341622598"参考文献 PAGEREF_Toc341622598\h11


机械优化设计
及其在现代机械设计中的应用
机械09-5余超汉

摘要：机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用,其基本思想是根据机械设计的理论,方法和标准规范等建立一反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型,然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。作为一门新兴学科，它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上，通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案，使期望的经济指标达到最优，它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题。优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法。因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。本文论述了优化设计方法的发展背景、流程，并对无约束优化及约束优化不同优化设计方法的发展情况、原理、具体方法、特点及应用范围进行了叙述。另外，选择合适的优化设计方法是解决某个具体优化设计问题的前提，而对优化设计方法进行分析、比较和评判是其关键，本文分析了优化方法的选取原则。之后对并对近年来出现的随机方向法、遗传算法、蚁群算法和模拟退火算法等新兴优化方法分别进行了介绍。本文以交通领域中建立最优交通网路为例说明了优化设计方法的应用特点。
关键词：机械优化设计、约束、现代机械设计、特点、选取原则

第一章、当今常用优化算法的发展概况
优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以得出不同的分类。下面我将按约束情况，可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法。
1.1无约束优化设计方法
1.1.1梯度法
算法：
由于梯度法是以负梯度方向作为搜索方向，所以称为梯度法，又称为最速下降法。梯度法是一个求解极值