機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)

內(nèi)容概要

　　本書共十章。第一章至第三章闡述機(jī)械化設(shè)計(jì)的基本概念、數(shù)學(xué)模型和若干理論基礎(chǔ)；第四章至第六章闡述單目標(biāo)、連續(xù)變量常用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的原理、迭代過程及算法框圖；第七、八章分別介紹多目標(biāo)函數(shù)和離散變量的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法；第九、十章進(jìn)一步闡述優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型建立及求解中的若干問題，通過實(shí)例介紹應(yīng)用優(yōu)化方法進(jìn)行機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程。書末附有習(xí)題和常用的優(yōu)化設(shè)計(jì)程序，供讀者進(jìn)行作業(yè)練習(xí)和上機(jī)實(shí)踐。全書編寫力求深入淺出，著眼于基本概念和實(shí)際應(yīng)用。
　　本書用作高等工科院校機(jī)械類、近機(jī)類專業(yè)的教材和從事機(jī)械設(shè)計(jì)及其他工程設(shè)計(jì)的技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

第一章 引論
第二章 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本要素及數(shù)學(xué)模型
§2-1 設(shè)計(jì)變量
§2-2 約束條件
§2-3 目標(biāo)函數(shù)
§2-4 最優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型
第三章 優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的若干理論基礎(chǔ)
§3-1 優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的幾何意義
一、目標(biāo)函數(shù)的等值面(線)
二、約束最優(yōu)解和無約束最優(yōu)解
三、局部最優(yōu)解和全域最優(yōu)解
§3-2 無約束目標(biāo)函數(shù)的極值點(diǎn)存在條件
一、函數(shù)的極值與極值點(diǎn)
二、極值點(diǎn)存在的條件
§3-3 函數(shù)的凸性
一、凸集與非凸集
二、凸函數(shù)的定義
三、凸函數(shù)的基本性質(zhì)
四、凸函數(shù)的判定
五、函數(shù)的凸性與局部極值及全域最優(yōu)值之間的關(guān)系
§3-4 約束極值點(diǎn)存在條件
§3-5 最優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)值計(jì)算迭代方法
一、迭代法的基本思想及其格式
二、迭代計(jì)算的終止準(zhǔn)則
第四章 一維搜索的最優(yōu)化方法
§4-1 概述
§4-2 初始搜索區(qū)間的確定
§4-3 黃金分割法
一、消去法的基本原理
二、“0．618”的由來
三、迭代過程及算法框圖
§4-4 二次插值法
一、基本原理
二、迭代過程及算法框圖
第五章 多變量無約束優(yōu)化方法
§5-1 概述
§5-2 變量輪換法
一、變量輪換法的原理與計(jì)算方法
二、迭代過程及算法框圖
三、效能特點(diǎn)
§5-3 原始共軛方向法
一、共軛方向的基本概念
二、共軛方向的原始構(gòu)成
三、迭代過程及算法框圖
§5-4 鮑威爾法
一、基本原理
二、迭代過程及算法框圖
§5-5 梯度法
一、基本原理
二、迭代過程及算法框圖
三、效能特點(diǎn)
§5-6 牛頓法
一、基本原理
二、迭代過程及算法框圖
三、效能特點(diǎn)
§5-7 變尺度法
一、變尺度法的基本思想
二、構(gòu)造變尺度矩陣A(k)的基本要求
三、DFP法變尺度矩陣遞推公式
四、DFP法迭代過程及算法框圖
五、DFP法的效能特點(diǎn)
六、BFGS變尺度法
第六章 約束最優(yōu)化方法
§6-1 概述
§6-2 約束隨機(jī)方向搜索法
一、基本原理
二、初始點(diǎn)的選擇
三、隨機(jī)搜索方向的產(chǎn)生
四、迭代過程及算法框圖
§6-3 復(fù)合形法
一、基本原理
二、初始復(fù)合形的產(chǎn)生
三、迭代過程及算法框圖
§6-4 懲罰函數(shù)法
一、基本原理
二、外點(diǎn)懲罰函數(shù)法
三、內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)法
四、混合型懲罰函數(shù)法
第七章 多目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
§7-1 概述
§7-2 統(tǒng)一目標(biāo)函數(shù)法
一、線性加權(quán)組合法
二、目標(biāo)規(guī)劃法
三、功效系數(shù)法
四、乘除法
§7-3 主要目標(biāo)法
§7-4 協(xié)調(diào)曲線法
第八章 離散變量的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
§8-1 離散變量優(yōu)化的若干基本概念
一、離散設(shè)計(jì)空間和離散值域
二、非均勻離散變量和連續(xù)變量的均勻離散化處理
三、離散最優(yōu)解
§8-2 湊整解法與網(wǎng)格法
一、湊整解法
二、網(wǎng)格法
§8-3 離散復(fù)合形法
一、初始離散復(fù)合形的產(chǎn)生
二、約束條件的處理
三、離散一維搜索
四、離散復(fù)合形算法的終止準(zhǔn)則
五、重構(gòu)復(fù)合形
六、離散復(fù)合形法的迭代過程及算法框圖
第九章 有關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型及其求解中的幾個問題
§9-1 設(shè)計(jì)變量的選取
§9-2 目標(biāo)函數(shù)的建立
§9-3 約束條件的確定
§9-4 數(shù)學(xué)模型的尺度變換
一、設(shè)計(jì)變量的尺度變換
二、目標(biāo)函數(shù)的尺度變換
三、約束條件的尺度變換
§9-5 數(shù)據(jù)表和線圖的處理
§9-6 最優(yōu)化方法的選擇及其應(yīng)用程序
§9-7 計(jì)算結(jié)果的分析與處理
第十章 最優(yōu)化方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
§10-1 概述
§10-2 輪式車輛前輪轉(zhuǎn)向梯形四桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
§10-3 最小體積二級圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)
§10-4 套筒滾子鏈傳動的優(yōu)化設(shè)計(jì)
§10-5 盤式制動器的優(yōu)化設(shè)計(jì)
§10-6 四桿機(jī)構(gòu)再現(xiàn)預(yù)定軌跡的優(yōu)化設(shè)計(jì)
思考題與習(xí)題
附錄一 常用優(yōu)化方法參考程序
附錄二 在VB中適用的優(yōu)化設(shè)計(jì)參考程序
附錄三 機(jī)構(gòu)軌跡優(yōu)化實(shí)例程序應(yīng)用實(shí)踐
主要參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是將機(jī)械工程設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化問題，然后選擇適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)化方法，利用電子計(jì)算機(jī)從滿足要求的可行設(shè)計(jì)方案中自動尋找實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。這里我們將先介紹最優(yōu)化問題的提出及其最基本的概念，轉(zhuǎn)而進(jìn)一步闡述機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的意義。 無論做任何一件工作，人們總希望在一切可能的方案中選擇一個最好的方案，這就是最優(yōu)化問題。它是人們在長期生產(chǎn)實(shí)踐和理論研究中一直不斷探索的一個課題?，F(xiàn)舉兩個簡單的最優(yōu)化實(shí)例來引出和說明優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。 引例1—2 如圖1—2所示，在對稱人字架頂端作用一個P=294300N的靜載荷，人字架跨度B=1520mm，人字架桿件為壁厚T=2．5mm的空心圓管，材料的彈性模量E=2．119×105 MPa，許用壓應(yīng)力σy=690MPa。設(shè)計(jì)要求滿足強(qiáng)度條件和穩(wěn)定性條件，以變量參數(shù)D和H分別作為橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)，圖上每一個點(diǎn)（一組D、H值）相應(yīng)代表一個設(shè)計(jì)方案。按上述限制條件作出曲線g1（D，H）=0和g2（D，H）=0分別代表強(qiáng)度和穩(wěn)定性約束曲線，g3（D，H）=0和g4（D，H）=0表示變量參數(shù)D的邊界約束曲線，g5（D，H）=0和g6（D，H）=0表示變量參數(shù)H的邊界約束曲線。這些約束曲線所包圍的區(qū)域（在標(biāo)有陰影線里側(cè)）即為設(shè)計(jì)方案的可行域。可行域內(nèi)任一點(diǎn)（包括全部邊界上的點(diǎn)）均滿足所有約束條件，稱為可行點(diǎn)。任一可行點(diǎn)都代表滿足設(shè)計(jì)要求的一個可行方案。由人字架總體積V的計(jì)算公式表明V為D、H的函數(shù)V=f（D，H），給定一系列函數(shù)確定值V1，V2，V3，…（圖中V1=327694mm3，V2=545812mm3，V3=767993mm3，…）作出一系列相應(yīng)的體積函數(shù)等值線，這一系列體積函數(shù)等值線可反映該人字架體積變化規(guī)律。優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的就是在可行域中尋找人字架用料最?。碫最?。┑囊粋€可行設(shè)計(jì)點(diǎn)，現(xiàn)直觀地由圖進(jìn)行分析，可知這一點(diǎn)為強(qiáng)度約束線g1（D，H）=0和穩(wěn)定性約束線g2（D，H）=0的交點(diǎn)X*。圖解可得X*點(diǎn)相應(yīng)的D=47．7mm，H=513．1mm，使人字架用料最省（體積Vmin=694711．5mm3），這就是所求的最優(yōu)方案。

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《高等院校機(jī)械工程系列教材?機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)(第2版)》內(nèi)容的主要原則是保持第一版中業(yè)已形成的編寫特色，側(cè)重基本知識、基本理論及基本計(jì)算方法；力求深入淺出，著眼于基本概念和實(shí)際應(yīng)用；適度反映機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)代研究成果、信息以及設(shè)計(jì)創(chuàng)新；強(qiáng)化機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用；新增編寫在VB中適用的優(yōu)化設(shè)計(jì)參考程序和運(yùn)用實(shí)踐。

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