《机械优化设计》课程实践报告

1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11-4班学号：姓名：授课老师：王卫荣日期：2014年4月25日2一、研究报告内容：1、λ＝0.618的证明、一维搜索程序作业；2、单位矩阵程序作业；3、连杆机构问题＋自行选择小型机械设计问题或其他工程优化问题；（1）分析优化对象，根据设计问题的要求，选择设计变量，确立约束条件，建立目标函数，建立优化设计的数学模型并编制问题程序；（2）选择适当的优化方法，简述方法原理，进行优化计算；（3）进行结果分析，并加以说明。4、写出课程实践心得体会，附列程序文本。5、为响应学校2014年度教学工作会议的改革要求，探索新的课程考核评价方法，特探索性设立一开放式考核项目，占总成绩的5%。试用您自己认为合适的方式（书面）表达您在本门课程学习方面的努力、进步与收获。（考评将重点关注您的独创性、简洁性与可验证性）。二、研究报告要求1、报告命名规则：学号－姓名－《机械优化设计》课程实践报告.doc2、报告提交邮址：[e-mail]（收到回复，可视为提交成功）。追求：问题的工程性，格式的完美性，报告的完整性。不追求：问题的复杂性，方法的惟一性。评判准则：独一是好，先交为好；切勿拷贝。3尊敬的王老师：您好！对于本次作业拖到最后才交，实在不好意思，只因为了追求作业的质量，通过自己的努力去完成好本次作业，而不是随便去复制一些东西，就算复制的也一一进行了相关验证，争取做到正真的掌握。本次作业程序部分是运用visualstudio2013进行编程，并运行成功！同时，为了便于以后进行相关操作，将运用0.618法的一维搜索作业和单位矩阵程序作业的编程编辑成软件。软件运行环境：在装有visualstudio2013的计算机上。运行步骤：打开“20110486朱谢飞优化设计作业程序包”文件夹——打开“bin”文件夹——打开“Debug”文件夹——点击“windowsformsapplication1.exe”。同时为了方便操作，将三个程序运行段的控制放在一个控制面板上，Form1是0.618法第一题控制面板，Form2是0.618法第二题控制面板，Form3是单位矩阵控制面板，以上三个面板之间可以直接通过控制面板上的控制按钮进行切换。具体软件和相关程序见“20110486朱谢飞优化设计作业程序包”文件夹。第三部分采用MATLAB对螺栓组联结进行优化设计。41、λ＝0.618的证明、一维搜索程序作业；1.1λ＝0.618的证明证明：0.618法要求插入点α1、α2的位置相对于区间[a，b]两端点具有对称性，即已知a1=a2,要求α11=α22由于α1=b-λ(b-a)α2=a+λ(b-a)若使α11=α22则有：b1-λ(b1-a1)=a2+λ(b2-a2)=a1+λ2(b1-a1)因此:b1-a1=(λ2+λ)(b1-a1)(b1-a1)(λ2+λ-1)=0因为:b1=a1所以:λ2+λ-1=0则有:取方程正数解得若保留下来的区间为[α1，b]，根据插入点的对称性，也能推得同样的λ的值。其0.618法的程序框图如下:561.2编写用0.618法求函数极小值的程序例：（1）a=0，b=2π，f（x）=cox（x）（2）a=0，b=10，f（x）=（x-2）2+3（1）程序usingSystem;usingSystem.Collections.Generic;usingSystem.ComponentModel;usingSystem.Data;usingSystem.Drawing;usingSystem.Linq;usingSystem.Text;usingSystem.Windows.Forms;namespaceWindowsFormsApplication1{publicpartialclassForm1:Form{publicForm1(){InitializeComponent();}privatevoidbutton1_Click(objectsender,EventArgse){inti=0;doublea1,a2,aa,y1,y2,ymin,ei;doublea=0,b=2*3.14159,lambda=0.618;a1=b-lambda*(b-a);a2=a+lambda*(b-a);y1=Math.Cos(a1);y2=Math.Cos(a2);ei=System.Convert.ToDouble(textBox1.Text);for(i=0;i=10000;i++){if((y1y2)||(y1==y2)){a=a1;a1=a2;7y1=y2;a2=a+lambda*(b-a);y2=Math.Cos(a2);}if(y1y2){b=a2;a2=a1;y2=y1;a1=b-lambda*(b-a);y1=Math.Cos(a1);}if(Math.Abs((b-a)/b)ei){if(Math.Abs((y2-y1)/y2)ei){aa=(a+b)/2;ymin=Math.Cos(aa);label2.Text=x=+aa+\r+\r+f(x)=+ymin;break;}}}}privatevoidbutton2_Click(objectsender,EventArgse){this.Hide();Form2frm2=newForm2();frm2.ShowDialog();}privatevoidbutton3_Click(objectsender,EventArgse){this.Hide();Form3frm3=newForm3();frm3.ShowDialog();}}}8运行结果：(2)程序usingSystem;usingSystem.Collections.Generic;usingSystem.ComponentModel;usingSystem.Data;usingSystem.Drawing;usingSystem.Linq;usingSystem.Text;usingSystem.Windows.Forms;namespaceWindowsFormsApplication19{publicpartialclassForm2:Form{publicForm2(){InitializeComponent();}privatevoidbutton1_Click(objectsender,EventArgse){inti=0;doublea1,a2,aa,y1,y2,ymin,ei;doublea=0,b=10,lambda=0.618;a1=b-lambda*(b-a);a2=a+lambda*(b-a);y1=Math.Pow((a1-2),2)+3;y2=Math.Pow((a2-2),2)+3;ei=System.Convert.ToDouble(textBox1.Text);for(i=0;i=10000;i++){if((y1y2)||(y1==y2)){a=a1;a1=a2;y1=y2;a2=a+lambda*(b-a);y2=Math.Pow(a2-2,2)+3;}if(y1y2){b=a2;a2=a1;10y2=y1;a1=b-lambda*(b-a);y1=Math.Pow((a1-2),2)+3;}if(Math.Abs((b-a)/b)ei){if(Math.Abs((y2-y1)/y2)ei){aa=(a+b)/2;ymin=Math.Pow((aa-2),2)+3;label2.Text=x=+aa+\r+\r+f(x)=+ymin;break;}}}}privatevoidbutton2_Click(objectsender,EventArgse){this.Hide();Form1frm1=newForm1();frm1.ShowDialog();}privatevoidbutton3_Click(objectsender,EventArgse){this.Hide();Form3frm3=newForm3();frm3.ShowDialog();}}}11运行结果：2、单位矩阵程序作业编写生成单位矩阵的程序程序文本usingSystem;usingSystem.Collections.Generic;usingSystem.ComponentModel;usingSystem.Data;usingSystem.Drawing;usingSystem.Linq;usingSystem.Text;usingSystem.Windows.Forms;namespaceWindowsFormsApplication1{publicpartialclassForm3:Form12{publicForm3(){InitializeComponent();}privatevoidbutton1_Click(objectsender,EventArgse){int[,]arr=newint[100,100];doubleN;inti,j;stringli=;N=System.Convert.ToDouble(textBox1.Text);/*****制作表头*****///for(i=0;iN;i++)/*****横行序号*****///li=li+System.Convert.ToString(i+1);//li=li+\r;//for(i=0;iN+1;i++)//li=li+--------------;/*****分割线*****///li=li+\r;for(i=0;i100;i++)/*****数组赋值*****/for(j=0;j100;j++){if(i==j)arr[i,j]=1;elsearr[i,j]=0;}for(i=0;iN;i++)/*****输出所需数组*****/{//Console.Write(i+1);if((i+1)10){li=li+第+(i+1)+行+;/*****纵列序号10*****/}elseli=li+第+(i+1)+行+;for(j=0;jN;j++){13li=li+System.Convert.ToString(arr[i,j]);li=li+;}li=li+\r+\r;}label2.Text=li;}privatevoidbutton2_Click(objectsender,EventArgse){this.Hide();Form1frm1=newForm1();frm1.ShowDialog();}privatevoidbutton3_Click(objectsender,EventArgse){this.Hide();Form2frm2=newForm2();frm2.ShowDialog();}}}14结果显示从键盘输入15，显示15阶单位矩阵，结果如下153、连杆机构问题＋自行选择小型机械设计问题或其他工程优化问题；（1）分析优化对象，根据设计问题的要求，选择设计变量，确立约束条件，建立目标函数，建立优化设计的数学模型并编制问题程序；（2）选择适当的优化方法，简述方法原理，进行优化计算；（3）进行结果分析，并加以说明。3.1连杆机构问题描述图3-1机构简图设计一曲柄连杆摇杆机构，要求曲柄l1从从时，摇杆的转角最佳再现已知的运动规律：且=1，=5，为极位角，其传动角允许在范围内变化。3.1.1数学模型的建立设计变量：这里有两个独立参数和。因此设计变量为目标函数：将输入角分成30等分，并用近似公式计算，可得目标函数的表达式约束条件：GX(1)=-X(1)0GX(2)=-X(2)0GX(3)=-(X(1)+X(2))+6.00GX(4)=-(X(2)+4.0)+X(1)0GX(5)=-(4.0+X(1))+X(2)0GX(6)=-(1.4142*X(1)*X(2)-X(1)**2-X(2)**2)-16