机械结构优化设计概述课件.ppt
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1、机械结构优化设计概述 XUJI POWER 2/15/2023 v1.0优化设计的基本概念 1-1 1-1 绪论绪论1-2 1-2 优化设计问题的示例优化设计问题的示例1-3 1-3 优化设计的数学模型优化设计的数学模型 XUJI POWER 2/15/2023 v1.01-1 绪论 XUJI POWER 2/15/2023 v1.01-1 绪论 XUJI POWER 2/15/2023 v1.0 XUJI POWER 2/15/2023 v1.0结构设计设计满足工作需要的结构 XUJI POWER 2/15/2023 v1.0 XUJI POWER 2/15/2023 v1.0 XUJI P
2、OWER 2/15/2023 v1.0n结构优化设计 XUJI POWER 2/15/2023 v1.0 XUJI POWER 2/15/2023 v1.0机械优化设计机械优化设计 就是把机械设计与优化设计理论及方法相结合,就是把机械设计与优化设计理论及方法相结合,借助电子计算机,自动寻找实现预期目标的最优设计方案和借助电子计算机,自动寻找实现预期目标的最优设计方案和最佳设计参数。最佳设计参数。优化设计流程优化设计流程 常规设计流程常规设计流程 XUJI POWER 2/15/2023 v1.0机械优化设计应用机械优化设计应用实例实例 美国波音飞机公司对大型机翼用美国波音飞机公司对大型机翼用1
3、38个设计变量进行结构个设计变量进行结构优化,使重量减少了三分之一;大型运输舰用优化,使重量减少了三分之一;大型运输舰用10个变量进行优个变量进行优化设计,使成本降低约化设计,使成本降低约10%。实践证明,最优化设计是保证产品具有优良的性能,减轻实践证明,最优化设计是保证产品具有优良的性能,减轻自重或体积,降低产品成本的一种有效设计方法。同时也可使自重或体积,降低产品成本的一种有效设计方法。同时也可使设计者从大量繁琐和重复的计算工作中解脱出来,使之有更多设计者从大量繁琐和重复的计算工作中解脱出来,使之有更多的精力从事创造性的设计,并大大提高设计效率。的精力从事创造性的设计,并大大提高设计效率。
4、XUJI POWER 2/15/2023 v1.0 优化设计就是借助最优化数值计算方法与计算优化设计就是借助最优化数值计算方法与计算机技术,求取工程问题的最优设计方案。机技术,求取工程问题的最优设计方案。优化设计包括:优化设计包括:(1)必须将实际问题加以数学描述,形成数学)必须将实际问题加以数学描述,形成数学模型;模型;(2)选用适当的一种最优化数值方法和计算程)选用适当的一种最优化数值方法和计算程序运算求解。序运算求解。XUJI POWER 2/15/2023 v1.0 已知:制造一体积为100m3,长度不小于5m,不带上盖的箱盒,试确定箱盒的长x1,宽x2,高x3,使箱盒用料最省。分析:
5、(1)箱盒的表面积的表达式;(2)设计参数确定:长x1,宽x2,高x3;(3)设计约束条件:(a)体积要求;(b)长度要求;x1x2x3 XUJI POWER 2/15/2023 v1.0123,x x x设计参数:设计参数:x1,x2,x3 设计目标:设计目标:min S=x1x2+2(x1x3+x2x3)约束条件:约束条件:x1 5 x2 0 x3 0 x1.x2.x3=100数学模型,ABxx XUJI POWER 2/15/2023 v1.01-3 优化设计的数学模型1结构优化设计的数学模型结构优化设计的数学模型结构优化设计可定义为:对于已知的给定参数,求出满足全部结构优化设计可定义为
6、:对于已知的给定参数,求出满足全部约束条件并使目标函数取最小值的设计变量的解。约束条件并使目标函数取最小值的设计变量的解。2设计变量设计变量设计变量指在设计过程中所要选择的描述结构特性的量,它的设计变量指在设计过程中所要选择的描述结构特性的量,它的数值是可变的。设计变量可以是各个构件的截面尺寸、面积、数值是可变的。设计变量可以是各个构件的截面尺寸、面积、惯性矩等设计截面的几何参数,也可以是柱的高度、梁的间距、惯性矩等设计截面的几何参数,也可以是柱的高度、梁的间距、拱的矢高和节点坐标等结构总体的几何参数。设计变量通常有拱的矢高和节点坐标等结构总体的几何参数。设计变量通常有连续设计变量和离散设计变
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