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机械优化设计综述与展望(图文)

时间:2011-04-23  作者:秩名
(4)数学模型的尺度变换

因各设计变量、各目标函数、各约束函数表达意义的不同,将可能使得各自在量级上相差很大,从而导致在给定的搜索方向上各自的灵敏度差距也很大。灵敏度大的搜索变化快,灵敏度小的搜索变化慢。科技论文。为消除这种差别,可以对其进行重新标度。使它成为无量纲或规格化的设计变量,即进行目标函数尺度变换、设计变量尺度变换和约束函数的规格化,以提高优化进程,提高结果进度,加快收敛速度。

(5)优化程序中易忽略的问题

注意检验变量是否在函数定义域内,防止无效变量生成而导致优化计算失败;注意函数表达式中分母出现非常小或等于0情况的处理,避免数值溢出;用函数值的数值差分计算梯度,尽量避免函数与导数值之间的不一致性。

4.优化软件的应用

以上所述的优化进程所需重视的问题主要是针对优化软件的专门研制领域的,且优化设计工作者可据实际需求选择最合适的方法,较灵活的改变和组合各类设计思路,但这对设计者的综合优化理论知识背景要求较高。而对于通用机械,大批量生产的零部件的优化设计问题,更多的是考虑优化效率和快速的市场投入,从而针对普通设计的通用性较好的商业化优化软件也就应运而生。

随着商业化软件市场的逐步扩大,大型综合性强的优化软件更是具有广阔的发展前景。近十多年来,国内外不断开发和研制新的软件继承系统,扩大了软件的通用性和普及性。功能较强的软件通常包括:造型、绘图装配与零件设计、机构设计、有限元分析、注塑流场分析,数据交换与传输,加工等等,功能几乎涵盖设计和制造的全过程。

目前,机械优化领域应用较广的国外软件主要有Abaqus/Ansys/Nastran/MSC.Marc/MSC.Nastran/I-DEAS/Tosca/SAP/SuperSAP/Access3/Boss-quattro/Sapop/Astro/Oasis[13]/Catia/Cad/Solidworks/UG/Moldflow[14]等,且常用的优化设计语言GAMS/LINGO/MATLAB[9]/Fortran等。国内自行开发的软件如平面连杆机构优化设计程序(KOGEOP)/齿轮连杆机构优化设计程序(RAEKOP)[3]/DDDU-2/TCJY[15]/NEUMAX[16]。近几年来,Ansys与matlab的应用尤为广泛,优化设计的领域也不断扩展,如文献[17~28]中,磁流变阻尼器磁路/飞机炮舱段结构/大跨度斜拉桥/汽车车架/水下结构声学/行星齿轮传动可靠性/圆柱齿轮或齿轮减速器/复杂机构运动/包装容器结构尺寸/整体法兰/潜艇耐压液舱结构/弹性双棘爪棘轮机构等。可见,软件已经很成熟的运用于通用机械设计中,这大量简化了设计优化的繁重数学建模和编程工作,加快了机械设计的进程。

5.未来前景

机械优化设计给机械工程界带来了巨大经济效益,随着技术更新和产品竞争的加剧,优化设计的发展前景非常的广阔。当今的优化正逐步的发展到多学科优化设计,充分利用了先进计算机技术和科学的最新成果。虚拟设计技术是发展到必然,仿真技术也将更加趋于协同化和系统化。

尚处于理论探索阶段的结构拓扑优化[29]、智能算法优化设计、结构动态性能优化设计、柔性机械优化[30]、绿色优化、可靠性稳健设计、基于仿生学/遗传学算法的优化设计、机械人性化设计和可持续性创新优化等都是未来机械优化设计的发展方向。

但我们仍需关注的是,在优化技术水平得到了提高的同时,国内机械加工或工艺水平、加工手段和制造技术也应配套提升才行,否则整体机械水平仍然将停滞不前。这不仅要加工技术的引进,更重要的是加工设备的性能提升,尤其是数控机床的加工水平。加强与国际技术发达国家的合作和交流,软硬件技术共同提升,以期达到机械设计-加工一体化的目标。


参考文献:
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