工程硕士论文之在机械工程中传统与现代优化方法的应用情况分析

来源：互联网   发布日期：2011-09-07 14:13:00   浏览：4254次  

　　摘要：本文介绍优化方法近年来在国内机械工程界的应用情况，包括传统优化方法的应用与改进、现代优化方法的应用;分析优化方法应用的发展趋势。
　　关键词：优化方法惩罚函数法遗传算法
　　前言
　　优化方法[1]是20世纪60年代随着计算机的应用而迅速发展起来，较早应用于机械工程等领域的设计。采用优化方法，既可以使方案在规定的设计要求下达到某些优化的结果，又不必耗费过多的计算工作量，因而得到广泛的重视，其应用也越来越广。本文介绍传统与现代优化方法近年来在国内机械工程界的应用情况，并展望优化方法应用研究的方向。
　　1传统优化方法的应用与改进
　　1.1传统优化方法的应用
　　从近几年发表的工程优化设计论文可以看出，传统优化方法仍有较为广泛的应用，具有不可忽视的作用。在机械工程领域，传统优化方法主要应用于机构或机械零部件的优化设计，在结构、形状、性能和可靠性等方面进行优化，改善了机械产品的质量，减轻了重量，提高了性能。在优化设计中，随机方向法、复合形法、增广拉格朗日乘子法、惩罚函数法等应用都十分广泛。
　　文献[2]采用约束随机方向法对无周向回油液体静压轴承进行优化设计，在相同系统刚度条件下，经优化设计后的静压轴承其总功耗减少了59%～75%。文献[3]以轧钢机上的无螺栓十字轴万向联轴器为例，利用复合形法对叉头的内轮廓进行形状优化设计。文献[4]将约束最优化问题的间接解法中有代表性的惩罚函数法和增广拉格朗日乘子法应用到配气机构五项式凸轮型线的最优化设计中。文献[5]采用内点惩罚函数法调用Powell，对螺栓组联接的实例进行可靠性优化设计，在保证可靠度要求的前提条件下，可靠性优化设计比常规优化设计可明显减小联接尺寸，降低所设计机器或部件的生产成本，取得较好的经济效益。
　　1.2传统优化方法的改进
　　随着工程问题的日益扩大，优化要面对的问题的规模和复杂程度的逐渐增大，传统优化方法解决这些问题时，就显露出了其局限性与缺陷，于是就出现了在分析现有算法的基础上，针对方法的不足或应用问题而做出的改进。
　　文献[6]针对广泛采用的基本复合形法存在着搜索不完全、映射系数取值不灵活、复形多样性保持差等缺陷，提出了相应的改进措施，如动态全域映射收缩算子以及最大冗余点映射准则，形成了一类新型的复合形法，大大提高了寻优成功率。文献[7]利用改进的离散变量惩罚函数法解决离散变量的工程问题，将整个优化过程分为连续变量惩罚函数法的初始优化、带离散变量的惩罚函数法优化和网格法检验三步进行，消除了优化变量初始值对优化结果的影响，使优化结果更为准确合理。文献[8]提出了连续变量及非均匀离散变量的均匀离散化处理方法，并借鉴离散变量的搜索优化法，在连续变量的复合形法基础上，探讨了一种求解有约束非线性混合离散变量的优化设计问题的方法——混合离散复合形法，该算法可用于工程结构优化设计中，其结果不需圆整，解题可靠性和效率大大提高。
　　1.3惩罚函数法
　　惩罚函数法，是约束优化问题中一种比较常用的间接解法。
　　文献[9]采用基于Powell的内点惩罚函数法对实际偏心摆式飞剪机剪切机构进行优化设计，使飞剪机的机械参数满足了剪切过程要求，同时提高了飞剪机剪切性能和轧件的剪切质量。文献[10]运用内点惩

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