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基于遗传算法的数控压齿机支撑体的优化设计

作　者: 胡威
导　师: 张德欣
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 固体力学
关键词: 优化设计优化算法遗传算法
分类号: TG61
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 20次
引　用: 1次
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内容摘要

优化设计为工程设计提供了—种新的设计方法,大大提高设计效率和设计质量,具有较明显的经济效益和社会效益。遗传算法是建立在自然选择和群体遗传学机理上的迭代、进化、具有广泛适用性的搜索方法,具有全局收敛性。首先,本文介绍了优化设计和机械优化设计的发展概况、存在的问题及对策以及遗传算法的发展状况。接着叙述了优化设计的基本理论、几种常规优化方法和遗传算法的相关理论,并简单介绍了去除无效约束遗传算法的思想。其次,本文结合工程背景,将数控压齿机支撑体的压齿工况作为优化设计建模的出发点,对简单工况下数控压齿机支撑体的物理模型进行了理论分析,合理地选取了设计变量、给出了以支撑体体积为目标函数的、以多个强度和刚度为约束条件的支撑体优化设计的数学表达式。然后,用Matlab数值分析软件,使用常规优化方法和遗传算法分别对支撑体进行优化,得出两种方法下各步迭代的相关数据、个体柱状图以及目标函数曲线图,并进行结果分析,通过对比表明了遗传算法的优越性。最后,对优化结果按工程要求进行处理后,选用Solid186单元,采用自上而下的建模方式,用ANSYS软件进行对应应力和位移的验算,给出应力图和位移图,通过应力图和位移图分析优化结果的正确性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-20
  1.1 优化设计的发展概况、问题及主要对策  11-13
  1.2 机械优化设计的发展概况、问题及主要对策  13-15
  1.3 遗传算法的发展状况及研究  15-17
  1.4 遗传算法在结构优化设计中的研究进展  17-18
  1.5 选题的目的和意义  18
  1.6 本文主要研究内容  18-20
第2章优化设计原理  20-29
  2.1 优化设计的数学模型  20-21
  2.2 优化设计数学模型的组成  21-27
    2.2.1 设计变量与设计空间  21-22
    2.2.2 约束条件与可行域  22-24
    2.2.3 目标函数与等值线  24-27
  2.3 迭代终止准则  27-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章常规优化方法基本理论  29-42
  3.1 一维搜索算法  29-33
    3.1.1 进退法确定搜索区间  29-30
    3.1.2 黄金分割法  30-32
    3.1.3 二次插值法  32-33
  3.2 无约束优化方法  33-37
    3.2.1 牛顿法  33-35
      3.2.1.1 基本牛顿法  33-34
      3.2.1.2 阻尼牛顿法  34-35
    3.2.2 变尺度法  35-37
      3.2.2.1 DFP变尺度法  35-36
      3.2.2.2 BFGS变尺度法  36-37
  3.3 约束优化方法  37-39
    3.3.1 二次规划法  37-39
      3.3.1.1 等式约束的二次规划法  37-38
      3.3.1.2 —般约束的二次规划法  38-39
  3.4 多目标优化的统一目标法  39-41
    3.4.1 加权组合法  40
    3.4.2 目标规划法  40-41
    3.4.3 功效系数法  41
  3.5 本章小结  41-42
第4章遗传算法模型分析  42-56
  4.1 遗传算法的生物学基础  42-43
  4.2 基本术语  43-44
  4.3 遗传算法的基本流程  44-45
  4.4 遗传算法的原理及实现方法  45-52
    4.4.1 编码方法  45-46
    4.4.2 适应度函数  46-47
    4.4.3 遗传算子  47-50
    4.4.4 遗传算法的运行参数  50-51
    4.4.5 约束条件的处理方法  51-52
    4.4.6 循环终止的条件  52
  4.5 去除无效约束的遗传算法  52-55
  4.6 本章小结  55-56
第5章支撑体优化设计  56-71
  5.1 支撑体优化物理模型的建立  56-57
  5.2 支撑体优化数学模型的建立  57-61
    5.2.1 设计变量的选取  57
    5.2.2 目标函数的建立  57-58
    5.2.3 约束条件的确定  58-61
  5.3 优化计算  61-70
    5.3.1 相关常量的确定  61-62
    5.3.2 优化计算  62
    5.3.3 结果分析及验算  62-70
  5.4 本章小结  70-71
结论  71-72
参考文献  72-75
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  75-76
致谢  76-77
附录A  77

基于遗传算法的数控压齿机支撑体的优化设计

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