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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。
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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
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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 齿轮加工及齿轮机床
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