目录
目录 (1)
1.优化设计基础 (2)
1.1优化设计概述 (2)
1.2优化设计作用 (2)
1.3优化设计流程 (2)
2.问题描述 (3)
3.问题分析 (3)
4.结构静力学分析 (4)
4.1创建有限元模型 (4)
4.2创建仿真模型并修改理想化模型 (5)
4.3定义约束及载荷 (5)
4.4求解 (6)
5.结构优化分析 (7)
5.1建立优化解算方案 (7)
5.2优化求解及其结果查看 (8)
6.结果分析 (11)
7.案例小结 (11)
1. 优化设计基础
1.1 优化设计概述
优化设计是将产品/零部件设计问题的物理模型转化为数学模型，运用最优化数学规划理论，采用适当的优化算法，并借助计算机和运用软件求解该数学模型，从而得出最佳设计方案的一种先进设计方法，有限元被广泛应用于结构设计中，采用这种方法任意复杂工程问题，都可以通过它们的响应进行分析。
如何将实际的工程问题转化为数学模型，这是优化设计首先要解决的关键问题，解决这个问题必须要考虑哪些是设计变量，这些设计变量是否受到约束，这个问题所追求的结果是在优化设计过程要确定目标函数或者设计目标，因此，设计变量、约束条件和目标函数是优化设计的3个基本要素。
因此概括来说，优化设计就是：在满足设计要求的前提下，自动修正被分析模型的有关参数，以到达期望的目标。
1.2 优化设计作用
以有限元法为基础的结构优化设计方法在产品设计和开发中的主要作用如下：1）对结构设计进行改进，包括尺寸优化、形状优化和几何拓扑优化。
2）从不合理的设计方案中产生出优化、合理的设计方案，包括静力响应优化、正则模态优化、屈曲响应优化和其他动力响应优化等。
3）进行模型匹配，产生相似的结构响应。
4）对系统参数进行设别，还可以保证分析模型与试验结果相关联。
5）灵敏度分析，求解设计目标对每个设计变量的灵敏度大小。
1.3 优化设计流程
不同的优化软件其操作要求及操作步骤大同小异。一般为开始、创建有限元模型、创建仿真模型、定义约束及载荷，然后进行结构分析，判断是否收敛，如果是的话，即结束操作；若不是，再进行灵敏度分析、优化求解、优化结果、更新设计变量，重复结构分析。
2. 问题描述
如图所示的三维模型为工程机械上常用的连杆零件，材料为铸体HT400，其结构特征是两端有回转孔，孔径一般不一致，中间为内凹结构，工作时其一侧大孔内表面3个平移自由度被限制，右侧小孔单侧承受力载荷。假设该孔能承受的极限大小为8000N ，在原始设计的基础上对其中间的结构：中间肋板厚度、两侧肋板的宽度进一步进行结构优化，其中两侧孔径不能变动；两侧肋板宽度是采用尺寸约束，其表达式为P289。
图2.1 连杆的三维模型及其优化结构的特征名称
现在需要对上述肋板结构进行优化，优化的目标是整个模型的重量最小；约束条件是在不改变连杆模型网格划分要求、边界约束和载荷大小的前提下，参考计算出的位移和应力响应值后确定的，要求保证模型刚度安全欲度前提下，模型最大位移不超过0.04mm ；要求保证模型刚度的欲度前提下，控制最大应力值不超过材料屈服强度的65%（225MPa ）。设计变量1为中间肋板的厚度，其厚度是由拉伸特征的表达式决定；设计变量2为两侧肋板宽度。
3. 问题分析
查询本实例模型所用材料的基本参数：连杆采用铸铁材料，对应于UG 材料中的Iron_Cast_G40，密度为7.1e-006kg/mm3，杨氏弹性模量为1.4e+008mN/mm2，泊松比为0.25，屈服强度为345MPa 。
本实例优化时采用两个约束条件和两个设计变量，首先需要采用
内孔边界约束 中间肋板
侧肋板 右单侧承受载荷
SESTATIC101-单约束解算模块，计算出模型在边界约束条件和载荷条件下的位移和应力响应，以此来确定优化约束条件的基准值，优化时，设计变量可以采用经验来预判，也可以借助软件提供的功能更加精确地判断各个设计变量对设计目标的敏感程度。
优化设计过程也是一个迭代设计过程，最终是收敛于某个确定解，每迭代一次模型会自动更新，其中迭代参数根据需要可以修改，在保证迭代精度和可靠收敛的前提下，本实例设置迭代次数为10，也有利于减少计算时间。
4.结构静力学分析
4.1 创建有限元模型
1）打开已画好的连杆草图，创建仿真，新建FEM，在有限元模型环境中，依次添加“材料属性”为“Iron_Cast_G40”；完成后继续添
加“物理属性”，在“Material”中选取
“Iron_Cast_G40”。
2）在“网格补集器”中选择需要添加网格属性的实体，再对实体添加“3D 四面体网格”，网格大小参数为2,；添加网格后，需利用
“有限元模型检查”对此网格进行检查，以确保结果的准确
性。连杆模型网格划分效果如图4.1所示。
4.1 连杆模型网格划分效果
4.2 创建仿真模型并修改理想化模型
新建仿真，在“创建结算方案”中“分析类型”为“结构”，“解算方案类型”为“SESTATIC101-单约束”，勾选“迭代求解器”命令。
进入理想化模型环境中，利用“再分割面”将小圆孔内表面划分为两部
分，为右侧添加单侧载荷提供便利。面分割结果如图4.2所示。
面分割，单侧受力
4.2 面分割结果
返回到有限元模型环境中，更新有限元模型，完成之后，返回到仿真模型环境。
4.3 定义约束及载荷
1)给大圆孔内侧施加“固定移动约束”。
2)给小圆孔右侧施加8000N的力，方向为X轴。模型边界条件和载荷定义
后的效果如图4.3所示。
图4.3 边界约束和载荷定义
4.4 求解
1)右击“Solution 1”节点，点击“求解”命令，求解完成后，双击“Result”
节点，进入后处理分析环境。
2)依次点击“Solution 1”→“位移-节点的”→“X”，得到该模型在X轴
方向的变形位移情况，如图4.4所示。查看其最大位移值为
3.464e-002mm，结合优化设计的要求以及该值大小，可以初步确定模型
变形位移的约束条件。
图4.4 模型在X方向的位移云图
3)依次点击“Solution 1”→“应力-基本的”→“Von-Mises”，得到该模型
的Von-Mises应力分布情况，如图4.5所示。查图其最大应力值为
198.1Mpa，没有达到模型材料屈服强度的60%，说明模型的强度在当前
情况下是满足条件的，同时，结合优化设计的要求及该值大小，可以确
定应力约束的的上、下值。
图4.5 冯氏应力云图
5. 结构优化分析
5.1 建立优化解算方案
1)右击***.sim节点，点击“新建解算方案类型”，选择“优化”命令，弹出“优
化解算方案”对话框，点击确定，出现“优化设置”对话框，如图5.1所示。
图5.1 “优化设置”对话框
2)依次按照要求对“定义目标”“定义约束”“定义设计变量”进行参数设置和
修改，完成后点击“显示已定义的设置”，出现如图5.2所示的信息框，相关修改的信息可以参考。
图5.2 检查设置的信息
3)修改“优化设置”对话框中的“最大迭代次数”为10，点击确定。
5.2 优化求解及其结果查看
右击“Setup 1”节点，选择“求解”命令，系统将自动弹出Excel电子表格，并开始进行迭代计算，自动更新网格，如此反复迭代，试图收敛于一个解。
作业完成之后，显示优化结果，其中该表包括“Optimization”“Objective”“Link”三个工作表格。“Optimization”工作表格主要显示设计目标、设计变量和约束条件迭代过程中的数值变化，如图5.3所示；“Objective”主要表现模型重量（Y轴）和迭代次数（X轴）的迭代过程，如图5.4所示；“Link”主要表现p287的特征
尺寸（Y轴）和迭代次数（X轴）的迭代过程，如图5.5所示。
图5.3 “Optimization”工作表
图5.4 “Objective”工作表
图5.5 特征尺寸收敛工作表
点击“Design Cycle 1”→“位移-节点的”→“X”节点，第一次迭代的位移
云图如图5.6所示，第十次迭代的位移云图如图5.7所示。
图5.6 第1次迭代后X轴方向位移云图
图5.7 第10次迭代后在X轴方向位移云图
6. 结果分析
通过上述仿真结果可以看出，X轴向型变量从0.03091mm~0.03464mm不等，其中第十次迭代是轴向型变量最小的方案，在机械结构设计的过程中，型变量小的方案可以最大化的节约材料，达到重量最小的优化目标，故第十次迭代是最优方案。
7. 案例小结
本实例以连杆为优化对象，以重量最小作为优化目标，确定位移和应力响应的极限值作为约束条件，以模型中某个特征尺寸和草图尺寸作为设计变量，在上述优化的基础上，还可以进行如下的操作：
1)在上述优化的基础上，对约束条件进行编辑，对设计变量的数量和范围进行
修改，重新对模型进行优化操作，还可以根据设计的要求去修改约束目标，将重量最小修改为应力最小，再对模型进行优化操作，求解出最佳优化结果。
2)进一步利用系统提供的分析功能，确定各个设计变量相对于设计目标更加优
化的变量值，这有利于迭代计算更加可靠的收敛和减少运算时间。
3)随着有限元和优化计算理论的不断提出和运用，优化技术已经不局限在某几
个结构尺寸了，逐渐往拓扑几何、形貌形状和自由尺寸等方面发展，也会渗透到产品设计的各个阶段。
基于MATLAB工具箱的机械优化设计 长江大学机械工程学院机械11005班刘刚 摘要：机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计效率和质量。本文系统介绍了机械优化设计的研究内容及常规数学模型建立的方法，同时本文通过应用实例列举出了MATLAB 在工程上的应用。 关键词：机械优化设计；应用实例；MATLAB工具箱；优化目标 优化设计是20世纪60年代随计算机技术发展起来的一门新学科, 是构成和推进现代设计方法产生与发展的重要内容。机械优化设计是综合性和实用性都很强的理论和技术, 为机械设计提供了一种可靠、高效的科学设计方法, 使设计者由被动地分析、校核进入主动设计, 能节约原材料, 降低成本, 缩短设计周期, 提高设计效率和水平, 提升企业竞争力、经济效益与社会效益。国内外相关学者和科研人员对优化设计理论方法及其应用研究十分重视, 并开展了大量工作, 其基本理论和求解手段已逐渐成熟。 国内优化设计起步较晚, 但在众多学者和科研人员的不懈努力下, 机械优化设计发展迅猛, 在理论上和工程应用中都取得了很大进步和丰硕成果, 但与国外先进优化技术相比还存在一定差距, 在实际工程中发挥效益的优化设计方案或设计结果所占比例不大。计算机等辅助设备性能的提高、科技与市场的双重驱动, 使得优化技术在机械设计和制造中的应用得到了长足发展, 遗传算法、神经网络、粒子群法等智能优化方法也在优化设计中得到了成功应用。目前, 优化设计已成为航空航天、汽车制造等很多行业生产过程的一个必须且至关重要的环节。 一、机械优化设计研究内容概述 机械优化设计是一种现代、科学的设计方法, 集思考、绘图、计算、实验于一体, 其结果不仅“可行”, 而且“最优”。该“最优”是相对的, 随着科技的发展以及设计条件的改变, 最优标准也将发生变化。优化设计反映了人们对客观世界认识的深化, 要求人们根据事物的客观规律, 在一定的物质基和技术条件下充分发挥人的主观能动性, 得出最优的设计方案。 优化设计的思想是最优设计, 利用数学手段建立满足设计要求优化模型; 方法是优化方法, 使方案参数沿着方案更好的方向自动调整, 以从众多可行设计方案中选出最优方案; 手段是计算机, 计算机运算速度极快, 能够从大量方案中选出“最优方案“。尽管建模时需作适当简化, 可能使结果不一定完全可行或实际最优, 但其基于客观规律和数据, 又不需要太多费用, 因此具有经验类比或试验手段无可比拟的优点, 如果再辅之以适当经验和试验, 就能得到一个较圆满的优化设计结果。 传统设计也追求最优结果, 通常在调查分析基础上, 根据设计要求和实践
优化设计实验报告
无约束非线性规划问题 ) sin(1)(min 2 2 35x e x x x x f x -+-++= fun='(x^5+x^3+x^2-1)/(exp(x^2)+sin(-x))'; ezplot(fun,[-2,2]); [xopt,fopt,exitflag,output]=fminbnd(fun,-2,2) 输出： xopt = 0.2176 fopt = -1.1312 exitflag = 1 output = iterations: 12 funcCount: 13 algorithm: 'golden section search, parabolic interpolation' message: [1x112 char]
二维无约束非线性函数最优解 )12424()(min 2212 2211++++=x x x x x e X f x fun='exp(x(1))*(4*x(1)^2+2*x(2)^2+4*x(1)*x(2)+2*x(2)+1)'; x0=[0,0]; options=optimset('largescale','off','display','iter','tolx',1e-8,'tolfun',1e-8); [x,fval,exitflag,output,grad,hessian]=fminunc(fun,x0,options) f='exp(x)*(4*x^2+2*y^2+4*x*y+2*y+1)'; ezmesh(f); First-order Iteration Func-count f(x) Step-size optimality 0 3 1 2 1 9 0.717044 0.125092 1.05 2 15 0.073904 10 1.28 3 21 0.000428524 0.430857 0.0746 4 24 0.000144084 1 0.0435 5 27 1.95236e-008 1 0.000487 6 30 6.63092e-010 1 9.82e-005 7 33 1.46436e-015 1 4.91e-008 Local minimum possible. fminunc stopped because it cannot decrease the objective function along the current search direction. Computing finite-difference Hessian using user-supplied objective function. x = 0.5000 -1.0000 fval = 1.4644e-015 exitflag = 5 output =
工程技术员个人工作总结范文3篇 工程技术员个人工作总结范文3篇 总结，是对过去一定时期的工作、学习或思想情况进行回顾、分析，并做出客观评价的书面材料。那么以下是为大家的工程技术员个人工作总结范文，欢迎大家阅读！ 20xx年即将过去，新的一年即将开始，在这辞旧迎新之际，回顾这一年来的工作历程，总结一年来工作中的经验、教训，有利于在以后的工作中扬长避短，更好的做好技术工作，下面我向各位领导汇报自己一年来的工作： 过去的一年，感谢公司及项目部的支持，在动力总成项目部中担任技术员职务，过去一年的施工中，在项目部很多热心人士的关心帮助下，不管是技术方面还是质检与管理，使我工作上有了很大的进步，当然成绩只代表过去，在以后的工作中我会加倍努力，争取做的更好。 “科学的东西来不得半点虚伪和骄傲”，在工程中，技术含量较高，这就要求我们技术人员对待工作不能人浮于事，做老好人，而要以踏实、严谨的态度对待工作，不懂的东西要善于学习，已懂的东
西更要精益求精，因为技术在不断进步更新，只有通过不断地学习，辅以求精务实，脚踏实地的作风，方能胜任自己的工作岗位。 一切工程施工，技术和质检工作贯穿始终，在工作经验的积累中，逐步培养自己的预见性，方能起到技术先行的作风，建筑职业不同于其他行业，它需要不断在现场检查、监督，随时发现问题，解决问题，而这些工作都在现场比较恶劣的环境下进行，这要求我们不断培养吃苦耐劳的精神，要不怕苦不怕累，放下管理人员清高的姿态，从工程的实干中不断丰富自己所学才能，使自己的现场综合处理能力得到锻炼和提高。 身为我公司的一员，有机会能在这样的条件下学习和锻炼，感到无比的自豪，这种环境和外部的条件给了我们一种自信和荣耀，但更多的是对我们的今后工作的鞭策，就要求我们在工作中时刻要以公司的形象来约束自己，我们所有的言行要符合公司的一贯标准，逐步培养自身的个人素质和修养，才能无愧于领导的信任和培养。通过总结一年来的工作，找出工作中的不足，以便在以后的工作中加以克服，同时还需要多看书，认真学习好规范规程及有关文件资料，掌握好专业知识，提高自己的工作能力，加强工作责任感，及时做好个人的各项工作。
浅析机械优化设计方法基本理论 【摘要】在机械优化设计的实践中，机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计的效率和质量。每一种优化方法都是针对某一种问题而产生的，都有各自的特点和各自的应用领城。在综合大量文献的基础上，总结机械优化设计的特点，着重分析常用的机械优化设计方法，包括无约束优化设计方法、约束优化设计方法、基因遗传算方法等并提出评判的主 要性能指标。 【关键词】机械；优化设计；方法特点；评价指标 一、机械优化概述 机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一门科学，它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等诸多内容。该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益，在科技发达国家已将优化设计列为科技人员的基本职业训练项目。随着科技的发展，现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率、高精度方向发展。]1[ 优化设计方法的分类优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以做出各种不同的分类。按目标函数的多少，可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法按维数，可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法按约束情况，可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法按寻优途径，可分为数值法、解析法、图解法、实验法和情况研究法按优化设计问题能否用数学模型表达，可分为能用数学模型表达的优化设计问题其寻优途径为数学方法，如数学规划法、最优控制法等。 1.1 设计变量 设计变量是指在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，在优化过程中，这些参数就是自变量，一旦设计变量全部确定，设计方案也就完全确定了。设计变量的数目确定优化设计的维数，设计变量数目越多，设计空间的维数越大。优化设计工作越复杂，同时效益也越显著，因此在选择设计变量时。必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。