基于Labview非線(xiàn)性最優(yōu)化的機械優(yōu)化設計

Equipment Manufactring Technology No.6 ,2011基于Labview非線(xiàn)性最優(yōu)化的機械優(yōu)化設計王勇,張猛,王小純(廣西大學(xué)機械工程學(xué)院,廣西南寧530004)摘要:采用Lab VIEW平臺及最優(yōu)化函數模塊編程對機械軸銷(xiāo)進(jìn)行優(yōu)化設計,介紹帶約束的非線(xiàn)性最優(yōu)化函數的使用方法和利用該函數編程優(yōu)化的一般步驟,并用傳統的優(yōu)化工具驗證結果,論述LabVIEW在機械優(yōu)化設計中的實(shí)用性。關(guān)鍵詞:Lab View;非線(xiàn)性最優(yōu)化;約束中圖分類(lèi)號:TH122文獻標識碼:A文章編號:1672- -545X(2011 )06 -0050- -03機械優(yōu)化設計中最常見(jiàn)的，是帶約束的非線(xiàn)性n表示設計變量的個(gè)數;m和p分別表示不等式規劃問(wèn)題。這類(lèi)問(wèn)題由于變量多,非線(xiàn)性程度高,在約束和等式約束的個(gè)數,其中p2011年第6期對該函數進(jìn)行約束條件的輸人,包含了變量、等式和扭轉強度不等式取值的上下邊界,其中x最小值包含正在被τ=T/0.2d≤[τ];最優(yōu)化處理的參數的最低允許值;X最大值，包含正撓度在被最優(yōu)化處理的參數的最高允許值;該數組的長(cháng)f= F'l3Eπd≤[f];度必須與X最小值數組長(cháng)度相匹配。不等式約束最小值，包含不等式約束的最低允邊界條件許值;不等式約束最大值,包含不等式約束的最高允3.3建立數學(xué)模型l≥l。許值。以上兩個(gè)數組的長(cháng)度,必須與目標和約束函數返回的不等式約束數組的長(cháng)度相匹配;開(kāi)始狀態(tài)節設計變量點(diǎn),包含不等式約束函數的初始值拉格朗8乘數和x=[dl]'=[x,xz] (單位:cm);海賽形式優(yōu)化的參數值，該步驟與其他優(yōu)化算法類(lèi)minf(X )=M=6.123劃名(單位:g)。似;停止標準節點(diǎn)是主程序運算停止的條件,通過(guò)對函數容差、參數容差梯度容差、最大循環(huán)次數最s.tg(X )= 8.33x-xj≤0多函數調用、最大時(shí)間(s )的輸人控制程序運行的時(shí)g(X )=6.25-xj≤0間和優(yōu)化結果的精度;最小值和f(最小值)兩個(gè)節點(diǎn)分別輸出優(yōu)化結果的變量值和目標函數值;結束狀g(X )=0.34xi-xj≤0態(tài)包含不等式約束函數、拉格朗8乘數和海賽形式g(X )=8-xz≤0的在優(yōu)化結束處的最終值,通過(guò)查詢(xún)這些參數,可直3.4構造目標和約束 函數VI接判斷最終的優(yōu)化結果是否正確;錯誤輸出包含程作為主程序的-一個(gè)輸人節點(diǎn)，目標和約束函數序運行過(guò)程中的錯誤提示,便于程序調試,當程序無(wú)子VI需要在主程序前創(chuàng )建,然后才能調用。圖3所錯誤時(shí),指示燈以綠色顯示。示即為目標和約束函數子VI的程序面板。目標函數值3優(yōu)化過(guò)程說(shuō)明E回E>如圖2所示，-圓形等截面機械軸銷(xiāo)，- -端固不等式約束定，一端作用著(zhù)集中載荷F= 10000 N和轉矩T=出品100 N.m。由于結構需要,軸的長(cháng)度l不小于80 mm,已知軸銷(xiāo)材料的許用彎曲應力[σ.]= 120 MPa,許用扭轉切應力[τ]= 80 MPa,許用撓度[f]= 0.1 mm,密度p =7.8 t/m',彈性模量E=2x 10 MPao原始尺圖3目標和約束函數 obj.vi寸為:直徑58 mm,長(cháng)度84 mm,對原方案方案進(jìn)行改3.5 編寫(xiě)主程序進(jìn)優(yōu)化。主程序如圖4所示，對其中5個(gè)主要的節點(diǎn)進(jìn)行數值輸人控制，其余均取默認值。最終的優(yōu)化結果如圖5所示，當直徑為40.5mm,長(cháng)度為80mm時(shí),滿(mǎn)足各項性能要求,且用料最省,此時(shí)耗材的凈質(zhì)量為805.55 g。優(yōu)化后比原始方案節省材料53.57 %。目標的東函數明起始點(diǎn)量小值坐標圖2機械軸銷(xiāo)設軸銷(xiāo)的長(cháng)度為l (cm),直徑為d ( cm),則相關(guān)E]計算項目分列如下。函數量小值3.1目標函數鹵-結束狀態(tài)M=1 πdlp→min開(kāi)始狀態(tài)中國煤化工田3.2約束條件彎曲強度MHCNMHG德誤輸出.tJoσ_=Fl10.1d≤[σ. ];圖4主程序51Equipment Manufactring Technology No.6 , 2011化問(wèn),結果如圖6所示,兩種方法優(yōu)化結果- -致。鑒于該方法建模復雜,代碼量大,其內容這里不作說(shuō)明。5結束語(yǔ)通過(guò)使用Lab VIEW最優(yōu)化模塊及圖形化編程,可方便地對機械優(yōu)化設計中各種優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行處理"。相比其他傳統的工具，該方法簡(jiǎn)單、直觀(guān),易于掌握,大大提高了工作效率。利用Lab VIEW編程進(jìn)行圖5優(yōu)化結果優(yōu)化求解,為今后解決機械優(yōu)化問(wèn)題提供了- -種新的途徑,具有廣闊的應用前景。4優(yōu)化結果驗證參考文獻:利用ANSYS10.0平臺對機械軸銷(xiāo)進(jìn)行建模優(yōu)[1]楊黎明,楊志勤,厲虹.機械優(yōu)化設計M].北京:國防工業(yè)| CORSENT etnizsSo MANIOBLE可電L PEICH Sh12s出版社.,2006.[2]張可村,李換琴.工程優(yōu)化方法及其應用[M]西安:西安交通大學(xué)出版社,2006.[3]楊樂(lè )平. Lab VIEW程序設計與應用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.[4]陳樹(shù)勛,李威龍一種實(shí)用的機械結構優(yōu)化設計方法[J].機械設計,2003,20(1):41-43.[5]黃文培.混沌-Powell混合算法在機械優(yōu)化設計中的應用[].四川大學(xué)學(xué)報,2001, 33(5): 31-34.6]王鷹宇,姚進(jìn),成寶善.基于A(yíng)NSYS環(huán)境的參數化有限元建模[].機械,2003, 30(4): 12-14.[7]陳錫輝,張銀鴻. LabVIEW8.20程序設計從入門(mén)到精通M].ESIONSET 1 THE 點(diǎn)酒Et Sitin碼.特CECNIBLD北京:清華大學(xué)出版社,2007.圄6 ANSYS 優(yōu)化結果Mechanical Optimization Design based on Nonlinear Optimization of LabviewWANG Yong,ZHANG-Meng, W ANG Xiao chun( School of Mechanical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China )Abstract:Using the LabVIEW platorm and optimization function module programmed to optimized design mechanicalaxle pin, introduces the general steps of this method and the usage of nonlinear optimization function .At last, checkingthe result whether right with traditional optimization tools and demonstrate the practicality of LabVIEW in mechanicaloptimum design field.Key words: lab view; nonlinear optimization;constraints中國煤化工MYHCNMHG52.