(机械制造行业)机械优化设计实验指导书
机械优化设计实验报告
《机械优化设计》实验报告目录1.进退法确定初始区间......................................... 错误!未定义书签。
进退法基本思路.......................................... 错误!未定义书签。
进退法程序框图.......................................... 错误!未定义书签。
题目.................................................... 错误!未定义书签。
源程序代码及运行结果.................................... 错误!未定义书签。
2.黄金分割法................................................. 错误!未定义书签。
黄金分割法流程图......................................... 错误!未定义书签。
题目.................................................... 错误!未定义书签。
源程序代码及结果........................................ 错误!未定义书签。
3.牛顿型法................................................... 错误!未定义书签。
牛顿型法基本思路......................................... 错误!未定义书签。
阻尼牛顿法的流程图...................................... 错误!未定义书签。
题目.................................................... 错误!未定义书签。
源程序代码及结果........................................ 错误!未定义书签。
机械优化设计实验报告
机械优化设计实验报告机械优化设计实验报告引言机械优化设计是一门重要的工程学科，旨在通过优化设计方法，提高机械系统的性能和效率。
本实验旨在通过对某一机械系统的优化设计，探索并验证优化设计的有效性和可行性。
实验目的本实验的主要目的是通过对某一机械系统进行优化设计，提高其性能和效率。
具体而言，我们将通过改变材料、几何形状等参数，寻找最佳设计方案，并通过实验验证其优化效果。
实验方法1. 确定优化目标：首先，我们需要明确机械系统的优化目标，例如提高系统的强度、降低系统的重量等。
2. 确定设计变量：根据机械系统的特点，确定需要进行优化的设计变量，例如材料的选择、零件的几何形状等。
3. 建立数学模型：根据机械系统的结构和运行原理，建立数学模型，用于优化设计的计算和分析。
4. 优化设计：使用优化算法，例如遗传算法、粒子群算法等，对机械系统进行优化设计，得到最佳设计方案。
5. 实验验证：根据最佳设计方案，制作实际样品，并进行实验验证，比较实验结果与模型计算结果的一致性。
实验结果经过优化设计和实验验证，我们得到了以下结果：1. 材料优化：通过对不同材料的比较，我们发现材料A具有更好的强度和耐久性，因此在最佳设计方案中选择了材料A。
2. 几何形状优化：通过对不同几何形状的比较，我们发现几何形状B具有更好的流体动力学性能，因此在最佳设计方案中采用了几何形状B。
3. 性能提升：通过与原设计方案进行对比，我们发现最佳设计方案在强度和效率方面都有显著提升，验证了优化设计的有效性。
讨论与分析通过本实验，我们可以得出以下结论：1. 机械优化设计可以显著提高机械系统的性能和效率，为工程设计提供了有力的支持。
2. 优化设计需要综合考虑多个因素，如材料、几何形状等，以达到最佳设计效果。
3. 优化设计的结果需要通过实验验证，以确保其可行性和有效性。
结论本实验通过对某一机械系统的优化设计，验证了机械优化设计的有效性和可行性。
通过改变材料、几何形状等参数，我们成功提高了机械系统的性能和效率。
机械优化设计实验报告
一、实验目的本次实验旨在通过计算机编程，加深对机械优化设计方法的理解，掌握常用的优化算法，并能够利用计算机解决实际问题。
二、实验内容1. 黄金分割法（1）实验原理黄金分割法是一种常用的优化算法，适用于一元函数的极值求解。
其基本原理是：在给定初始区间内，通过迭代计算，逐步缩小搜索区间，直到满足收敛条件。
（2）实验步骤① 设计实验程序，实现黄金分割法的基本算法。
② 编写函数，用于计算一元函数的值。
③ 设置初始区间和收敛精度。
④ 迭代计算，更新搜索区间。
⑤ 判断是否满足收敛条件，若满足则输出结果，否则继续迭代。
（3）实验结果通过编程实现黄金分割法，求解函数f(x) = x^3 - 6x^2 + 9x + 1在区间[0, 10]内的极小值。
实验结果显示，该函数在区间[0, 10]内的极小值为1，且收敛精度达到0.001。
2. 牛顿法（1）实验原理牛顿法是一种求解非线性方程组的优化算法，其基本原理是：利用函数的导数信息，逐步逼近函数的极值点。
（2）实验步骤① 设计实验程序，实现牛顿法的基本算法。
② 编写函数，用于计算一元函数及其导数。
③ 设置初始值和收敛精度。
④ 迭代计算，更新函数的近似值。
⑤ 判断是否满足收敛条件，若满足则输出结果，否则继续迭代。
（3）实验结果通过编程实现牛顿法，求解函数f(x) = x^3 - 6x^2 + 9x + 1在区间[0, 10]内的极小值。
实验结果显示，该函数在区间[0, 10]内的极小值为1，且收敛精度达到0.001。
3. 拉格朗日乘数法（1）实验原理拉格朗日乘数法是一种求解约束优化问题的优化算法，其基本原理是：在约束条件下，构造拉格朗日函数，并通过求解拉格朗日函数的驻点来求解优化问题。
（2）实验步骤① 设计实验程序，实现拉格朗日乘数法的基本算法。
② 编写函数，用于计算目标函数、约束函数及其导数。
③ 设置初始值和收敛精度。
④ 迭代计算，更新拉格朗日乘数和约束变量的近似值。
机械设计实验指导书范本
机械设计实验指导书范本1. 实验目的本实验旨在让学生通过实际操作和设计，掌握机械设计的基本原理和技能，提高其机械设计与制造能力。
2. 实验原理本实验主要涉及以下机械设计原理：•刚体运动学•机构设计•齿轮传动•常见轴承类型及选用原则3. 实验器材•设计软件：AutoCAD•实验设备：电脑、打印机、投影仪4. 实验步骤步骤 1：实验准备1.准备所需的设计软件和实验设备。
2.确保实验环境安全舒适。
步骤 2：选择实验题目根据老师提供的题目列表选择一个题目。
步骤 3：制定设计方案根据所选题目，通过分析和思考，制定出一个合理的设计方案。
方案应包括以下内容：1.总体结构设计2.机构运动特点分析3.齿轮传动方案4.轴承选型和布置步骤 4：绘制设计图纸使用AutoCAD等设计软件，根据制定的设计方案，绘制出相应的设计图纸。
图纸应包括以下内容：1.总体结构图2.零件图及详细尺寸标注3.零件装配图步骤 5：制作零件根据设计图纸，制作所需的零件。
可以使用3D打印、机床等设备进行加工。
步骤 6：组装部件将制作好的零件按照设计图纸进行组装。
注意保持零件的正确位置和方向。
步骤 7：调试和测试对组装好的机械装置进行调试和测试。
测试可以包括静态测试和动态测试两种方式。
步骤 8：实验报告撰写根据实际操作和结果，撰写实验报告。
报告内容应包括以下内容：1.实验目的与原理2.设计方案与实施步骤3.实验过程和结果记录4.数据分析与讨论5.实验总结与心得体会5. 实验结果与讨论根据实验报告撰写的内容，老师将对实验结果和讨论进行评价和指导。
学生应根据老师的反馈意见，进一步完善报告和实验成果。
6. 安全注意事项1.在进行实验时，注意设备和材料的安全使用，防止事故发生。
2.在使用机床和其他加工设备时，要注意操作规范，防止受伤。
3.在进行实验操作时，要注意保护自己的眼睛和皮肤，避免接触到有害物质。
4.在进行电路实验时，注意电源的安全使用，避免触电事故。
机械制造工艺流程优化方案设计实习报告
机械制造工艺流程优化方案设计实习报告下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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机械优化设计实验指导书
实验一一维搜索方法本实验求函数f（x）=（x-3)2 以及f(x）=-（x-3）2的搜索区间［a，b]。
并用黄金分割法和插值法分别求最优解.进退法：＃include 〈math.h〉＃include <stdio。
h〉/＊函数f(x）=（x—3）2 */double f（double x){return （x-3）＊(x-3）；｝/* 求搜索区间［a,b]的函数, x0---初始点；h0-——初始步长＊/void find_ab（double x0,double h0,double *a，double ＊b){double h,x1,y1，x2，y2，x3，y3；h=h0;x1=x0；y1=f（x1）;x2=x1+h; y2=f(x2);if （y2〉=y1){**＊＊＊*＊***＊}for (；;）{h＊=2.0；x3=x2+h; y3=f(x3）；if (y2〈y3）break;＊＊＊＊＊＊*＊＊*}if （h>0) {****＊*}else {*＊＊*＊*｝｝/＊黄金分割法a，b—-—搜索区间［a，b］; e--—精度x，y——-最优解X＊,F**/void search_gold(double a，double b，double e，double ＊x,double ＊y) ｛double x1,x2，y1，y2;x1=＊**＊**；y1=f(x1)；x2=*＊＊***; y2=f（x2);do {if (y1〈y2) {＊＊*＊**｝else ｛＊***＊＊｝} while （b—a〉e);＊*＊*＊}/*二次插值法a，b---搜索区间[a，b］; e—-—精度xpt,ypt—--最优解X＊，F＊＊/void search_insert(double a，double b，double e, double ＊xpt, double ＊fpt) ｛double x1,x2,f1,f2，x3,f3,xp，fp，xp0，c1，c2；int k=1；x1=a；x3=b; x2=0。
《机械优化设计》实验指导书
《机械优化设计》实验指导书王彩红编写院部：机电工程学院专业：机械设计专业华北科技学院二0一二年十二月上机实验说明【实验环境】操作系统：Microsoft Windows XP应用软件：Visual C++或TC。
【实验要求】1、每次实验前，熟悉实验目的、实验内容及相关的基本理论知识。
2、无特殊要求，原则上实验为1人1组，必须独立完成。
3、实验所用机器最好固定，以便更好地实现实验之间的延续性和相关性，并便于检查。
4、按要求认真做好实验过程及结果记录。
【实验项目及学时分配】实验共计4学时，实验项目及学时分配如下：【实验报告和考核】1、实验报告必需采用统一的实验报告纸，撰写符合一定的规范，详见实验报告撰写格式及规范。
（一）预习准备部分1. 预习每次所做的实验。
2. 按照程序框图试写出汇编程序。
（二）实验过程部分1. 写出经过上机调试后正确的程序，并说明程序的功能、结构。
2. 记录执行程序后的数据结果。
3. 调试说明，包括上机调试的情况、上机调试步骤、调试所遇到的问题是如何解决的，并对调试过程中的问题进行分析，对执行结果进行分析。
（三）实验报告内容每次上机实验结束后，学生要作一份完整的实验报告，实验报告内容应包括：1、优化方法的基本原理简述及程序框图绘制。
2、编制优化方法程序。
3、用考核题对所编程序进行考核。
（四）实验考核办法本课程实验成绩依据以下几个方面进行考核1、实验报告2、考核所编制的程序3、实验纪律、出勤等实验（一）【实验题目】一维搜索方法【实验目的】1．熟悉一维搜索的方法－黄金分割法，掌握其基本原理和迭代过程；2．利用计算语言（C语言）编制优化迭代程序，并用给定实例进行迭代验证。
【实验内容】1、搜索区间的确定与区间消去法（进退法）原理（1）方法概要有了目标函数，确定了搜索方向，假设函数f（a）具有单谷性，确定极小点a* 所在的区间[a b]：①在搜索方向上，选定初始点a1，初始点步长h0=0.01（经验，可调整），前进一步得a2点。
《机械优化设计》实验指导书
机械优化设计》实验指导书武秋敏编写院系：印刷包装工程学院专业：印刷机械西安理工大学二00 七年九月上机实验说明【实验环境】操作系统：Microsoft Win dows XP应用软件：Visual C++或TC。
【实验要求】1、每次实验前，熟悉实验目的、实验内容及相关的基本理论知识。
2、无特殊要求，原则上实验为1人1组，必须独立完成。
3、实验所用机器最好固定，以便更好地实现实验之间的延续性和相关性，并便于检查。
4、按要求认真做好实验过程及结果记录。
【实验项目及学时分配】本实验共计2【实验报告和考核】1、实验报告必需采用统一的实验报告纸，撰写符合一定的规范，详见实验报告撰写格式及规范。
（一）预习准备部分1.预习本次实验指导书中一、二、三部分内容。
2.按照程序框图试写出汇编程序。
（二）实验过程部分1.写出经过上机调试后正确的程序，并说明程序的功能、结构。
2.记录4000〜40FFH内容在执行程序前后的数据结果。
3.调试说明，包括上机调试的情况、上机调试步骤、调试所遇到的问题是如何解决的, 并对调试过程中的问题进行分析，对执行结果进行分析。
（三）实验总结部分实验（一）【实验题目】一维搜索方法【实验目的】1．熟悉一维搜索的方法－黄金分割法，掌握其基本原理和迭代过程；2．利用计算语言（ C 语言）编制优化迭代程序，并用给定实例进行迭代验证。
【实验内容】1．根据黄金分割算法的原理，画出计算框图；2 .应用黄金分割算法，计算：函数F（X）=X2+2X，在搜索区间-3 < x< 5时，求解其极小点X*。
【思考题】说明两种常用的一维搜索方法，并简要说明其算法的基本思想。
【实验报告要求】1.预习准备部分：给出实验目的、实验内容，并绘制程序框图；2.实验过程部分：编写上机程序并将重点语句进行注释；详细描述程序的调过程（包括上机调试的情况、上机调试步骤、调试所遇到的问题是如何解决的，并对调试过程中的问题进行分析。
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前言
机械优化设计是一门实践性很强的课程，必须通过实际上机操作运用各种优化方法程序来达到：
1、加深对机械优化设计方法的基本理论和算法步骤的理解；
2、培养独立编制计算机程序的能力；
3、掌握常用优化方法程序的使用；
4、培养灵活运用优化方法解决工程设计问题的能力。
因此，本课程在课堂教学过程中安排适当的时间上计算机运算。
本书作为上机实验的指导书，旨在对每次实验目的内容提出具体要求，并加以考核。
实验报告内容
每次上机实验后，学生要做一份完整的实验报告，实验报告内容应包括：
1、优化方法的基本原理简述；
2、自编优化方法源程序。
3、考核题的优化结果及其分析；
4、具体工程设计问题的数学模型、优化设计结果及其分析。
实验一 一维搜索方法（黄金分割法或二次插值法）
1、 目的：加深对一维搜索方法的确定区间的进退法和缩短区间的黄金分割法或二次插值法基本原理的理解
2、 内容：按所给程序框图编制上机程序，上机输入、调试并运行程序，或调试并运行已给程序，用所给考核题进行检验。
3、 考核题（α0＝0，h 0=0.1, ε=0.001）
(1) 36102+-=t t )t (f min
(2) 60645234+-+-=t t t t )t (f min
(3) 221)t )(t ()t (f min -+=
(4) x e x )x (f min -+=22
(5) 求函数4321322123141x x x x x x x x x x )X (f +--=自点T k ),,,(X 3210---=出发，沿方向T ),,,(4321=d 的最优步长因子α× 和在d 方向的极小点X *和极小值f(X *)。
实验二 多维无约束优化方法（鲍威尔法或拟牛顿法）
1、目的：加深对所学多维无约束优化方法基本原理的理解，增强编制和调试程序的能力，懂得如何在多维无约束优化方法中调用一维搜索方法程序。
2、内容：按所给程序框图编制上机程序，上机输入、调试并运行程序，或调试并运行已给程序，用所给考核题进行检验。
3、考核题
(1) 1022132423222
21++++-+=x )x ()x (x )X (f min 初始点：T ),,,(X 00000=或T ),,,(X 403020100--=
(2) 2221654)x ()x ()X (f min -+-=
初始点：T ),(X 980=
(3) 60410212122
21+---+=x x x x x x )X (f min 初始点：T ),(X 1050-=
(4) 222
12221711)x x ()x x ()X (f min -++-+= 初始点：T ),(X 110=
(5) 221222
12221)6812324844949()112()(min -++++-+=x x x x x x X f 初始点：T ),(X 110=
实验三 多维约束优化方法（惩罚函数法或复合形法）
1、目的：加深对所学多维约束优化方法基本原理的理解，增强编制和调试程序的能力，懂得如何在多维约束优化方法中调用多维无约束优化方法程序。
2、内容：按所给程序框图编制上机程序，上机输入、调试并运行程序，或调试并运行已给程序，用所给考核题进行检验。
3、考核题
(1) 2122
212141060x x x x x x )X (f min -++--= t s ⋅
11080601021524132111≥--=≥-=≥-=≥-=≥=x x )X (g x )X (g x )X (g x )X (g x )X (g
(2) 222112)x ()x ()X (f min -+-=
t s ⋅
(3) 327932132/])x [(x )X (f min --= t s ⋅
实验四 实际工程设计问题的优化设计
202122
211≥--=≥+-=x x )X (g x x )X (g 0
)(0)(063/)(03/)(03/)(25142132122
11≥=≥=≤-+=≥-=≥-=x X g x X g x x X g x x X g x x X g
1、目的：加深对所学各种优化方法基本原理、特点的理解，增强灵活运用各优化方法解决工程实际问题的能力。
2、内容：
1）建立实际工程设计问题的数学模型；
2）运用自编的优化设计程序或所给程序解决所建立数学模型；
3）对运行计算结果进行分析。
4、 设计题目：
1）梯形截面容器的优化设计问题
用长L =24cm ，宽B =14cm 的铁皮制成梯形截面容器，求斜边长x 1倾角x 2 多大时，容积v 最大？
2）平面四连杆机构优化设计
设计一曲柄摇杆机构，要求曲柄l 1从ϕ0 转到ϕm = ϕ0+900时，摇杆l 3的转角最佳再现已知的运动规律：ψE =ψ0+2(ϕ—ϕ0)2/3π，且已知l 1=1, l 4=5, ϕ0为极位夹角，其传动角允许在450≤γ≤1350范围内变化
3）人字架优化设计问题
人字架由两个钢管构成，其顶点受外力2F =3⨯105N。
已知人字架跨度21x B
x L
2B =152cm，钢管壁厚T =0.25cm，钢管材料的弹性模量E =2.1⨯105MPa，材料密度ρ=7.8⨯103kg/m3，许用压应力σy=420MPa，求在钢管应力σ不超过许用应力σy和失稳临界应力σe的条件下，人字架的高h和钢管平均直径D 为多少时，使钢管总质量m为最小。
4）销轴结构参数的优化设计问题
已知P =1000kgf,M=1000kgf.cm，{σw}=1000kgf/cm2，[τ]=750 kgf/cm2 ,ρ =7.8g/cm3, [f]=0.01mm，l≥8cm。
求：在满足使用要求的条件下，
d
l M
P。