《机械优化设计》课程教学大纲_机械优化设计课程大纲

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《机械优化设计》－课程教学大纲修订

—、课程名称

机械优化设计

Mechanical Optimize Design

二、学分、学时

2学分，32学时

三、预修课程

高等数学、理论力学、数值分析、机械学、计算机科学等。

四、适用学科领域

机械设计及理论、森林工程、交通工程和控制理论与控制工程等。

五、课程主要内容、重点难点及学时分配

（一）教学基本要求：

通过实用机械优化设计的教学要使专业学生了解优化设计的基本思想，优化设计在机械中的作用及其发展概况。初步掌握建立数学模型的方法，熟练掌握优化方法。并具备一定的将机械工程问题转化为最优化问题并求解的应用能力。

（二）培养能力与素质：

本门课程的教学目的和任务是：通过实用机械优化设计的教学使学生掌握问题转化成最优化问题的方法。并且利用最优化的方法编制计算机程序，用计算机自动寻找 最佳的设计方案。机械优化设计是一种现代设计方法。在有条件的情况下，应在课余时间指导学生上机操作，提高学生独立工作的能力，掌握实例用于解决工程实际 问题。

（三）主要内容和重点、难点

本门课程的主要内容包括：机械优化设计的基本术语和数学模型，优化设计的基本概念和理论；无约束最优化方法，约束优化设计的直接法，约束优化设计人间接解法。

第一章机械优化设计的基本术语和数学模型

通过列举一些实际的优化设计问题，对机械优化设计的数学模型及用到的基本述评作一简要叙述。对主要名词术语进行定义和作必要的解释。使学生了解模型的形式和分类初步掌握数学模型建立的方法，了解设计的一般过程用其几何解释。1．1几个机械优化设计问题的示例 1．2机械优化设计的基本术语

1．3优化设计的数学模型及其分类 1．4优化设计方法

1．5优化设计的一般过程及其几何解释

第二章 优化设计的某些概念和理论

在讲述机械优化设计方法之前,首先讲述目标函数、约束函数的基本性质。目标函数达到约束最控制的条件及迭代法求解的一般原理和收敛条件等。使得学生掌握和使用优化设计方法。

2．1 目标函数与约束函数的某些基本性质 2．2约束函数的集合及其性质

2．3机械优化设计问题最优解及其极值条件 2．4机械优化设计问题的数值解法及收敛条件

第三章机械优化设计中几种常用的无约束最优化方法

在工程实际中，尽管所有设计问题几乎都是有约束的。但约束优化设计问题可以转化为无约束问题来求解。有些约束优化方法，也可以借助于无约束优化方法的策略思 想来构造。因此，本章着重讲授几种常用的一维搜索的最优化方法和多维的无约束最优化方法。要求学生掌握一维搜索中的黄金分割法、二次插值多维搜索中的 POWELL法。3．1 一维搜索的最优化方法

3．2 一维搜索的最优化方法和POWELL法 3．3 其它多变量的无约束优化方法 3．4 多变量无约束最优化方法小结

第四章约束优化设计的直接解法

在己经学习过无约束优化设计方法的基本上，本章主要讲授约束优化设计的直接解法。要求学生掌握复合形法。4．1约束随机方向搜索法 4．2约束优化设计的复合形法 4．3约束优化设计的直接搜索方法

第五章约束优化设计的间接解法

本章着重讲授约束优化设计间接解法，要求学生掌握惩罚函数法 5.1 约束优化设计间接解法的基本思想 5.2内点惩罚函数法 5.3外点惩罚函数法 5.4混合惩罚函数法

5.5约束优化设计问题间接解法小结

第六章 实用机械的最优化设计

6.1杆件及连杆机构的最优化设计 6.2凸轮机构的最优化设计 6.3弹簧的最优化设计 6.4制动器的最优化设计

六、主要参考书目

孙靖民等主编．《机械优化设计》．机械工业出版社 Ｒ.Ｌ福克斯著．《机械优化设计》．科学出版社 何献忠，李萍等著．《机械优化设计》北京理工大学出版社