摘 要

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。

本文主要先简单介绍一下关于机械优化设计的相关基础知识，在对机械优化设计有了一个大概的了解之后，再对机械优化设计的方法-共轭梯度法及其相关应用，还有其设计的基本思路和过程，应用中可能遇到的问题和解决办法进行讨论和研究。最后，是对机械优化的发展进行展望。

关键字:机械优化设计;优化方法机械化;软件化;发展展望

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Mechanical optimal design is a subject which is suitable to production modernization requirements.It is include optimal design of mechanical components, mechanical components, mechanical structure parameters and shape optimization.The research and application of this field develops very rapidly,and achieve very big economic benefit. In the science and technology developed country,the optimization design is classified as the basic professional training program for scientific and technical personnel.With the development of science and technology, the optimization design method of modern machinery mainly takes the mathematical programming as the core, and takes the computer as the tool, and develops towards the direction of multi variable, multi object, high efficiency and high precision.

In this paper, we first briefly introduce about the basic knowledge of mechanical optimization design, in the mechanical optimization design have a general understanding, of mechanical optimization design method, conjugate gradient method and its application to and basic idea and its design process, application may encounter problems and solutions are discussed and studied. Finally, the development of mechanical optimization is prospected.

Key words: mechanical optimization design; optimization method mechanization; software; development prospects

目 录

摘 要 I

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第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 文献综述 4

第二章 优化设计基础 8

2.1 优化设计的基本术语 8

2.1.1 设计变量 8

2.1.2 目标函数 8

2.1.3 设计约束 8

2.2 优化设计的数学模型 9

2.2.1 数学模型的格式 9

2.2.2 数学模型的分类 9

2.3 无约束优化计算方法 11

第三章 共轭梯度法的程序设计 13

3.1 共轭梯度法的简介 13

3.1.1 共轭梯度法的构成 13

3.1.2 共轭梯度法的算法步骤 14

3.1.3 共轭梯度法的特点 14

3.2 共轭梯度法的程序框图 15

3.4 实例2及其程序设计 16

第四章 计算机实现 20

4.2 实例 1 20

4.3 程序设计的计算机实现 23

第五章 结论与展望 24

5.1 总结 24

5.2 展望 25

参考文献 26

致 谢 27

绪论

1.1 引言

“设计”作为人们综合运用科学技术原理和知识并有目的地创造产品的一项技术，已经发展成为现代社会工业文明的重要支柱。伴随着人类文明的起源与发展，设计亦从技艺发展到科学。它一方面被社会需求所推动，另一方面也受当时自然、社会和科学技术发展水平的约束。今天，设计水平已是一个国家的工业创新能力和市场竞争能力的重要标志。不少先进的工业国认为，工业革新必须以设计为中心，未来国际市场竞争是设计竞争。

许多的设计实践经验告诉人们，设计质量的高低，是决定产品的一系列技术和经济指标的重要因素。因此，在产品生产技术的第一道工序——设计上，考虑越周全和越符合客观，则效果就会越好。统计结果表明，产品的质量问题，约有50%是由于设计不周所造成的;产品的成本约有70%是在设计阶段决定的；设计的周期约占产品开发总周期的40%。因此，随着社会对技术产品越来越高的要求，必须更好地学习与应用现代设计理论、方法和技术，以不断改进产品的设计质量，提高其市场竞争能力。

在产品设计中，追求设计结果的最优化，一直是设计师们工作努力的目标。现代设计理论、方法和技术中的优话设计，为工程设计人员提供了一种易于实施且可使设计结果达到最优化的重要方法和技术，一变在解决一些复杂问题时，能从众多设计方案中找出尽可能完善的或是最好的方案。这对于提高产品性能、改进产品质量、提高设计效率，都是具有重要意义的。

1.优化、优化设计和机械优化设计的含义

优化是从处理各种失误的一切肯能的方案中寻求最优的方案。

优化的原理与方法，在科学的、工程的和社会的实际问题中的应用，便是优化设计。

（1）来源：优化一词来自英文optimization，其本意是寻找最优解的过程；