基于Labview非线性最优化的机械优化设计

Equipment Manufactring Technology No.6 ,2011基于Labview非线性最优化的机械优化设计王勇,张猛,王小纯(广西大学机械工程学院,广西南宁530004)摘要:采用Lab VIEW平台及最优化函数模块编程对机械轴销进行优化设计,介绍带约束的非线性最优化函数的使用方法和利用该函数编程优化的一般步骤,并用传统的优化工具验证结果,论述LabVIEW在机械优化设计中的实用性。关键词:Lab View;非线性最优化;约束中图分类号:TH122文献标识码:A文章编号:1672- -545X(2011 )06 -0050- -03机械优化设计中最常见的，是带约束的非线性n表示设计变量的个数;m和p分别表示不等式规划问题。这类问题由于变量多,非线性程度高,在约束和等式约束的个数,其中p2011年第6期对该函数进行约束条件的输人,包含了变量、等式和扭转强度不等式取值的上下边界,其中x最小值包含正在被τ=T/0.2d≤[τ];最优化处理的参数的最低允许值;X最大值，包含正挠度在被最优化处理的参数的最高允许值;该数组的长f= F'l3Eπd≤[f];度必须与X最小值数组长度相匹配。不等式约束最小值，包含不等式约束的最低允边界条件许值;不等式约束最大值,包含不等式约束的最高允3.3建立数学模型l≥l。许值。以上两个数组的长度,必须与目标和约束函数返回的不等式约束数组的长度相匹配;开始状态节设计变量点,包含不等式约束函数的初始值拉格朗8乘数和x=[dl]'=[x,xz] (单位:cm);海赛形式优化的参数值，该步骤与其他优化算法类minf(X )=M=6.123划名(单位:g)。似;停止标准节点是主程序运算停止的条件,通过对函数容差、参数容差梯度容差、最大循环次数最s.tg(X )= 8.33x-xj≤0多函数调用、最大时间(s )的输人控制程序运行的时g(X )=6.25-xj≤0间和优化结果的精度;最小值和f(最小值)两个节点分别输出优化结果的变量值和目标函数值;结束状g(X )=0.34xi-xj≤0态包含不等式约束函数、拉格朗8乘数和海赛形式g(X )=8-xz≤0的在优化结束处的最终值,通过查询这些参数,可直3.4构造目标和约束 函数VI接判断最终的优化结果是否正确;错误输出包含程作为主程序的-一个输人节点，目标和约束函数序运行过程中的错误提示,便于程序调试,当程序无子VI需要在主程序前创建,然后才能调用。图3所错误时,指示灯以绿色显示。示即为目标和约束函数子VI的程序面板。目标函数值3优化过程说明E回E>如图2所示，-圆形等截面机械轴销，- -端固不等式约束定，一端作用着集中载荷F= 10000 N和转矩T=出品100 N.m。由于结构需要,轴的长度l不小于80 mm,已知轴销材料的许用弯曲应力[σ.]= 120 MPa,许用扭转切应力[τ]= 80 MPa,许用挠度[f]= 0.1 mm,密度p =7.8 t/m',弹性模量E=2x 10 MPao原始尺图3目标和约束函数 obj.vi寸为:直径58 mm,长度84 mm,对原方案方案进行改3.5 编写主程序进优化。主程序如图4所示，对其中5个主要的节点进行数值输人控制，其余均取默认值。最终的优化结果如图5所示，当直径为40.5mm,长度为80mm时,满足各项性能要求,且用料最省,此时耗材的净质量为805.55 g。优化后比原始方案节省材料53.57 %。目标的東函数明起始点量小值坐标图2机械轴销设轴销的长度为l (cm),直径为d ( cm),则相关E]计算项目分列如下。函数量小值3.1目标函数鹵-结束状态M=1 πdlp→min开始状态中国煤化工田3.2约束条件弯曲强度MHCNMHG德误输出.tJoσ_=Fl10.1d≤[σ. ];图4主程序51Equipment Manufactring Technology No.6 , 2011化问,结果如图6所示,两种方法优化结果- -致。鉴于该方法建模复杂,代码量大,其内容这里不作说明。5结束语通过使用Lab VIEW最优化模块及图形化编程,可方便地对机械优化设计中各种优化问题进行处理"。相比其他传统的工具，该方法简单、直观,易于掌握,大大提高了工作效率。利用Lab VIEW编程进行图5优化结果优化求解,为今后解决机械优化问题提供了- -种新的途径,具有广阔的应用前景。4优化结果验证参考文献:利用ANSYS10.0平台对机械轴销进行建模优[1]杨黎明,杨志勤,厉虹.机械优化设计M].北京:国防工业| CORSENT etnizsSo MANIOBLE可电L PEICH Sh12s出版社.,2006.[2]张可村,李换琴.工程优化方法及其应用[M]西安:西安交通大学出版社,2006.[3]杨乐平. Lab VIEW程序设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2005.[4]陈树勋,李威龙一种实用的机械结构优化设计方法[J].机械设计,2003,20(1):41-43.[5]黄文培.混沌-Powell混合算法在机械优化设计中的应用[].四川大学学报,2001, 33(5): 31-34.6]王鹰宇,姚进,成宝善.基于ANSYS环境的参数化有限元建模[].机械,2003, 30(4): 12-14.[7]陈锡辉,张银鸿. LabVIEW8.20程序设计从入门到精通M].ESIONSET 1 THE 点酒Et Sitin码.特CECNIBLD北京:清华大学出版社,2007.圄6 ANSYS 优化结果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中国煤化工MYHCNMHG52.