Equipment Manufactring Technology No.6 ,2011基于Labview非線性最優(yōu)化的機械優(yōu)化設(shè)計王勇,張猛,王小純(廣西大學機械工程學院,廣西南寧530004)摘要:采用Lab VIEW平臺及最優(yōu)化函數(shù)模塊編程對機械軸銷進行優(yōu)化設(shè)計,介紹帶約束的非線性最優(yōu)化函數(shù)的使用方法和利用該函數(shù)編程優(yōu)化的一般步驟,并用傳統(tǒng)的優(yōu)化工具驗證結(jié)果,論述LabVIEW在機械優(yōu)化設(shè)計中的實用性。關(guān)鍵詞:Lab View;非線性最優(yōu)化;約束中圖分類號:TH122文獻標識碼:A文章編號:1672- -545X(2011 )06 -0050- -03機械優(yōu)化設(shè)計中最常見的，是帶約束的非線性n表示設(shè)計變量的個數(shù);m和p分別表示不等式規(guī)劃問題。這類問題由于變量多,非線性程度高,在約束和等式約束的個數(shù),其中p2011年第6期對該函數(shù)進行約束條件的輸人,包含了變量、等式和扭轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)的最高允許值;該數(shù)組的長f= F'l3Eπd≤[f];度必須與X最小值數(shù)組長度相匹配。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(shù)學模型l≥l。許值。以上兩個數(shù)組的長度,必須與目標和約束函數(shù)返回的不等式約束數(shù)組的長度相匹配;開始狀態(tài)節(jié)設(shè)計變量點,包含不等式約束函數(shù)的初始值拉格朗8乘數(shù)和x=[dl]'=[x,xz] (單位:cm);海賽形式優(yōu)化的參數(shù)值，該步驟與其他優(yōu)化算法類minf(X )=M=6.123劃名(單位:g)。似;停止標準節(jié)點是主程序運算停止的條件,通過對函數(shù)容差、參數(shù)容差梯度容差、最大循環(huán)次數(shù)最s.tg(X )= 8.33x-xj≤0多函數(shù)調(diào)用、最大時間(s )的輸人控制程序運行的時g(X )=6.25-xj≤0間和優(yōu)化結(jié)果的精度;最小值和f(最小值)兩個節(jié)點分別輸出優(yōu)化結(jié)果的變量值和目標函數(shù)值;結(jié)束狀g(X )=0.34xi-xj≤0態(tài)包含不等式約束函數(shù)、拉格朗8乘數(shù)和海賽形式g(X )=8-xz≤0的在優(yōu)化結(jié)束處的最終值,通過查詢這些參數(shù),可直3.4構(gòu)造目標和約束 函數(shù)VI接判斷最終的優(yōu)化結(jié)果是否正確;錯誤輸出包含程作為主程序的-一個輸人節(jié)點，目標和約束函數(shù)序運行過程中的錯誤提示,便于程序調(diào)試,當程序無子VI需要在主程序前創(chuàng)建,然后才能調(diào)用。圖3所錯誤時,指示燈以綠色顯示。示即為目標和約束函數(shù)子VI的程序面板。目標函數(shù)值3優(yōu)化過程說明E回E>如圖2所示，-圓形等截面機械軸銷，- -端固不等式約束定，一端作用著集中載荷F= 10000 N和轉(zhuǎn)矩T=出品100 N.m。由于結(jié)構(gòu)需要,軸的長度l不小于80 mm,已知軸銷材料的許用彎曲應(yīng)力[σ.]= 120 MPa,許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)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(shù) obj.vi寸為:直徑58 mm,長度84 mm,對原方案方案進行改3.5 編寫主程序進優(yōu)化。主程序如圖4所示，對其中5個主要的節(jié)點進行數(shù)值輸人控制，其余均取默認值。最終的優(yōu)化結(jié)果如圖5所示，當直徑為40.5mm,長度為80mm時,滿足各項性能要求,且用料最省,此時耗材的凈質(zhì)量為805.55 g。優(yōu)化后比原始方案節(jié)省材料53.57 %。目標的東函數(shù)明起始點量小值坐標圖2機械軸銷設(shè)軸銷的長度為l (cm),直徑為d ( cm),則相關(guān)E]計算項目分列如下。函數(shù)量小值3.1目標函數(shù)鹵-結(jié)束狀態(tài)M=1 πdlp→min開始狀態(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,結(jié)果如圖6所示,兩種方法優(yōu)化結(jié)果- -致。鑒于該方法建模復(fù)雜,代碼量大,其內(nèi)容這里不作說明。5結(jié)束語通過使用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(shè)計中各種優(yōu)化問題進行處理"。相比其他傳統(tǒng)的工具，該方法簡單、直觀,易于掌握,大大提高了工作效率。利用Lab VIEW編程進行圖5優(yōu)化結(jié)果優(yōu)化求解,為今后解決機械優(yōu)化問題提供了- -種新的途徑,具有廣闊的應(yīng)用前景。4優(yōu)化結(jié)果驗證參考文獻:利用ANSYS10.0平臺對機械軸銷進行建模優(yōu)[1]楊黎明,楊志勤,厲虹.機械優(yōu)化設(shè)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(yīng)用[M]西安:西安交通大學出版社,2006.[3]楊樂平. Lab VIEW程序設(shè)計與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.[4]陳樹勛,李威龍一種實用的機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法[J].機械設(shè)計,2003,20(1):41-43.[5]黃文培.混沌-Powell混合算法在機械優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用[].四川大學學報,2001, 33(5): 31-34.6]王鷹宇,姚進,成寶善.基于ANSYS環(huán)境的參數(shù)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(shè)計從入門到精通M].ESIONSET 1 THE 點酒Et Sitin碼.特CECNIBLD北京:清華大學出版社,2007.圄6 ANSYS 優(yōu)化結(jié)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.