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文檔簡介
高等流體力學(xué)
班級(jí):機(jī)設(shè)15學(xué)碩班
學(xué)號(hào):_____________
姓名:___________張湘楠
授課老師:畢新勝
日期:2023年7月1日
虹一、研究報(bào)告內(nèi)容:
1、入二0.618的證明、一維搜索程序作業(yè);
2、單位矩陣程序作業(yè);
3、連桿機(jī)構(gòu)問題+自行選擇小型機(jī)械設(shè)計(jì)問題或其他工程優(yōu)化問題;
(1)分析優(yōu)化對(duì)缸根據(jù)設(shè)計(jì)問題的規(guī)定,選擇設(shè)計(jì)變量,確立約束條
件,建立目的函數(shù),建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型并編制問題程序;
(2)選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法,簡述方法原理,進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算;
(3)進(jìn)行結(jié)果分析,并加以說明。
4、寫出課程實(shí)踐心得體會(huì),附列程序文本。
5、為響應(yīng)學(xué)校2023年度教學(xué)工作會(huì)議的改革規(guī)定,探索新的課程考
核評(píng)價(jià)方法,特探索性設(shè)立一開放式考核項(xiàng)目,占總成績的5%。
試用您自己認(rèn)為合適的方式(書面)表達(dá)您在本門課程學(xué)習(xí)方面的
努力、進(jìn)步與收獲。(考評(píng)將重點(diǎn)關(guān)注您的獨(dú)創(chuàng)性、簡潔性與可驗(yàn)證性)。
二、研究報(bào)告規(guī)定
1、報(bào)告命名規(guī)則:學(xué)號(hào)-姓名一《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程實(shí)踐報(bào)告.doc
2、報(bào)告提交郵址:(收到回復(fù),可視為提交成功)。
追求:問題的工程性,格式的完美性,報(bào)告的完整性。
不追求:問題的復(fù)雜性,方法的惟一性。
評(píng)判準(zhǔn)則:獨(dú)一是好,先交為好;切勿拷貝。
目錄:
A=0.618的證明、一維搜索程序作業(yè)
①關(guān)于2=0.618的證明................................4
②一維搜索的作業(yè)
采用matlab進(jìn)行編程.......................5
采用C語言進(jìn)行編程...............................7
單位矩陣程序作業(yè)
①采用matlab的編程...............................9
②采用c語言進(jìn)行編程..............................9
機(jī)械優(yōu)化工程實(shí)例
①連桿機(jī)構(gòu)........................................11
②自選機(jī)構(gòu)........................................16
課程實(shí)踐心得............................................20
附列程序文
本............................................................21
進(jìn)步,努力,建議......................................25
一、入=0.618的證明、一維搜索程序作業(yè)
①關(guān)于幺=0.618的證明
黃金分割法規(guī)定插入點(diǎn)4的位置相對(duì)于區(qū)間伍,例兩端具有對(duì)稱性,即
%=b-Mb-a)
a2=a+A(b-a)
其中2為待定常數(shù)。
%b-搜索區(qū)間上限
%e-精度
%輸出數(shù)據(jù):
%x-極小值點(diǎn)
%其他常量:
%cl,c2,c3-區(qū)間
%r-黃金分割比例0.618
%%
%定義函數(shù)
functionx=fun(a.b?e)
r=0.618;
c1=b-r*(b-a);c2=a+r*(b-a);
yl=f(cl);y2=f(c2);
while(abs((b—a)/b)>e)&&(abs((y2-yl)/y2)>e)
ifyl>=y2
a=cI;cI=c2;y1=y2;
c2=a+r*(b-a);y2=f(c2);
else
b=c2;c2=c1;y2=y1;
cl=b-r*(b-a);yl=f(cl);
end
end
x=0.5*(a+b);
end
對(duì)f函數(shù)的確立
10functiony=f(x)
y=(x-2『2+3;
end
11functiony=f(x)
y=cosx
end
假如要計(jì)算y=(x-2A2+3;的黃金分割法,則需要將圖所示的f腳本中的函數(shù)寫成如①所示
假如要計(jì)算y=cosx;黃金分害ij法,則需要將圖所示的「腳本中的函數(shù)寫成如②所示
fun函數(shù)表達(dá)對(duì)mat1ab的主程序語言。
,主分界造常B?盛
■?入CH;
、?一BTErtT*
、b—酢旦日上陽
、。一?范
UktGH;
、x—B小?盛
tKlt-MV;
、cl,c2,c3-E4
?1
■宣義(BII:
jrl?f<eli.y2*f<e2l.
while(?bf<(V-a>/b>>?>U<?bt<(r2-yl)/)r2>>e>
ify17r2
1=cl.€l?c2.yl?y2.
C2?E?吁(0.
else
b>?2.e2Mi
cl?b-r?<b-?><cl);
tni
x-0.5?
電“”
Ed.!o<D\2.bA叭H
MeEd*TertGo€<?TooHDebugDesktop'MxlowM?ip
f:■)?"??/??€)粕■■sudcB?A田(D曰<90
,a4-J£?+11_X9£Q
Ifurvetian)Ff<*>
2-y?(M-2)'2*3:
3-?nd
函數(shù)NO.1運(yùn)算結(jié)果:
(2)采用C語言進(jìn)行編程
#inc1ude<stdio.h>
^defineK0.618
doub1ef(double);/*****函數(shù)值計(jì)算函數(shù)聲明*****/
voidmain(void)
{
doublea,b,size;。
doubleal,a2;
?intI;
?printf(”請(qǐng)輸入?yún)^(qū)間兩端點(diǎn)(端點(diǎn)值應(yīng)大于0);
?scanf(o%lf,&b);/*****輸入端點(diǎn)值*****/
printf("請(qǐng)輸入精度:");
?scanf((i%1fw,&size);/*****輸入精度*****/
printf("區(qū)間為(%1f精度為$1f\n”,a,b,size);
printf("序號(hào)\ta1\t\ta2\t\tf(al)\t\tf(a2)\n"1;
吁or(i=0;i<64:i++)
printf("-“);
printf(°\nn);
?i=0;
while((b-a)>size)/*****川精度控制循環(huán)次數(shù)*****/
(
<?i++;
al=b-K*(b-a);/*****按0.618法插入兩點(diǎn)*****/
0a2=a+K*(b—a);
printf("%2d:\t%f\ta%f\t%f\t%f\n",I,al,a2,f(a1),f(a2));
/**才大水輸出每次“算后a1,a2,f(a1),f(a2)
的值*****/
?if(f(al)>=f(a2))
。a=al;
geIse
b=a2:
printf("所求極小值點(diǎn)為:x=%lf\t極小值f(x)=%f\n”,a,f(b));
)
doublef(doublex)/*****函數(shù)值計(jì)算函數(shù)*火火**/
odoublef;
?f=(x-2)*(x-2)+3;
?return(f);
)
對(duì)于y=cosx,須在程序中加一個(gè)#include(math.h)頭程序,以示我要調(diào)用函數(shù)語句。再將
倒數(shù)第三行函數(shù)改為尸cos(x),再次編譯運(yùn)算即可。
?^lundion?classes
~1
while(<b-j|>size),用精度拄制彷外次故,
1??;
,按?.618法插入兩百
print-<-Vd:\t%f\tA?\ttf\t%F\nM.i.j1,42.f<4l
/”??琳出每次計(jì)修后“1.
*a1;
else
b-a2;
prle”(?你求極小值點(diǎn)為:極小值“D-XfMT.a.
doublef(doublex)/.???.為數(shù)值計(jì)n劭斂??.,
doubleF;
f-(x-2)?(x-2)*3:
return(F);
IkiI
Iunctien2.exe-Berror(s).etMrning(s)
J
,’
運(yùn)營如圖所示
我們可以看出,大約在X=2處取到極值。與理論相符。
SKncticoJ-Microw4t€??
文QDMDH9AMD工30T?ZJKD.匚3)W(H)
6300Q如智■1M
[|Gk>bals|二)(Allglobalmemku二][F習(xí)X”①匕!"6
3W
Sinclu<lr<iMth.ti>
■include<5tdio.h>3.315111*3.531296984983925H52
MefineMe.61S3.18X39a3.315B4i9992869?W5
doublefCdoub>);“”??訕敢值計(jì)算由就J3f833a3.181396V?VW6
voidRain(uoi4)).181422?9.2)244099928?wsrs
3/4fs72c3?l,14A6999%6?592W
double3.138374*3.149862999937””,6
dotible?l.a2;3.W868a3.i&1912“9966“97M
inti;3.142421”9八6
p"n”(RHfi入?yún)^(qū)間兩端6?3.142419“9”3
(X3.14*420?3.145263“9%3
輸入精度:“);3.14M63*3.142419
“SA'QU”);3.1424219*3.143506
“in",忑?為度為21八n”.a.b.TzS:1.14i74td14242。
print"”序號(hào)\t4l\t\t^2\t\t?(3.141334*3.141748
,or《I;H6E??)3.14174??3.142BBS
pri?t("1);3.141S90a3.141748
printF("\f);3.141492a3.1415t0
1-?;1.144.9VIQ.141⑸
用精度控制藺3砍j1.141SS3?3.14159B
3.141590a3.141613
3.141S74
,????哦???1噬18人兩3.14159。?3.1415”
3.141S8S?3.141590
priN,<?*Vdg八t"VT.iQ1.32?〃3.14159?*3.141593
/??Ti出怎次計(jì)It后d
?:CUsW-fjnieYMw]
fvnctl9n2.exe-6error(s),?wdrninq(s)
7nA田編/清武又在文件!中直找\在文件2甲疊我>結(jié)第工現(xiàn)Zbuc”n<7
ftU
運(yùn)營如圖所示
我們可以看出,大約在。處取到極值。與理論相符。
二、用簡樸的語句寫一個(gè)單位矩陣
①采用matlab構(gòu)造:
MATLABR20U-
MeW<DebugOeskBopWndowx”
:▲■■〈。?干工VCWCM
5>erttutl9HgtoAdd£JNew
,O,xWndw*
■■,:2■%Q?Wectdatatopi..▼
Njme*Vake
?4>4doubted
??y?(2>
?ey?<5>
CommandH^ory
r-ir^ut<pl?a<?xip*,amabtxI
?eye??
eyed)
ele
b⑴
?y?<2)
b⑴
不⑷
0美H曰"4市
Matlab構(gòu)造的矩陣最是簡便,由于自身就有一個(gè)單位矩陣的函數(shù)。
由于matlab是基于C語言而設(shè)立的一個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)用軟件,所以他的集成度非常高,并且具有很好的開
放性,于是我們得知eye函數(shù),將其構(gòu)造。
Eg:
若要構(gòu)造一個(gè)3維的單位矩陣,則輸入eye(3)
若要構(gòu)造一個(gè)n為的單位矩陣,這輸入eye(n)
②用C語言構(gòu)造
程序如圖所示:
#include<stdio.h>
Intmain(){
intI,j,n;
whi1e(scanf("%d",&n)==1){
for(I=0;I<n;++i){
for(j=0;j<n;++j)
printf(“%d<f,I==j);
printf(r,\nw);
)
)
return0;
}
q2
JI
(S)6uiV4rAD?<5)404^4o--"?XX/lJe
[RIB.(Dirr⑻g@出工(DYVGOWHIM麗N
??□IfAW?2S
三、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)工程實(shí)例
①連桿機(jī)構(gòu)問題
(1)連桿機(jī)構(gòu)問題描述
設(shè)計(jì)一曲柄連桿搖桿機(jī)構(gòu),規(guī)定曲柄從%=%+90°時(shí),搖桿,3的轉(zhuǎn)角最佳再現(xiàn)已知的運(yùn)
動(dòng)規(guī)律:“F二%+丁(8-四)2且/尸1,/4二5,%為極位角,其傳動(dòng)角允許在45°4/0135°范
3兀
圍內(nèi)變化。
(2)數(shù)學(xué)模型的建立
設(shè)計(jì)變量:這里有兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)’2和’3。因此設(shè)計(jì)變量為入=[%出F二[/2/31
目的函數(shù):將輸入角提成30等分,并用近似公式計(jì)算,可得目的函數(shù)的表達(dá)式
30
J血-%)]
/=1
約束條件:
GX(1)=-X(l)^0
GX(2)=-X(2)<0
<JX(3)=-(X(1)+X(2))+6.0^0
<;X(4)=-(X(2)+4.0)+X(1)<0
0Gx(5)=-(4.0+X(l))+X(2)<0
oGX(6)=-(l.4I42*X(1)*X(2)-X(1)**2-X(2)**2)-16.0^0
GX(7)=-(X(1)**2+X(2)**2+1.4142*X(l)*X(2))+36.0^0
(3)程序編制
C=====================
SUBROUTINEFFX(N,X,FX)
oDIMENSIONX(N)
COMMON/ONE/11,12,13,I4,NFX,I6
oNFX=NFX+1
P0=ACOS(((1,0+X(1))**2-X(2)**2+25.0)/(10.0*(1,0+X(l))))
oQOACOS(((1.0+X(l))**2-X(2)**2-25.0)/(10.0*X(2)))
T=90.0*3.1415926/(180.0*30.0)
FX=0.0
oDO10K=0,30
PI=P0+K*T
QE=Q0+2.0*(PI-P0)**2/(3.0*3.1415926)
D=SQRT(26.0-10.0*COS(PI))
oAL=ACOS((D*D+X(2)*X(2)-X(l)*X(l))/(2.0*D*X(2)))
BT=ACOS((D*D+24.0)/(10.0*D))
IF(PI.GE.0.0.AND.PI.LT.3.1415926)THEN
QI=3.1415926-AL-BT
ELSE
QI=3.1415926-AL+BT
ENDIF
IF(K.NE.0.OR.K.NE.30)THEN
FX=FX+(QI-QE)**2*T
ELSE
FX=FX+(QLQE)**2*T/2.0
ENDIF
12CONTINUE
RETURN
,END
L---------———----------------------------———
6UBROUTINEGGX(N,KG,X,GX)
C?=========================
*DIMENSIONX(N),GX(KG)
GX(1)=-X(1)
GX(2)=-X(2)
<JX(3)=-(X(l)+X(2))+6.0
GX(4)=-(X(2)+4.O)+X(l)
<JX(5)=-(4.0+X(l))+X(2)
?GX(6)=-(1.4142*X(1)*X(2)-X⑴**2?X(2)**2)-16.0
GX(7)=-(X(1)**2+X(2)**2+1.4142*X(1)*X(2))+36.0
^RETURN
正ND
C=========================
SUBROUTINEHHX(N,KH,X,HX)
-------------------------------------
DIMENSIONX(N),HX(KII)
X(1)=X(1)
^RETURN
END
輸入數(shù)據(jù)如下:
2.7.0
4.3,3.2
2.,0.2,0.01,0.00001,0.(X)001
0,1,0
3.5,2.8,5.5,4.5
(4)可執(zhí)行程序的生成
13將程序文本保存成文獻(xiàn)tOO1.txt,存放在OPT_EXAM\FORTRAN\0-fortran目錄
To
14使用口05操作界面,(^1_£X人乂正01^11<人1\1\0401「@11目錄下,輸入命令
asumt.for4-t001.txttOO1.for回車。生成tOOl.for文獻(xiàn)。
15fori1001;回車;
@for2回車;
⑤linktO01;回車,即生成可執(zhí)行程序l001.exe。
⑥從t001.dat文獻(xiàn)中加載數(shù)據(jù),運(yùn)營tO01.exe。
t001<t001.dat>t00l.rtf回車得到結(jié)果。
操作過程如圖:
S9C:\windows\system32\cmdexe
MicrosoftWindows[????6.1.76013
????????<c>2009MicrosoftCorporation????????????????
C:\Users\ChenXJ>cd\
C:\>cdopt_exam\fortran\0-fortran
C:\OPT_£XAM\FORTRAN\0-fortran>copyasunt.£or+t001.txtt001.for
ftSUMT.FOR
t001.txt
C:\OPTJEXAM\FORTRAN\0-fortran>forlt001;
MicrosoftFORTRAN??U3.31August1985
<C>CopyrightMicrosoftCorp1982,1983,1984,1985
PassOneNoErrorsDetected
575SourceLines
:\OPT_BXAM\FORTRAN\0-FORT~1>for2
CodeAreaSize-U4412<17426)
ConsAreaSize=tt0198<408>
DataAreaSize=R3BEC<15340?
PassTwoNoErrorsDetected.
C:\OPTJEXAM\FORTRAN\0-FORT~l>linkt001;
Microsoft<R>8086ObjectLinkerVersion3.04
Copyright<C>MicrosoftCorp1983,1984,1985.Allrightsreserved.
C:\OPT_EXAM\FORTRAN\0-FORT~lX00Kt001.datX001.rtf
C:\OPTJEXAM\FORTRAN\0-FORT~1>
操作環(huán)節(jié)
(5)結(jié)果與分析
結(jié)果顯示如下:
:=============PRIMARYDATA==============
N=2KG=7KH=0
X:
.4300000E+01.3202300E+01
FX:
.7847605E-02
GX:
-.4300000E+01-.3202300E+01-.1500000E+01—.290000()E+01
-.5100000E+01
-.6729390E+01-.1218939E+02
X:
.4300000E+01.32O23OOE+01
FX:
.7847605E-02
GX:
-.4300000E+013202300E+01-.1500000E+0I-.2900000E+01-.5
1OOOOOE+Ol
-.672939OE+Ol-.1218939E+02
HX:
PEN=.3974390E+01
R—.20230OOE+O1C=.2023000E+00TO=.100(X)00E-01
EPS1=.1OOOiDOOE-04EPS2=.1000000E-04
==============ITERATIONCOMPUTE==============
*****IRC=1R=.2023000E+0IPEN=.3974390E+01
*****IRC=2R=.40000(X)E+00PEN=.3119361E+01
*****IRC=3R=.8000001E-01PEN=.6407908E+00
*****IRC=4R=.1600000E-01PEN=.1439420E+00
*****IRC=5R=.3202300E-02PEN=.3733451E-01
*****IRC=6R=.6400000E-03PEN=.8986510E-02
*****IRC=7R=.128OOOOE-03PEN=.2346609E-02
*****IRC=8R=.2560000E-04PEN=,9042178E-03
*****IRC=9R=.5120231E-05PEN=.5396702E-03
*****IRC=|0R=.1024000E-05PEN=.4410887E-03
*****IRC=11.20480OOE-06PEN=.412806IE-03
*****IRC=12R=.4096(X)1E-07PEN=4071001E-03
*****IRC=13R=.8192023E-08PEN=.4014154E-03
*****IRC=14R=.163?401E-OSPEN=.399279E-03
*****IRC=15R=.32768O1E-09PEN=.3987240E-03
*****IRC=16R=.6553602E-I0PEN=.3984505E-03
*****
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