机械优化设计实验指导书
机械优化设计实验
§1 综合性编程的上机实验一实验目的无约束坐标轮换优化方法调用一维最优化方法，一维最优化方法（0。
618法）又调用区间搜索法(进退法)，综合性编制程序的上机实验。
二实验内容1、搜索区间的确定与区间消去法（进退法)原理（1）方法概要有了目标函数，确定了搜索方向，假设函数f(a）具有单谷性，确定极小点 a＊所在的区间［a b]：①在搜索方向上,选定初始点 a1，初始点步长 h=0。
01（经验，可调整）,前进一步得a2点。
②求出a1、a2对应的函数值y1、y2,比较对应点函数值，确定前进或后退。
（2）程序框图：3、一维搜索黄金分割法(0.618法）(1）基本思想前提：已通过进退法确定了符合函数值高低高规律的搜索区间［a，b］即，函数的极小点必在[a，b］内.所以要调用搜索区间的进退法(2)程序框图①初始区间[a，b］，由进退法确定。
收敛精度ε(ε=10—4~ 10-5),缩短率λ=0。
618②计算a1、a2，f （a1)、 f (a2）,③根据区间消去法原理缩短区间,进行区间名称的代换，并保留区间中计算的一个新试验点及函数值。
④检查区间是否短到足够小和函数值收敛到足够近。
若条件不满足，则返回到②⑤若条件满足，则取最后两个试验点的平均值作为极小点数值的近似解。
4、多维无约束坐标轮换法（1）基本思想把多维问题转化为一系列一维搜索问题.沿设计变量的各个分量形成的坐标轴依次进行一维搜索(固定其它分量,仅对一个分量优选,轮番搜索），即调用一维最优化方法（0.618法），而一维最优化方法（0。
618法)又调用区间搜索法(进退法）。
重复进行，直至找出满足精度的极小点。
（2）程序框图(3）具体要求①注意数组的应用，便于设计过程中沿各坐标轴迭代时的数据处理；②注意子程序和子函数的调用，简化设计过程,便于数据的计算机处理；③设计结果在界面上显示，并进行数据分析。
④写出上机实验报告§2有约束优化方法应用编制程序的上机实验一、实验目的使学生能用有约束优化设计方法解决简单工程问题的优化设计，对所设计的问题建立数学模型,并确定设计变量、目标函数和约束条件；调用有约束问题的最优化方法（惩罚函数法）编制程序，进而在计算机上求解并对优化的计算结果进行正确的分析和处理。
机械设计实验指导书范本
机械设计实验指导书范本1. 实验目的本实验旨在让学生通过实际操作和设计，掌握机械设计的基本原理和技能，提高其机械设计与制造能力。
2. 实验原理本实验主要涉及以下机械设计原理：•刚体运动学•机构设计•齿轮传动•常见轴承类型及选用原则3. 实验器材•设计软件：AutoCAD•实验设备：电脑、打印机、投影仪4. 实验步骤步骤 1：实验准备1.准备所需的设计软件和实验设备。
2.确保实验环境安全舒适。
步骤 2：选择实验题目根据老师提供的题目列表选择一个题目。
步骤 3：制定设计方案根据所选题目，通过分析和思考，制定出一个合理的设计方案。
方案应包括以下内容：1.总体结构设计2.机构运动特点分析3.齿轮传动方案4.轴承选型和布置步骤 4：绘制设计图纸使用AutoCAD等设计软件，根据制定的设计方案，绘制出相应的设计图纸。
图纸应包括以下内容：1.总体结构图2.零件图及详细尺寸标注3.零件装配图步骤 5：制作零件根据设计图纸，制作所需的零件。
可以使用3D打印、机床等设备进行加工。
步骤 6：组装部件将制作好的零件按照设计图纸进行组装。
注意保持零件的正确位置和方向。
步骤 7：调试和测试对组装好的机械装置进行调试和测试。
测试可以包括静态测试和动态测试两种方式。
步骤 8：实验报告撰写根据实际操作和结果，撰写实验报告。
报告内容应包括以下内容：1.实验目的与原理2.设计方案与实施步骤3.实验过程和结果记录4.数据分析与讨论5.实验总结与心得体会5. 实验结果与讨论根据实验报告撰写的内容，老师将对实验结果和讨论进行评价和指导。
学生应根据老师的反馈意见，进一步完善报告和实验成果。
6. 安全注意事项1.在进行实验时，注意设备和材料的安全使用，防止事故发生。
2.在使用机床和其他加工设备时，要注意操作规范，防止受伤。
3.在进行实验操作时，要注意保护自己的眼睛和皮肤，避免接触到有害物质。
4.在进行电路实验时，注意电源的安全使用，避免触电事故。
机械优化设计上机实践报告书
机械优化设计上机实践报告班级：机械（茅以升）101姓名:学号: 1004010510成绩:指导教师: 张迎辉日期: 2013.11.201 《一维搜索方法》上机实践报告1、写出所选择的一维搜索算法的基本过程、原理（可附流程图说明）。
（一）进退法1.算法原理进退法是用来确定搜索区间（包含极小值点的区间）的算法，其理论依据是：()f x 为单谷函数（只有一个极值点），且[,]a b 为其极小值点的一个搜索区间，对于任意12,[,]x x a b ∈，如果()()12f x f x <，则2[,]a x 为极小值的搜索区间，如果()()12f x f x >，则1[,]x b 为极小值的搜索区间。
因此，在给定初始点0x ，及初始搜索步长h 的情况下，首先以初始步长向前搜索一步，计算()0f x h +。
（1） 如果()()00f x f x h <+则可知搜索区间为0[,]x x h +，其中x 待求，为确定x ，后退一步计算0()f x h λ-，λ为缩小系数，且01λ<<，直接找到合适的*λ，使得()*00()f x h f x λ->，从而确定搜索区间*00[,]x h x h λ-+。
（2） 如果()()00f x f x h >+则可知搜索区间为0[,]x x ，其中x 待求，为确定x ，前进一步计算0()f x h λ+，λ为放大系数，且1λ>，知道找到合适的*λ，使得()*00()f x h f x h λ+<+，从而确定搜索区间*00[,]x x h λ+。
2. 算法步骤用进退法求一维无约束问题min (),f x x R ∈的搜索区间（包含极小值点的区间）的基本算法步骤如下：（1） 给定初始点(0)x ，初始步长0h ，令0h h =，(1)(0)x x =，0k =； （2） 令(4)(1)x x h =+，置1k k =+；（3） 若()()(4)(1)f x f x <，则转步骤（4），否则转步骤（5）；（4） 令(2)(1)(1)(4),x x x x ==，()()(2)(1)f x f x =，()()(1)(4)f x f x =，令2h h =，转步骤（2）； （5） 若1k =，则转步骤（6）否则转步骤（7）；（6） 令h h =-，(2)(4)x x =，()()(2)(4)f x f x =，转步骤（2）；（7） 令(3)(2)(2)(1)(1)(4),,x x x x x x ===，停止计算，极小值点包含于区间(1)(3)(3)(1)或x x x x[,][,]（二）黄金分割法1、黄金分割法基本思路：黄金分割法适用于[a，b]区间上的任何单股函数求极小值问题，对函数除要求“单谷”外不做其他要求，甚至可以不连续。
机械优化设计实验指导书
实验一一维搜索方法本实验求函数f（x）=(x—3）2 以及f(x)=—（x-3)2的搜索区间[a, b]。
并用黄金分割法和插值法分别求最优解.进退法：#include 〈math。
h〉＃include <stdio.h〉/* 函数f(x)=（x-3)2 ＊/double f(double x）｛return （x-3）*(x—3)；｝/＊求搜索区间[a,b］的函数, x0———初始点; h0—-—初始步长＊/void find_ab(double x0，double h0,double *a，double *b)｛double h,x1，y1，x2，y2，x3,y3；h=h0；x1=x0；y1=f(x1);x2=x1+h; y2=f(x2);if (y2〉=y1）｛***＊＊＊*＊＊*＊}for (；;）{h＊=2.0；x3=x2+h; y3=f(x3）;if (y2〈y3）break；**＊*＊＊＊＊*＊｝if （h〉0) ｛**＊*＊＊}else {＊*＊＊*＊｝}/＊黄金分割法a,b-——搜索区间[a，b］; e---精度x,y--—最优解X＊,F**/void search_gold（double a，double b，double e, double ＊x,double *y){double x1，x2,y1，y2；x1=**＊＊＊＊；y1=f（x1);x2=***＊＊＊；y2=f(x2);do {if （y1〈y2）{＊*＊*＊*} else {＊****＊}} while （b-a>e);＊＊***｝/＊二次插值法a，b-——搜索区间［a，b]; e—-—精度xpt，ypt—--最优解X＊，F＊*/void search_insert（double a，double b, double e，double *xpt，double *fpt）{double x1,x2,f1,f2,x3,f3,xp，fp,xp0,c1，c2;int k=1；x1=a; x3=b；x2=0。
机械设计实验指导书
《机械设计》实验指导书前言实验是机械设计课程中重要的实践性环节，通过实验不仅可以验证理论知识，加深对理论知识的理解，而且可以培养同学的动手能力，观察分析能力和勇于探索的创新精神。
机械设计实验是《机械设计》课程的重要实践环节，其教学目标是使学生更好地理解和深刻地把握课程的基本知识，并在此基础上训练学生动手能力、综合分析问题和创新设计的能力，按照《机械设计》课程教学大纲的要求，编写了此实验指导书，设置的具体实验项目：带传动效率实验、轴系结构设计与分析实验、减速器拆装实验3项实验。
实验一 带传动效率实验实验学时：2 实验类型：验证一、实验目的了解带传动实验台的组成和工作原理；观察带传动中的弹性滑动现象，以及它们与带传递的载荷和转速之间的关系。
测定传动效率和滑动率与所传递的载荷和转速之间的关系，绘制带传动的效率曲线和滑动曲线。
二、实验原理、方法和手段带传动原理是张紧在至少两轮上带作为中间挠性件，靠带与轮接触面间产生摩擦力来传递运动与动力。
带传动的效率，当主动轮与从动轮直径相等，即传动比i=1时，可按下式求得1122n T n T ==主动轮的功率从动轮的功率η式中：T 1 ——输入力矩，N·m ；T 2 ——输出力矩，N·m ； n 1 ——输入转速，r/min ； n 2 ——输出转速，r/min 。
由于带的紧边与松边拉力不等，使带的两边弹性形变不等引起带与轮面的微量相对滑动称为弹性滑动。
带传动在工作中的滑动程度用滑动系数ε表示，它是随负载的大小而变化的。
可按下式求得121n n n -=ε 式中： n 1 ——输入转速，r/min ； n 2 ——输入转速，r/min 。
滑动曲线就是表示带在不同负载时滑动的程度的曲线，可分别以主动轮转速和负荷档位为横坐标，以滑动系数ε为纵坐标来绘制。
三、实验条件1．柜式带传动效率测试分析实验台。
2．笔、草稿纸(此项自带)。
四、实验内容与步骤1．根据实验要求加初拉力（调整张紧螺丝）。
(机械制造行业)计算机绘图机械优化设计实验指导书
《三维实体造型》《计算机绘图》《机械优化设计》实验指导书《三维实体造型》实验指导书前言实验是掌握科学技术的重要手段。
通过《三维实体造型》课程实验，使学生受到实验方法和实验技能的基本训练，加深对三维实体造型方法的理解，掌握用ProE软件进行实体造型的基本技能，做到理论与实践相结合。
本实验指导书内容包括：实验一，草绘截面；实验二，创建零件特征模型；实验三，创建装配体模型；实验四，工程图的生成与编辑。
目录实验一草绘截面……………………………………………实验二创建零件特征模型…………………………………实验三创建装配体模型……………………………………实验四工程图的生成与编辑………………………………实验一草绘截面1．实验目的(1) 了解Pro/E软件的安装方法；(2) 熟悉Pro/E软件的草绘和三维模型创建界面；(3) 掌握零件截面的草绘方法；2．实验设备Pro/E软件、高档HP计算机。
3．实验方法草绘、约束4．实验内容(1）熟悉Pro/E软件界面(2）绘制一个截面草图——吊钩平面图5.实验步骤(1）进入Pro/E软件界面，熟悉界面各区域；(2) 由“新建”进入草绘界面，熟悉各图元绘制、尺寸标注与编辑、约束等工具(3) 按先已知线段，再中间线段，后连接线段；先直线后弧线的顺序绘制吊钩注意：灵活使用约束方法将大大提高绘图速度。
6.考核要求当场评定成绩。
根据操作规范情况、草图质量给出优、良、中、及格和不及格，并及时登记成绩。
实验二创建零件特征模型1．实验目的(1) 熟悉三维模型创建界面；(2) 掌握各种三维零件特征模型的创建方法；（3）掌握零件表面渲染方法；（4）掌握基准点、轴、面的创建方法；(5) 培养学生的空间构思能力和创新设计能力。
2．实验设备Pro/E软件、高档HP计算机。
3．实验方法拉伸、旋转、扫描、圆角、拔模、渲染、创建基准。
4．实验内容用各种方法创建：连杆、瓶口座、酒瓶、法兰盘、斜面模型、沙发、变形接头、吊钩、螺栓、斜孔模型5.实验步骤(1)由“新建”—“零件”进入零件建模界面(2)用拉伸方法创建：①连杆模型；②两圆柱筒相贯模型—四通管接头（自行设计）。
机械的优化设计与Matlab的应用上机练习指导书V2.0
机械优化设计与Matlab应用上机实验指导书V2.0班级：学号：姓名：机械学院说明1．由于机械优化设计与Matlab应用是一门实践性很强的课，本实验指导书中上机练习内容是为巩固课堂所学知识安排的。
2．要求每次上机必须完成规定的练习内容，课堂上即时完成有难度的在课前要按照相关实验说明做好相应的准备工作。
3．明确每一次上机练习的目标，并在每次实验小结表中填入本次练习完成情况及相关实验小结。
4．所有实验结束后，要求写出一篇关于这门课的课程小结。
5．严格遵守机房的有关管理规定。
目录上机练习一MATLAB软件使用初步上机练习二矩阵、向量的创建，字符串及其处理上机练习三程序流程控制及符号工具箱的使用上机练习四MATLAB基本绘图函数的使用上机练习五无约束优化方法编程上机练习六约束优化方法编程。
上机练习七优化工具箱典型函数的使用上机练习八机械优化设计工程问题的求解上机练习九总复习上机实验一MATLAB软件使用初步一、实验目标1．熟悉Matlab界面，并掌握相关基本操作。
2．掌握变量创建、变量管理，访问程序及函数文件、命令窗口管理的基本方法。
3．在命令窗口中熟练使用各种运算符以及各种常用数学表达式的matlab表示方式。
4．熟悉matlab特殊字符的使用说明。
二、实验环境1．计算机2．MATLAB7.0集成环境三、实验说明1．首先应熟悉MATLAB7.0运行环境，正确操作2．实验学时：2学时四、实验内容及步骤1．命令窗口的使用；2．变量名的创建，注意大小写是否敏感；3．clear 、clear session、who、whos命令的含义；4．File下拉菜单的Set Path实现路径信息的输入；5．Format函数的使用；6．赋值操作，表达式加分号与不加分号的区别，一行输入多个表达式，特殊字符的使用，各种运算符的使用及优先级的高低；7．帮助系统的使用；8．用Matlab表达式完成如下表达式计算五、实验报告要求1．将求螺栓刚度的Matlab表达式填入下表；2. 小结其余实验内容的心得体会。
《机械优化设计》实验指导书
机械优化设计》实验指导书武秋敏编写院系：印刷包装工程学院专业：印刷机械西安理工大学二00 七年九月上机实验说明【实验环境】操作系统：Microsoft Win dows XP应用软件：Visual C++或TC。
【实验要求】1、每次实验前，熟悉实验目的、实验内容及相关的基本理论知识。
2、无特殊要求，原则上实验为1人1组，必须独立完成。
3、实验所用机器最好固定，以便更好地实现实验之间的延续性和相关性，并便于检查。
4、按要求认真做好实验过程及结果记录。
【实验项目及学时分配】本实验共计2【实验报告和考核】1、实验报告必需采用统一的实验报告纸，撰写符合一定的规范，详见实验报告撰写格式及规范。
（一）预习准备部分1.预习本次实验指导书中一、二、三部分内容。
2.按照程序框图试写出汇编程序。
（二）实验过程部分1.写出经过上机调试后正确的程序，并说明程序的功能、结构。
2.记录4000〜40FFH内容在执行程序前后的数据结果。
3.调试说明，包括上机调试的情况、上机调试步骤、调试所遇到的问题是如何解决的, 并对调试过程中的问题进行分析，对执行结果进行分析。
（三）实验总结部分实验（一）【实验题目】一维搜索方法【实验目的】1．熟悉一维搜索的方法－黄金分割法，掌握其基本原理和迭代过程；2．利用计算语言（ C 语言）编制优化迭代程序，并用给定实例进行迭代验证。
【实验内容】1．根据黄金分割算法的原理，画出计算框图；2 .应用黄金分割算法，计算：函数F（X）=X2+2X，在搜索区间-3 < x< 5时，求解其极小点X*。
【思考题】说明两种常用的一维搜索方法，并简要说明其算法的基本思想。
【实验报告要求】1.预习准备部分：给出实验目的、实验内容，并绘制程序框图；2.实验过程部分：编写上机程序并将重点语句进行注释；详细描述程序的调过程（包括上机调试的情况、上机调试步骤、调试所遇到的问题是如何解决的，并对调试过程中的问题进行分析。
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机械优化设计实验指导
书
Document number【AA80KGB-AA98YT-AAT8CB-2A6UT-A18GG】
《机械优化设计》
实验指导书
武秋敏编写
院系：印刷包装工程学院
专业：印刷机械
西安理工大学
二00七年九月
上机实验说明
【实验环境】
操作系统： Microsoft Windows XP
应用软件：Visual C++或TC。
【实验要求】
1、每次实验前，熟悉实验目的、实验内容及相关的基本理论知识。
2、无特殊要求，原则上实验为1人1组，必须独立完成。
3、实验所用机器最好固定，以便更好地实现实验之间的延续性和相关性，并便于检查。
4、按要求认真做好实验过程及结果记录。
【实验项目及学时分配】
【实验报告和考核】
1、实验报告必需采用统一的实验报告纸，撰写符合一定的规范，详见实验报告撰写格式及规范。
（一）预习准备部分
1. 预习本次实验指导书中一、二、三部分内容。
2. 按照程序框图试写出汇编程序。
（二）实验过程部分
1. 写出经过上机调试后正确的程序，并说明程序的功能、结构。
2. 记录4000～40FFH内容在执行程序前后的数据结果。
3. 调试说明，包括上机调试的情况、上机调试步骤、调试所遇到的问题是如何解决的，并对调试过程中的问题进行分析，对执行结果进行分析。
（三）实验总结部分
实验（一）
【实验题目】
一维搜索方法
【实验目的】
1．熟悉一维搜索的方法－黄金分割法，掌握其基本原理和迭代过程；
2．利用计算语言（C语言）编制优化迭代程序，并用给定实例进行迭代验证。
【实验内容】
1．根据黄金分割算法的原理，画出计算框图；
2．应用黄金分割算法，计算：函数F(x)=x2+2x，在搜索区间-3≤x≤5时，求解其极小点X*。
【思考题】
说明两种常用的一维搜索方法，并简要说明其算法的基本思想。
【实验报告要求】
1．预习准备部分：给出实验目的、实验内容，并绘制程序框图；
2．实验过程部分：编写上机程序并将重点语句进行注释；详细描述程序的调过程（包括上机调试的情况、上机调试步骤、调试所遇到的问题是如何解决的，并对调试过程中的问题进行分析。
3．实验总结部分：对本次实验进行归纳总结，给出求解结果。
要求给出6重迭代中a、x1、x2、b、y1和y2的值，并将结果与手工计算结果进行比较。
4.回答思考题。
实验（二）
【实验题目】
无约束优化方法
【实验目的】
1．熟悉几种常用的无约束优化方法，如最速下降法、梯度法、牛顿迭代法、坐标轮换法、鲍威尔法等；
2．以最速下降法为例，利用计算语言（C/C++语言）编制优化迭代程序，并用给定实例进行迭代验证。
【实验内容】
1．掌握最速下降法的基本原理和迭代步骤；
2．对于函数F(x1,x2)=x
12＋2x
2
2-4x
1
-2x
1
x
2
，应用最速下降法，求解极小值、极
小值点及迭代次数。
【思考题】
说明三种常用的无约束优化方法，并简要说明其算法的基本思想及各自的优缺点。
【实验报告要求】
1．预习准备部分：给出实验目的、实验内容，并绘制程序框图；
2．实验过程部分：编写上机程序并将重点语句进行注释；详细描述程序的调过程（包括上机调试的情况、上机调试步骤、调试所遇到的问题是如何解决的，并对调试过程中的问题进行分析。
3．实验总结部分：对本次实验进行归纳总结，给出求解结果，并将结果与手工计算结果进行比较。
4.回答思考题。
实验（三）
【实验题目】
非线性方程求解
【实验目的】
1．掌握非线性方程(组)的各种解法，包括二分法，迭代法，牛顿法等。
2．以牛顿法为例，能利用计算语言（C/C++语言）对给定的非线性方程进行求解
【实验内容】
1．掌握牛顿法求解非线性方程的原理及步骤；
2．计算：f(x)=x 3-x 2-1=0在x0=1.5附近的一个实根，取ε=0.000001 ，最多迭代次数为60。
其中023)(2=-='x x x f
【思考题】
论述牛顿法求解非线性方程的基本思想及步骤。
【实验报告要求】
1．预习准备部分：给出实验目的、实验内容，并绘制程序框图；
2．实验过程部分：编写上机程序并将重点语句进行注释；详细描述程序的调过程（包括上机调试的情况、上机调试步骤、调试所遇到的问题是如何解决的，并对调试过程中的问题进行分析。
3．实验总结部分：对本次实验进行归纳总结，给出求解结果，并将结果与手工计算结果进行比较。
4.回答思考题。