系統識別號 | U0002-0908201014132100 |
---|---|
DOI | 10.6846/TKU.2010.00288 |
論文名稱(中文) | 兩點及三點保守近似法設計最佳化 |
論文名稱(英文) | Two/Three points Conservative Approximation Approach for Design Optimization |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 機械與機電工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 98 |
學期 | 2 |
出版年 | 99 |
研究生(中文) | 郭于鴻 |
研究生(英文) | Yu Hung Guo |
學號 | 697371325 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2010-07-02 |
論文頁數 | 107頁 |
口試委員 |
指導教授
-
史建中
委員 - 鄧作梁 委員 - 梁卓中 |
關鍵字(中) |
局部近似法 最佳化 保守近似方法 |
關鍵字(英) |
local approximation optimization conservative approximation method |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
本研究旨在發展兩點及三點保守近似方法,建構替代目標函數或限制條件中無顯函數的最佳化問題,發展數學模型及探討求解策略。在近似函數考慮保守度的情況下,以修正凸線性近似為基礎,改善其準確性不佳特性,以泰勒級數展開至對角三次項,可得準三次兩點保守近似法(QcTCA)數學模型,在三點近似法裡沒有考慮保守度的情況下,以進階新型三點近似法為基礎,同時增加保守性的考慮,發展保守三點指數近似法(CTEA)數學模型,增加迭代過程穩定性,提升最佳化求解效率。 本研究含準三次兩點保守近似函數及保守三點指數近似函數的準確性測試分析,並分別以修正凸線性近似及進階新型三點近似法做比較,討論其誤差性及準確性。再對前述兩種近似法,分別發展合適的序列近似最佳化流程,其中包括參考點的選取方式及收斂策略,以及探討求解的合理性與有效性。 本研究結合有限元素分析軟體ANSYS及最佳化數值求解工具Visual Doc,用文獻中的範例做測試,經研究比較得知,本文提出的近似方法及求解策略,能以較少的數值迭代次數得到最佳化收斂結果,驗證本文所提出的準三次兩點保守近似法及保守三點指數近似法於最佳化設計的有效性與應用性。 |
英文摘要 |
One, two and three point approximation of a function are currently recognized as formal approaches that applies to large-scale structural optimization problems or to implicit functions, such as a function value computed by finite element analysis. To achieve the stable and fewer convergence times, the conservative function approach is a popular usage in solution process. This thesis develop a Quasi-cubic two-point conservative approximation (QcTCA) based on modified convex approximation (MCA) that include quasi-cubic term in Tayler series approximation. It is predicable that not only a limited and stable iteration times can be maintained but also a relative precise result can be obtained in QcTCA optimization. There is not any conservative approach in the category of tree-point approximation optimization so far. The recent Advance new Three Point Approximation (AnTPA) optimization was proposed that results in a better optimum, however it contains complicate coefficients computation and, more important, without the consideration of conservative strategy. This thesis refers to AnTPA and develops a conservative three-point exponential approximation (CTEA) optimization approach. The above QcTCA and CTEA are examined by analytical examples in the developing process. The optimization process containing those two approximation techniques are proposed and applied to structural optimization problems. QcTCA optimization shows the efficiency and stability in the solution process. CTEA approach shows the conservation in the optimization solution process. Those two proposed conservative approximation based optimization required further study for more structural optimization problems, particularly for large-scale design problems with implicit function. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
目錄 誌謝 I 中文摘要 II 英文摘要 III 目錄 V 圖目錄 VII 表目錄 IX 符號說明 X 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究背景 3 1.3 本文架構 7 第二章 兩點及三點保守近似法原理及模型 8 2.1 一點及兩點保守近似法簡介 8 2.2 三點近似法簡介 11 2.3 準三次兩點保守近似法(QcTCA) 13 2.4 保守三點指數近似法(CTEA) 18 第三章 準三次兩點保守近似法(QcTCA)的數值分析及最佳化策略 27 3.1 QcTCA的準確性能分析 28 3.2 QcTCA的比較分析與討論 30 3.3應用QcTCA的最佳化流程 39 3.4結合ANSYS與Visual Doc應用QcTCA求解 47 第四章 保守三點指數近似法(CTEA)的數值分析及最佳化策略 55 4.1 CTEA的準確性能分析 56 4.2 CTEA的比較分析與討論 58 4.3應用CTEA的最佳化流程 67 4.4結合ANSYS與Visual Doc應用CTEA求解 74 第五章 最佳化設計應用 78 5.1 應用QcTCA於十桿桁架結構最佳化設計 78 5.2 應用QcTCA於階梯懸臂樑結構最佳化設計 83 5.3 應用CTEA於十桿桁架結構最佳化設計 90 5.4 應用CTEA於階梯懸臂樑結構最佳化設計 95 5.5 討論 101 第六章 結論 104 參考文獻 106 圖目錄 圖3-1 例題1 QcTCA及MCA的相對誤差曲線圖 30 圖3-2 例題1準三次兩點保守近似法相對誤差曲線圖 31 圖3-3 例題1在文獻[21]的相對誤差曲線圖 31 圖3-4 例題2 QcTCA及MCA的相對誤差曲線圖 33 圖3-5 例題2準三次兩點保守近似法相對誤差曲線圖 33 圖3-6 例題2在文獻[21]的相對誤差曲線圖 34 圖3-7 例題3 QcTCA及MCA的相對誤差曲線圖 35 圖3-8 例題3準三次兩點保守近似法相對誤差曲線圖 35 圖3-9 例題3在文獻[21]的相對誤差曲線圖 36 圖3-10 例題4 QcTCA及MCA的相對誤差曲線圖 37 圖3-11 例題4準三次兩點保守近似法相對誤差曲線圖 37 圖3-12 例題4在文獻[21]的相對誤差曲線圖 38 圖3-13 單點近似法最佳化流程 40 圖3-14 兩點近似法最佳化流程 41 圖3-15 準三次兩點保守近似法最佳化流程 46 圖3-161ANSYS與Visual DOC流程圖 48 圖3-17 方形空心懸臂梁結構 50 圖3-181QcTCA方形空心懸臂梁收斂圖 53 圖4-1 例題1 CTEA及AnTPA的相對誤差曲線圖 58 圖4-2 例題1保守三點指數近似法相對誤差曲線圖 59 圖4-3 例題2 CTEA及AnTPA的相對誤差曲線圖 61 圖4-4 例題2保守三點指數近似法相對誤差曲線圖 61 圖4-5 例題3 CTEA及AnTPA的相對誤差曲線圖 63 圖4-6 例題3保守三點指數近似法相對誤差曲線圖 63 圖4-7 例題4 CTEA及AnTPA的相對誤差曲線圖 65 圖4-8 例題4保守三點指數近似法相對誤差曲線圖 65 圖4-9 三點近似法最佳化流程 67 圖4-10 保守三點指數近似法最佳化流程 73 圖4-11 CTEA 方形空心懸臂梁收斂圖 76 圖5-1 十桿桁架結構及受力圖 79 圖5-21QcTCA 十桿目標函數變化情形 83 圖5-3 階梯懸臂樑結構圖 84 圖5-41QcTCA 階梯懸臂樑目標函數變化情形 89 圖5-51CTEA 十桿目標函數變化情形 94 圖5-61CTEA 階梯懸臂樑目標函數變化情形 100 表目錄 表3-1 兩點近似法最佳化初始策略 42 表3-2 兩點近似法最佳化二次迭代後策略 43 表3-3 本文準三次兩點保守近似法最佳化初始策略 44 表3-41QcTCA方形空心懸臂梁迭代過程結果 52 表3-5 方形空心懸臂梁結構QcTCA最佳化結果比較 53 表4-1 三點近似法最佳化初始策略 69 表4-2 三點近似法最佳化二次迭代後策略 70 表4-3 本文保守三點指數近似法最佳化初始策略 71 表4-41CTEA 方形空心懸臂梁迭代過程結果 76 表4-5 方形空心懸臂梁結構CTEA最佳化結果比較 77 表5-11QcTCA十桿迭代過程結果 82 表5-21QcTCA階梯懸臂樑迭代過程結果 89 表5-31CTEA十桿迭代過程結果 94 表5-41CTEA階梯懸臂樑迭代過程結果 100 表5-5 十桿結構最佳化結果比較 101 表5-6 懸臂樑結構最佳化結果比較 102 |
參考文獻 |
[1]李鴻文,大型模糊結構的最佳階切唯一解設計,碩士論文,淡江大學機械與機電工程學研究所,2004。 [2] Schmit, L. A., and Farshi, B., 1974, “Some Approximation Concepts for Structural Synthesis,” AIAA Journal, Vol. 12,No. 5, pp. 692-699. [3] Storaasli, O. O., and Sobieszczanski-Sobieski, J., 1974, “On The Accuracy of The Taylor Approximation for Structure Resizing,” AIAA Journal, Vol. 12, pp. 231-233. [4] Haftka, R. T., and Shore, C. P., 1979, “Approximation Method for Combined Thermal Structural Design,” NASA TP-1428. [5] Starnes, J. H., and Haftka, R. T., 1979, “Preliminary Design of Composite Wing for Buckling Strength and Displacement Constraints,” Journa of Aircraftl, Vol. 16,No. 8, pp. 564-570. [6] Svanberg, K., 1987, “The Method of Moving Asymptotes-A New Method for Structural Optimization,” Int. J. Num. Meth. Engrg., Vol. 24, pp. 359-373. [7] 邱求惠,凸線性近似概念在結構外形最佳化設計之應用,碩士論文,台灣大學機械工程學研究所,1990。 [8] Haftka, R. T., Nachlas, J. A., Watson, L. T., Rizzo, T. and Desai, R.,1987, “Two-point Constraint Approximation in Structural Optimization,”Computer methods in applied mechanics and engineering, Vol. 60, pp. 289-301. [9] Fadel, G. M., Riley, M. F., Barthelemy, J. M., 1990, “Two-point Exponential Approximation Method for Structural Optimization,” Structural Optimization, Vol. 2, pp. 117-124. [10]Wang, L. P., and Grandhi, R.V., 1994, “Efficient Safety Index Calculation for Structural Reliability Analysis,” Computer and Structues, Vol. 52, No. 1, pp. 103-111. [11]Wang, L. P., and Grandhi, R.V., 1995, “Improved Two-point Function Approximations for Design Optimization,” AIAA Journal, Vol. 33, No. 9,pp. 1720-1727. [12]Xu, G.., Yamazaki, K., and Cheng, G. D., 2000, “A New Two-point Approximation Approach for Structural Optimization,” Struct Multidisc Optim, Vol. 20, pp. 22-28. [13]陳建元,兩點近似法於結構最佳化設計之應用,碩士論文,台灣大學機械工程學研究所,2002。 [14]Miura, H., and Schmit, L. A., 1978, “Second Order Approximation of Natural Frequency Constrants in Structural Synthesis”, Int. J. Num. Meth. Eng., Vol. 13, pp.337-351. [15]Snyman, J. A., and Stander, N., 1994, “New Successive Approximation Method for Optimum Structural Design,”AIAA Journal, Vol. 32,No. 6,pp. 1310-1315. [16]Zhang, W. H., and Fleury, C., 1997, “A Modification of Convex Approximation Method for Structural Optimization”,Computer and Structures, Vol. 64,No. 1-4,pp. 89-95. [17]Xu, S., and Grandhi, R. V., 1998, “Effective Two Point Function Approximation for Design Optimization,”AIAA Journal,Vol. 36,No. 12,pp. 2269-2275. [18]Kim, M. S., Kim, J. R., Jeon, J. Y., and Choi, D. H., 2001, “Efficient Mechanical System Optimization Using Two-point Diagonal Approximation in The Nonlinear Intervening Variable Space,” J.KSME , Vol. 15,pp. 1257-1267. [19]黃侯瑋,結構最佳化設計之準二次兩點指數近似法,碩士論文,台灣大學機械工程學研究所,2005。 [20]張耀仁,結構最佳化設計之準二次兩點保守近似法,碩士論文,台灣大學機械工程學研究所,2007。 [21]Kim, J. R., Choi, D. H., 2008, “Enhanced Two-point Diagonal Quadratic Approximation Methods,” Comput.Methods Appl.Mech. Engrg. Vol. 197,pp. 846-856. [22]Salajegheh, E., 1997, “Optimum Design of Plate Structures Using Three-point Approximation,” Structural Optimization, Vol. 13, pp.143-147. [23]Guo, X., Yamazaki, K., and Cheng, G. D., 2001, “A New Three-point Approximation Approach for Design Optimization Problems,” Int.J.Numer.Meth.Engng, Vol. 50,pp. 869-884. [24]詹景隆,進階新型三點近似法最佳化設計,碩士論文,淡江大學機械與機電工程學研究所,2009。 [25]邱求惠,結構最佳設計保守近似法之改良,博士論文,台灣大學機械工程學研究所,2000。 |
論文全文使用權限 |
如有問題,歡迎洽詢!
圖書館數位資訊組 (02)2621-5656 轉 2487 或 來信