Методы оптимизации в металлургии: Методические указания к выполнению курсовой работы, страница 5

Содержание меди и марганца в сплаве примем, соответственно, Х= 2, 5 и Х=  0, 5 (масс.%). В этом случае уравнения прочности, пластичности и твердости алюминиевого сплава примут такой вид:

 

                         (7)

Используя полученные уравнения, построим линию равной прочности (σв =18 кгс/ см2), линию равной пластичности (δ =1, 5 %) и линию равной твердости (НВ =70 единиц). Для этого уравнения (7) необходимо решить относительно одной из переменных, например, относительно Z1. В результате получим соответственно следующие зависимости:

                                                         (8)

По полученным зависимостям Z1 от Z3 (8) изображаем на плоскости их графические зависимости, причем значения переменной Х3 изменяются в указанных интервалах (рисунок 3). Каждая из представленных графических зависимостей, как уже отмечалось, соответствует линиям оптимизируемых свойств с равными значениями: прочность σв =18 кгс/ см2 ;

пластичность δ =1, 5 % ;

твердость НВ = 70 единиц.

Проведем анализ полученных кривых с учетом ограничений (6). С помощью пробных вычислений нетрудно убедиться, что выполнению ограничений: для прочности сплава на разрыв - соответствует область значений, лежащая выше кривой прочности;

для пластичности – соответствует область значений, лежащая выше соответствующей кривой;

для твердости – соответствует область значений, лежащая ниже соответствующей кривой.

Таким образом, областью, удовлетворяющей одновременно всем требованиям (6) будет криволинейный треугольник, ограниченный кривой прочности и твердости со следующими значениями: содержание кремния в интервале 4,50 – 6,00%; содержание магния в интервале 0,27 – 0,8 %. Полученные результаты совпадают с данными предыдущего метода оптимизации.

Рисунок 3 - Номограмма для выбора оптимального состава           алюминиевого сплава

1.3 ГРАДИЕНТНЫЙ метод ОПТИМИЗАЦИИ

Рассмотрим реализацию градиентного метода для оптимизации механических свойств алюминиевого сплава [3] с вышеизложенными ограничениями на химический состав (2) и на механические свойства сплава (5) .

Переведем уравнение прочности (3) из кодированного вида в натуральный вид с учетом зависимости (4) и получим следующее уравнение (9):

          (9)

В качестве начальной точки возьмем точку с координатами:

Х1,0 = 5; Х2,0 = 2, 5; Х3,0 = 0, 5; Х4,0 = 0, 5.

Возьмем частные производные целевой функции и получим:

                      (10)

следовательно, вектор градиента прочности в изучаемом пространстве

                              (11)

Найдем значение вектора градиента в начальной точке Х1,0 = 5; Х2,0 = 2, 5; Х3,0 = 0, 5; Х4,0 = 0, 5,  подставив координаты точки в уравнения (10):

Для перемещения из начальной точки необходимо выбрать величину рабочего шага h. Рабочий шаг осуществляется перемещением из начальной точки по следующей формуле (12), записанной в координатной форме:

                          (12)

Величина рабочего шага определяет точность нахождения оптимума и количество шагов для его определения. Допустим, что положение точки оптимума необходимо найти с погрешностью δ. Величину рабочего шага определим по формуле:

Примем погрешность вычислений δ = 0, 1, тогда величина рабочего шага будет равна

                    

Вычислим координаты точки 1 по формуле (12), в которую перемещается поиск оптимума

Проверяем выполнение условий (2) по химическому составу сплава в данной точке. Для проверки условий (5) по свойствам вычисляем значения параметров пластичности и твердости в точке Хi, 1. Для перехода из точки 1 в следующую точку вычислим значения градиента в точке 1, подставив в формулу (10) ее координаты. Значение вектора градиента в точке 1 будет равно

Вычисляем координаты точки 2:

Проверяем выполнение условий (2) по химическому составу сплава в данной точке. Для проверки условий (5) по свойствам вычисляем значения параметров пластичности и твердости в точке Хi, 2. Для перехода из точки 2 в следующую точку вычислим значения градиента в точке 2, подставив в формулу (10) ее координаты. Значение вектора градиента в точке 2 будет равно