機械結構優化設計應用與趨勢研究

殷春雷久益環球（佳木斯）采礦設備有限公司

機械結構優化設計應用與趨勢研究

殷春雷
久益環球（佳木斯）采礦設備有限公司

本文主要從機械結構的設計角度出發，運用最優化原理及計算技術當中的結構優化設計，選出最好的方案，不斷的提高設計的質量和效率，通過機械優化設計的發展，并展望一下機械結構優化設計的發展趨勢。

機械結構；優化設計；應用；趨勢研究

1.機械優化設計的發展現狀分析

社會的發展速度是非?？斓模鐣陌l展帶動了社會產品的更新，傳統單一的大批量生產方式逐漸被小批量、多品種的生產方式所取代，社會產品為了進一步的占領市場，小批量的生產方式越來越受歡迎，究其原因，小批量生產可以極大的縮短生產周期，降低生產成本，因此，小批量的生產方式相對于大批量的生產方式相比，就有了很大程度上的優化，而這種優化設計也為機械設計提供了一個及其重要的設計方法，這種設計方法能夠非常迅速的占領市場，適應市場競爭，從而達到提高生產效率的目的。

優化設計是在20世紀60年代開始興起的學科，優化設計主要是將數學中的理論基礎與工程設計領域的內容進行有機融和，然后在通過列舉大量的設計方案，從這些方案當中選出最優的設計方案，這樣的一種選擇可以讓工程設計的質量和效率都有很大程度上的提升，優化設計的應用范圍是非常廣泛的，像我們航空航天這類高端科技領域，機械交通這類重要服務領域，石油這類能源領域都在運用優化設計。而且所取得的社會效益和經濟效益都是非?？捎^的。

2.機械結構優化設計的應用概況

2.1航空航天結構優化設計

航空航天技術是一個國家綜合實力的體現，一般來說只要是出現了新的高端技術手段，都會直接被運用在航天航空這一領域中，因此機械結構優化設計在航天航空這一領域的發展也是最快的，由于航空航天這一領域的特殊性，使得結構優化設計也得到了高度的關注。我們的航空航天之所以能夠取得成功，這與結構優化設計是分不開的。

2.2汽車工業的結構優化設計

汽車行業近幾年的發展速度也是非?？斓?，隨著社會需求的不斷增加，各個國家對汽車行業的要求也是越來越高，所以很多的先進機械結構優化設計方式在汽車領域也得到了廣泛的應用和推廣，隨著優化設計的不斷運用，在汽車這一領域中也出現了很多的結構優化研究成果，先如今汽車領域已經成為了機械結構優化設計中應用范圍最廣的領域，而優化設計在汽車領域也占據了非常重要的地位。

2.3船舶行業的結構優化設計

我國最早開始研究船舶優化設計是在20世紀70年代末，雖然我國的船舶優化設計比國外晚了幾年，但是我國通過對船舶優化設計的不斷完善和創新，現在也取得了非常驕人的成績，我們對船舶的油船剖面、潛艇外部液壓艙等結構的優化設計都進行了非常細致的分析和研究，有效提高了研究對象的性能，為我國的船舶設計提供了非常可靠的設計數據和設計方法。

2.4其他方面的優化設計

結構優化設計不僅在航空航天、汽車工業、船舶行業等領域得到了廣泛的應用，在其他的行業應用也是非常廣泛的，像高速公路瀝青混凝土路面的優化設計、雙層組合套管優化設計、液壓管機模具優化設計等等。

3.機械結構優化設計類型

3.1機械結構形狀優化

這一優化也是目前機械優化的主要任務，為了提高機械各個零部件的性能，對機械零部件的結構進行了優化處理，但是在實際的工作中我們卻發現，對機械零部件進行優化存在很大的困難，比如說連續體結構多，形狀不規范等等，因此對其結構進行優化也是保證機械各個零部件正常運行的根本。早在20世紀80年代初,機械行業開始興起結構形狀優化的研究，國內也出現了許多研究成果,機械結構的形狀優化設計也是提高機械零部件性能很重要的方法。

3.2機械系統結構動態優化設計

機械產品的動態性對機械設備的強度和壽命影響是非常大的，對機械結構進行動態性分析是一個非常復雜的過程，對其進行動態性分析的時候更是異常困難，但是只要是對機械產品進行了動態結構設計的話，我們就能夠得到非常豐富的研究經驗，并且從中還可以收集到很多非常有用的資料信息，這對今后的產品應用影響是非常大的。

3.3機械結構的拓撲優化

之前的機械結構優化設計一般都集中與結構參數的優化和設計上，將機械的各個零部件拓撲結構忽視掉了。隨著人們對機械產品要求的提高，對機械產品進行結構拓撲的優化設計也就成為了一項重要的任務。

3.4學科多元化的優化設計

優化設計如果只是考慮某一個領域的影響，那么最終的優化效果其實并不會很好，所以為了達到更好的優化目的，我們要對優化設計的結構進行調整，將單一的優化調整逐漸轉變為多元化的優化設計，基于此，人們設計了一個全新的結構優化設計理論——MDO,MDO為機械結構優化開辟了新領域,也將提高產品的優化程度。

4.結語

在現代的設計行業中，設計優化所占的比重是非常重要的，作為一種全新的設計方法，機械結構設計也就有了很大的發展空間，最終設計出的產品也就有了很大的市場競爭力。這也為產品的生產生存奠定了基礎。而這種結構優化的方式通過研究人員與工作人員的共同努力下,將會有一個廣闊的發展前景,從而提高我國的國民經濟和綜合國力。

[1]王云飛，魏華春.機械結構多因素可靠性分析工程應用[A].2004年全國機械可靠性學術交流會論文集[C].2004年

[2]李允公，劉杰，李永強，張金萍.雙譜在機械系統健康水平監測中應用的研究[A].全面建設小康社會：中國科技工作者的歷史責任——中國科協2003年學術年會論文集（上）[C].2003年

[3]張屹，竺長安，蔣維，程剛.基于系統分析方法的機械結構疲勞強度設計[A].2004“安徽制造業發展”博士科技論壇論文集[C].2004年

[4]王丙全，張秀宏.邯鋼中板250/50噸起重機的優化設計及配置[A].2007年河北省軋鋼技術與學術年會論文集（下冊）[C].2007年

[5]孫紅霞，安培文.關于培養學生創新設計能力的思考[A].第十四屆全國機構學學術研討會暨第二屆海峽兩岸機構學學術交流會論文集[C].2004年