機械結構優化設計的應用與趨勢

孫學超

摘要：我國各行各業都在廣泛使用不同的機械產品，同時它們對這些企業的發展都起著非常重要的作用，而機械產品要想在飛速發展的社會中為各行各業的發展提供強有力的支持，那么就必須重視機械結構的優化工作。而目前在進行優化工作的過程中已得到了良好的研究成果，特別是在汽車工業以及船舶行業等領域上更是取得了優秀的成績。無論是在機械產品的性能上，還是在幫企業增強競爭力上都有著非常重要的作用，所以各大行業對于機械產品的優化工作給予了較強的重視?；诖?，本篇文章對機械結構優化設計的應用與趨勢進行研究，以供參考。

關鍵詞：機械結構;優化設計;應用;趨勢

引言

隨著不斷發展科學技術，逐漸提高市場競爭力，加快產品更新換代、增加產品復雜性。傳統單一生產方式逐漸被多品種、小批量方式取代，在這種生產模式下，需要盡可能降低成本，縮短周期，以便于提高企業占有率和競爭力。

1機械結構優化的發展概況

在我國科學技術不斷發展的情況下，機械產品也得到了飛速的更新，傳統的機械產品很快就不再適應整個市場的發展，在這種情況下機械企業要想在整個市場上得以生存，就必須在原有的機械產品的基礎上進行不斷的創新優化，使得企業能夠在市場上占據一定的競爭力，在這種情況下，也要在使機械產品質量不受影響的情況下不斷的降低生產成本，為企業的進一步發展提供夯實的基礎。而在對機械進行優化設計工作的過程中，只有在機械產品的優化設計時間得到合理控制的情況下，機械產品才能夠很快的更新換代，在機械產品飛速占領市場的情況下，整個企業的經濟效益自然而然會得到提升。在20世紀60年代初，人們才開始意識到機械結構優化設計工作的重要性，在最初進行相應優化設計工作的過程中，主要是按照數學以及工程設計學等方面完成的方案設計工作，并且從多種設計方案中挑選出最合適市場發展的一種設計方案，保證機械產品的性能能夠在最大化上得到提升，使得機械產品能夠在市場上停留較多的時間。只有在機械結構優化設計工作順利進行的情況下，我國眾多行業才能夠得到不斷的發展，經過相應的分析了解后發現，整體的結構優化設計工作需要從以下幾方面來完成：①在實際進行結構優化設計工作之前，首先需要有一個明確的目標函數，整個機械結構的優化設計工作都需要按照這一目標參數來進行。②之后便根據目標函數來對函數變量進行設計工作，這一工作也要站在產品的弧度、厚度等等方面來確定相應的參數變量值。③機械產品的優化設計工作需要確定一個詳細的范圍，避免出現無目的性的進行優化設計工作。④在設計完機械產品優化方案之后，需要從多個方案中挑選出最佳的一個，使得產品能夠得到最大化的優化。

2機械結構優化設計的應用

2.1尺寸優化

在我國科學技術不斷發展的情況下，機械產品的性能優化工作質量也得到了不斷的提升，但在機械產品質量不斷提高的過程中也給工作帶來了新的挑戰。所以在對機械結構進行設計的過程中，需要從相應尺寸方面進行充分的考慮。以往只是查看零部件是否能夠進行組合來完成機械產品的設計工作。而這種設計方式在有部件出現不符合規定的情況下，整個產品的性能將會受到非常嚴重的影響。同時機械產品在實際運行的過程中出現磨損的現象是不可避免的，而這種部件不符合生產規格的情況會加大這種情況的發生，因此目前在實際進行機械生產工作的過程中，除了會精確把握機械產品的尺寸之外，還會根據現有的計算機技術來結合完成整體的設計生產工作，保證了機械部件對實際工作所帶來的良好影響。

2.2多學科結構優化

在我國信息化技術不斷發展的前提下，對機械部件進行多學科結構的優化工作受到了越來越多人的關注，從部件單一學科進行設計的設計方式逐漸向多學科的設計方式進行優化，這對于保證產品結構的質量有著十分重要的作用。同時在此后進行優化工作的過程中，也會與物理以及數學等等相映優點進行充分的結合，保證部件的結構質量能夠向著越來越好的方向發展，只有這樣，機械制造行業可持續發展才能夠得到充分的保障。

2.3機械結構的動態性能優化

機械結構在實際運行的過程中，外界作用力可能會使整體機械結構的動態性能受到影響，其中機械的外形和運動參數發生變化的幾率非常高。因此機械結構的動態性能優化工作也是十分重要的，通過不斷的優化來提高產品在工作中的工作能力，增強機械產品的工作壽命，保證他們能夠在飛速工作的情況下順利的運行。

2.4結構拓撲優化

對機械產品的結構參數進行優化是其中最基本的一項工作，而一些工作人員也不會重視對零件拓撲結構的優化工作。但在人們對機械產品質量的要求越來越高的情況下，工作人員也重視起相關產品的優化工作，除了會對結構參數進行優化工作之外，也加入了拓撲結構的優化工作，使得機械結構的質量能夠得到進一步的提升。

3機械結構優化設計趨勢

在我國科學技術不斷發展的前提下，在對機械結構進行優化工作的過程中，也逐漸加入了各類分析法，這一方法對于更好的對機械結構進行優化工作有著十分重要的作用。

3.1更利于大型復雜結構模型構建

隨著我國科學技術的不斷發展，人們越來越重視機械結構的優化工作，同時優化工作的水平也在科學技術不斷發展的前提下得到了不斷的提升，隨著機械產品設計工作越來越復雜，在進行優化工作的過程中也出現了較多的問題，特別是對于大型結構模型的構建工作提出了更多的要求，只有在機械產品模型的構建水平和質量得到保障的情況下，整體的生產以及工作水平才能夠得到不斷的提升。同時，在機械產品設計變量參數量不斷提升的情況下，在對機械產品的結構進行推倒與數值計算的過程中也變得越來越困難，只有在順從大型機械設備更新的腳步下推算出新型的算法公式，才能夠使得機械產品的質量得到進一步的提升。而在這種情況下，所出現的全新機械結構優化設計方法就大大緩解了這種情況的出現。而這一方法主要是對復雜的結構進行進一步的分解，保證每一大部分都能夠在子部分不斷優化的情況下得到進一步的優化。

3.2機械結構優化設計后能夠解決更多的機械設計問題

隨著我國機械結構優化設計工作的不斷進行，目前已經解決了較多的機械問題，相關優化設計工作主要有以下三方面組成：①建模能力。這能力是在完成機械結構優化設計工作之后，可以直接通過相應的技術方法來對機械結構進行建模工作。②隨機變量優化設計。這是在機械結構進行設計的過程中，可以根據隨機設計的變量來確定出一個隨機性能目標函數，之后通過這一目標函數來對機械結構模型進行相映的設計參數計算工作。③多學科系統優化設計。傳統的機械結構只是靠單一的學科來進行設計工作，而在經過多學科系統優化設計工作之后，我們就可以運用物理以及數學等等多方面的學科來對機械產品進行設計工作。同時在對整個機械結構工程進行分解研究的過程中，我們可以從子系統的變量以及設計函數上去控制整個機械設備構成情況的協調性。在這種情況下，我們就可以從子系統上來對整個機械設備進行相映的優化工作。

結束語

綜上所述，機械結構設計優化是現代設計主要的組成部分之一，合理的設計優化方案可以提升企業生產效率和產品質量。作為一種新型設計方式，機械結構優化設計為企業拓展了發展空間，使企業市場競爭力大大提升，為產品質量提供更加全面的保障，值得在各領域中進一步推廣和應用。

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