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機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用與趨勢研究

殷春雷
久益環(huán)球（佳木斯）采礦設(shè)備有限公司

本文主要從機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)角度出發(fā)，運(yùn)用最優(yōu)化原理及計(jì)算技術(shù)當(dāng)中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，選出最好的方案，不斷的提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，通過機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展，并展望一下機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢。

機(jī)械結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；應(yīng)用；趨勢研究

1.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀分析

社會(huì)的發(fā)展速度是非?？斓模鐣?huì)的發(fā)展帶動(dòng)了社會(huì)產(chǎn)品的更新，傳統(tǒng)單一的大批量生產(chǎn)方式逐漸被小批量、多品種的生產(chǎn)方式所取代，社會(huì)產(chǎn)品為了進(jìn)一步的占領(lǐng)市場，小批量的生產(chǎn)方式越來越受歡迎，究其原因，小批量生產(chǎn)可以極大的縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，因此，小批量的生產(chǎn)方式相對(duì)于大批量的生產(chǎn)方式相比，就有了很大程度上的優(yōu)化，而這種優(yōu)化設(shè)計(jì)也為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了一個(gè)及其重要的設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法能夠非常迅速的占領(lǐng)市場，適應(yīng)市場競爭，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。

優(yōu)化設(shè)計(jì)是在20世紀(jì)60年代開始興起的學(xué)科，優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是將數(shù)學(xué)中的理論基礎(chǔ)與工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)融和，然后在通過列舉大量的設(shè)計(jì)方案，從這些方案當(dāng)中選出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，這樣的一種選擇可以讓工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率都有很大程度上的提升，優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用范圍是非常廣泛的，像我們航空航天這類高端科技領(lǐng)域，機(jī)械交通這類重要服務(wù)領(lǐng)域，石油這類能源領(lǐng)域都在運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)。而且所取得的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益都是非?？捎^的。

2.機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用概況

2.1航空航天結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

航空航天技術(shù)是一個(gè)國家綜合實(shí)力的體現(xiàn)，一般來說只要是出現(xiàn)了新的高端技術(shù)手段，都會(huì)直接被運(yùn)用在航天航空這一領(lǐng)域中，因此機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在航天航空這一領(lǐng)域的發(fā)展也是最快的，由于航空航天這一領(lǐng)域的特殊性，使得結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)也得到了高度的關(guān)注。我們的航空航天之所以能夠取得成功，這與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是分不開的。

2.2汽車工業(yè)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

汽車行業(yè)近幾年的發(fā)展速度也是非常快的，隨著社會(huì)需求的不斷增加，各個(gè)國家對(duì)汽車行業(yè)的要求也是越來越高，所以很多的先進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方式在汽車領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用和推廣，隨著優(yōu)化設(shè)計(jì)的不斷運(yùn)用，在汽車這一領(lǐng)域中也出現(xiàn)了很多的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究成果，先如今汽車領(lǐng)域已經(jīng)成為了機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)用范圍最廣的領(lǐng)域，而優(yōu)化設(shè)計(jì)在汽車領(lǐng)域也占據(jù)了非常重要的地位。

2.3船舶行業(yè)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

我國最早開始研究船舶優(yōu)化設(shè)計(jì)是在20世紀(jì)70年代末，雖然我國的船舶優(yōu)化設(shè)計(jì)比國外晚了幾年，但是我國通過對(duì)船舶優(yōu)化設(shè)計(jì)的不斷完善和創(chuàng)新，現(xiàn)在也取得了非常驕人的成績，我們對(duì)船舶的油船剖面、潛艇外部液壓艙等結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)都進(jìn)行了非常細(xì)致的分析和研究，有效提高了研究對(duì)象的性能，為我國的船舶設(shè)計(jì)提供了非常可靠的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)方法。

2.4其他方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅在航空航天、汽車工業(yè)、船舶行業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在其他的行業(yè)應(yīng)用也是非常廣泛的，像高速公路瀝青混凝土路面的優(yōu)化設(shè)計(jì)、雙層組合套管優(yōu)化設(shè)計(jì)、液壓管機(jī)模具優(yōu)化設(shè)計(jì)等等。

3.機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)類型

3.1機(jī)械結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化

這一優(yōu)化也是目前機(jī)械優(yōu)化的主要任務(wù)，為了提高機(jī)械各個(gè)零部件的性能，對(duì)機(jī)械零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化處理，但是在實(shí)際的工作中我們卻發(fā)現(xiàn)，對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行優(yōu)化存在很大的困難，比如說連續(xù)體結(jié)構(gòu)多，形狀不規(guī)范等等，因此對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化也是保證機(jī)械各個(gè)零部件正常運(yùn)行的根本。早在20世紀(jì)80年代初,機(jī)械行業(yè)開始興起結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的研究，國內(nèi)也出現(xiàn)了許多研究成果,機(jī)械結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)也是提高機(jī)械零部件性能很重要的方法。

3.2機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)

機(jī)械產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)性對(duì)機(jī)械設(shè)備的強(qiáng)度和壽命影響是非常大的，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)性分析是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)性分析的時(shí)候更是異常困難，但是只要是對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行了動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的話，我們就能夠得到非常豐富的研究經(jīng)驗(yàn)，并且從中還可以收集到很多非常有用的資料信息，這對(duì)今后的產(chǎn)品應(yīng)用影響是非常大的。

3.3機(jī)械結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化

之前的機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)一般都集中與結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)上，將機(jī)械的各個(gè)零部件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)忽視掉了。隨著人們對(duì)機(jī)械產(chǎn)品要求的提高，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)拓?fù)涞膬?yōu)化設(shè)計(jì)也就成為了一項(xiàng)重要的任務(wù)。

3.4學(xué)科多元化的優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)計(jì)如果只是考慮某一個(gè)領(lǐng)域的影響，那么最終的優(yōu)化效果其實(shí)并不會(huì)很好，所以為了達(dá)到更好的優(yōu)化目的，我們要對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，將單一的優(yōu)化調(diào)整逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣膬?yōu)化設(shè)計(jì)，基于此，人們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)全新的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論——MDO,MDO為機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化開辟了新領(lǐng)域,也將提高產(chǎn)品的優(yōu)化程度。

4.結(jié)語

在現(xiàn)代的設(shè)計(jì)行業(yè)中，設(shè)計(jì)優(yōu)化所占的比重是非常重要的，作為一種全新的設(shè)計(jì)方法，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也就有了很大的發(fā)展空間，最終設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品也就有了很大的市場競爭力。這也為產(chǎn)品的生產(chǎn)生存奠定了基礎(chǔ)。而這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式通過研究人員與工作人員的共同努力下,將會(huì)有一個(gè)廣闊的發(fā)展前景,從而提高我國的國民經(jīng)濟(jì)和綜合國力。

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