机械结构优化设计应用

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在科学技术不断研发更新的当前时期下，制造生产企业想要在现有的经济市场竞争中赢得有效的立足之地，就必须提升自身的市场竞争实力。在这一过程中，企业自身制造业生产产品的更新、提升产品的复杂性就成为适应市场发展的重要手段。在传统的工业生产期间，产品的生产方式比较单一，新形式的生产方法研发，在很大程度上降低了生产成本并缩短了生产周期，高效提升企业的市场竞争力。基于此，针对机械结构优化设计应用与研究这一课题进行深入研究对于生产效率的提升具有重要现实意义。

1机械优化设计的发展概况

在传统的机械产品制造过程中，采用的生产方式一般是单纯的按批次制造方法，生产的产品类型极具单一特点。现阶段，该种形式已经得到了很好的改善，更多的机械产品生产采用的批量较小、种类较多的生产方式，新生产方式的采用，在很大程度上提升了机械制造企业的生产市场竞争实力，继而在市场中占据更多的市场份额，提升企业自身的经济效益和社会效益。与此同时，机械优化设计的开展还有效的节省了制造企业的生产时间，降低成本的同时，优化了现有的生产效率。另一方面，国内现有的机械优化设计流程主要按照以下内容执行：①在机械结构优化设计之前，需要先行确定优化设计的目标函数。该项流程的执行主要是为了充分满足机械产品的技术指标要求。②设计函数变量。该项操作的执行，主要是为了确定不同机械产品的结构参数变量数值。③设定机械优化设计的约束条件。主要用于限定优化设计期间算法变量浮动空间。④方案评价。在进行机械结构优化方案的设计时，应该同时设计出不同方向的多种优化方案，从其中选取最佳方案运用。

2机械结构优化设计应用

2.1优化结构设计拓扑

传统的工业生产机械制造工作中，在进行机械的结构优化设计时，技术设计人员普遍会将设计的精力集中在结构参数的优化工作中，但是对于机械零部件上的拓扑结构设计则比较少，相应的文献研究内容也比较匮乏。伴随着国内工业机械制造水平的不断提升，专业人员在该方面的设计重视程度有了很好的提升，相应的机械结构优化设计意识也得到了很好的培养。具体而言，在进行拓扑结构的优化设计工作时,设计工作的重点通常集中在两个方面，其一是连续结构优化设计，其二是离散结构优化设计。前者的优化设计主要是指对于空洞的数量、形状、分布范围以及部分的结构边界的有效优化。与前者相比，后者的优化设计重点主要集中于不同关键连接点的设计着手，同时需要提前确定不同设计位置的关键点。

2.2优化结构设计形状

在进行机械结构的形状优化设计工作时，由于提升机械设备性能需要设计到诸多的施工任务，所以在具体的工作开展时应该进行深入研发探究。具体来讲，大部分的工业或制造业中都需要应用到大型机械设备，在该种类型的设备中，其内部的结构十分复杂，不同构件的形状也各不相同，很难进行统一性的规划分析，继而为机械设计的优化工作开展制造了相应的难度。自20时期中期以来，工业、制造业等行业兴起，为了充分提升生产效率，国内外分别针对机械制造设计优化进行了大量的研究，在国内，对于机械设备结构的优化重点主要集中在形状设计优化、制造业机器人优化以及机械零部件的结构优化设计等几个方面。

2.3优化结构设计科学结构

开展机械设计科学结构的优化时，为了更好的完成优化目标，提高生产效率，就一定要专门针对科多科学结构设计进行综合性的分析，使得机械设计工作能够面向总体性、系统性的方向发展进步。另一方面，在具体的优化设计研究期间，如果设计人员仅是从一个方面进行研发，有很大几率会出现优化结果与预期设计思想不符合的问题。现阶段，为了有效解决该类问题，应用MOD理论进行机械设计的新兴优化分析，首先需要做到的就是利用该较为完整的理论为即将开展的机械机构优化设计提供有效的理论基础保障，最终才能有效实现产品优化效果的全面提升。

2.4优化机械结构设计尺寸

在工业与制造业中，进行各种生产设备的机械结构优化工作时，机械结构本身的尺寸设计就成为整体设计工作中的关键工作内容，同时对于设计尺寸的要求也十分精准。正式开展机械结构设计时，作为研发人员，需要意识到零件自身尺寸的大小必须与生产需求相适应。在经由多个不同零部件组建而成的机械设备中，一旦出现某一个零部件不符合生产需求，就会接连对各类零部件的联接效果造成不良影响，加大使用期间各个部件间的磨损程度，更严重者会导致整体生产设备无法投入生产运行，出现报废问题。换言之，如果一个零部件所关联到的其他构件数量越多，那么对其尺寸的精确度要求就越高。另一方面，在进行机械结构设计的尺寸优化作业时，必须确保机械结构产品的形状与拓扑之间的关系维持不变。然后在这一基础上再去应用计算机技术将尺寸面向精确度更高的方面进行优化调整，最终提升机械产品的使用性能。

2.5优化机械结构设计动态性能

进行机械机构的动态性能分析时，能够发现，影响其应用效果最直接的因素就是当机械结构本身受到来自外界各种力的作用时，其所呈现出来的外形变化规律与相关设计参数浮动变化情况之间紧密的联系。想要有效实现在工作强度不变的状况下将机械产品的使用寿命进行一定程度的延长，就一定要进行机械结构动态性能的优化设计，主要是通过对该方面的优化能够更好的反映出机械产品现阶段能够接受的最大工作强度，并计算出其最长使用寿命。另一方面，针对机械产品结构的动态性能进行优化设计时，对于机械产品本身工作任务量以及工作负担的减少也具有很好的促进作用。

3机械结构优化设计应用的未来发展前景

3.1更利于大型复杂结构模型构建

机械结构优化工作开展水平的不断提升，与时代的发展、行业的创新之间具有密不可分的联系，20世纪中期以来，机械设计工作的发展方向越来越趋向于结构模型的复杂化，同时对于大型结构模型的有效构建也起到了重要的促进作用，即高度优化了传统制造行业中机械产品模型的构建水平和质量。与此同时，设计变量参数量增加，使得结构分析的推导与数值计算工作开展难度也得到了相应的提升，随着大型机械设备的不断研发更新，传统的结构优化并未及时更新出有效的算法公式，为机械优化设计质量提升造成了一定的不良影响。此时，全新机械结构优化设计方法的运用，能够在很大程度上为大型结构系统的运行优化创造奠定技术应用基础。具体而言，通过将较为复杂的结构进行分解程不同的子结构进行逐一分解优化，甚至可以将涉及到多个学科的优化按照学科的不同进行有效优化。

3.2与计算机技术有效结合

在进行工业生产和制造企业机械结构设计优化工作过程中，现有的机械设计机构优化工作正在面向与计算机技术的有效结合的方向发展。现阶段中，机械结构优化设计正在与计算技术相结合的发展方向前进。通过对计算过程的有效优化，实现了对于整个机械产品结构优化质量的提升，提升工业、制造机械生产产品构件的精确参数值，最终优化生产质量。

3.3机械结构优化设计后能够解决更多的机械设计问题

经过长时间的发展，机械结构优化设计在未来的发展过程中逐渐拥有了处理以下问题的能力：①建模能力。在机械结构优化设计后，可以直接运用除数学方法之外的经验与知识进行建模处理；②随机变量优化设计。在该项设计中，主要的设计内容是指将随机设计的变量进行确定,然后构建随机性的目标函数，对机械结构的随机模型进行相应的计算求解，得出最佳设计参数。③多学科系统优化设计。在该项机械结构优化设计工作开展过程中，主要是将诸如搜索策略与数据分析以及设计管理等内容进行有效的集成，通过对集成结果的分析，总结出整个机械结构工程运行系统的构成情况。在系统的分解研究期间，可以发现机械设备的每一种子系统的变量以及设计函数的构成状况都具有一定的协调性。此时，依据子系统之间的练联系以及优化后的计算结果分析，实现人工参与性质的系统求解进程调控设计目标。

4总结

综上所述，在制造业机械结构生产研发过程中，机械结构的优化设计,在很大程度上推动了制造业机械产品的质量提升和性能优化，同时，也为机械行业实现可持续发展带来的发展机遇。另一方面，机械结构优化设计工作的展开，也在很大层面上有效缩短了机械产品的生产周期，提升了制造行业企业本身的市场竞争实力，最终推动了国内整个工业、制造行业的技术应用水平。由于受到多种因素的影响，文中的内容并不全面，有待补充，希望其中的部分内容能够为后续关于本课题的研究提供参考。

作者:韦培培 单位:西安中飞航空测试技术发展有限公司