機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(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

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

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

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

社會的發(fā)展速度是非常快的，社會的發(fā)展帶動了社會產(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)計也為機(jī)械設(shè)計提供了一個及其重要的設(shè)計方法，這種設(shè)計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)計是在20世紀(jì)60年代開始興起的學(xué)科，優(yōu)化設(shè)計主要是將數(shù)學(xué)中的理論基礎(chǔ)與工程設(shè)計領(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)計方案，從這些方案當(dāng)中選出最優(yōu)的設(shè)計方案，這樣的一種選擇可以讓工程設(shè)計的質(zhì)量和效率都有很大程度上的提升，優(yōu)化設(shè)計的應(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。而且所取得的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益都是非常可觀的。

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

2.1航空航天結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

航空航天技術(shù)是一個國家綜合實力的體現(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)計是分不開的。

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

汽車行業(yè)近幾年的發(fā)展速度也是非常快的，隨著社會需求的不斷增加，各個國家對汽車行業(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)計中應(yīng)用范圍最廣的領(lǐng)域，而優(yōu)化設(shè)計在汽車領(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

我國最早開始研究船舶優(yōu)化設(shè)計是在20世紀(jì)70年代末，雖然我國的船舶優(yōu)化設(shè)計比國外晚了幾年，但是我國通過對船舶優(yōu)化設(shè)計的不斷完善和創(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)計都進(jìn)行了非常細(xì)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(shè)計提供了非常可靠的設(shè)計數(shù)據(jù)和設(shè)計方法。

2.4其他方面的優(yōu)化設(shè)計

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不僅在航空航天、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、雙層組合套管優(yōu)化設(shè)計、液壓管機(jī)模具優(yōu)化設(shè)計等等。

3.機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計類型

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)械各個零部件的性能，對機(jī)械零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化處理，但是在實際的工作中我們卻發(fā)現(xiàn)，對機(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，因此對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化也是保證機(jī)械各個零部件正常運(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)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計

機(jī)械產(chǎn)品的動態(tài)性對機(jī)械設(shè)備的強(qiáng)度和壽命影響是非常大的，對機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)性分析是一個非常復(fù)雜的過程，對其進(jìn)行動態(tài)性分析的時候更是異常困難，但是只要是對機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行了動態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計的話，我們就能夠得到非常豐富的研究經(jīng)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(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)計一般都集中與結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化和設(shè)計上，將機(jī)械的各個零部件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)忽視掉了。隨著人們對機(jī)械產(chǎn)品要求的提高，對機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)拓?fù)涞膬?yōu)化設(shè)計也就成為了一項重要的任務(wù)。

3.4學(xué)科多元化的優(yōu)化設(shè)計

優(yōu)化設(shè)計如果只是考慮某一個領(lǐng)域的影響，那么最終的優(yōu)化效果其實并不會很好，所以為了達(dá)到更好的優(yōu)化目的，我們要對優(yōu)化設(shè)計的結(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，基于此，人們設(shè)計了一個全新的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論——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)計行業(yè)中，設(shè)計優(yōu)化所占的比重是非常重要的，作為一種全新的設(shè)計方法，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計也就有了很大的發(fā)展空間，最終設(shè)計出的產(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,將會有一個廣闊的發(fā)展前景,從而提高我國的國民經(jīng)濟(jì)和綜合國力。

[1]王云飛，魏華春.機(jī)械結(jié)構(gòu)多因素可靠性分析工程應(yīng)用[A].2004年全國機(jī)械可靠性學(xué)術(shù)交流會論文集[C].2004年

[2]李允公，劉杰，李永強(qiáng)，張金萍.雙譜在機(jī)械系統(tǒng)健康水平監(jiān)測中應(yīng)用的研究[A].全面建設(shè)小康社會：中國科技工作者的歷史責(zé)任——中國科協(xié)2003年學(xué)術(shù)年會論文集（上）[C].2003年

[3]張屹，竺長安，蔣維，程剛.基于系統(tǒng)分析方法的機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度設(shè)計[A].2004“安徽制造業(yè)發(fā)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(jī)的優(yōu)化設(shè)計及配置[A].2007年河北省軋鋼技術(shù)與學(xué)術(shù)年會論文集（下冊）[C].2007年

[5]孫紅霞，安培文.關(guān)于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力的思考[A].第十四屆全國機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)研討會暨第二屆海峽兩岸機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)交流會論文集[C].2004年