動態優化方法在農業機械設計中的應用研究

李玉芹

（宿州職業技術學院 安徽 宿州 234000）

0.前言

隨著現代農業機械化發展，社會各界對機械設備振動過程中造成的損害及事故重視度也愈發提升。農業機械屬于農業技術路線的選擇核心，可實現農業生產水平的提升，凸顯農業機械設備的應用優勢，受到了社會各界的廣泛關注與重視。就實際情況而言，傳統農業機械設計，選擇的是模擬優化方式，其目的是實現農業機械設備結構設計的優化[1]。但在實際應用中，這類設計方式會造成較大的誤差，難以有效適應市場需求，無法保障農業機械生產質量與生產效率。動態優化方式屬于一種新型的技術，能夠實現機械振動的消減，及時消除噪聲[2]。在農業機械設計中應用動態優化方式，可實現結構設計的最優性，實現模型深入研究，以此明確模型的動態特征，凸顯出農業機械的動態性特點。

1.研究對象與方法

1.1 研究對象

以某區域的農業生產為研究對象，分析、闡述動態優化方法在農業機械設計中的應用，通過開展100 張問卷調查，總結其動態優化法的應用價值，其目的是實現農業機械設計最優化、最佳化，推動相關行業得到更好的發展提供有效指導意見。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法

通過中國知網檢索查閱近10年有關農業機械設計現狀、農業機械設計未來發展等研究成果，分析了動態優化法的應用優勢，翻閱了有關動態優化方法在農業機械設計中的應用書籍與資料，這為本研究提供有力的理論依據[3]。

1.2.2 問卷調查法

根據本研究需要，遵循問卷設計的有關規則和基本要求，設計了《農業機械設計現狀調查表》、《農業機械設計動態優化法應用滿意度》、《農業機械設計動態優化方案應用有效率》[4]。通過現場和郵寄的形式發放與回收。

1.2.3 專家訪談法

根據農業機械應用現狀問題，通過與機械設計專家、動態優化方式研究學者開展有效訪談，幫助指導了問卷的制定及相關概念的界定。

1.2.4 實地考察法

對部分地區農業機械設備應用進行考察，對農業機械數學模型建設、動態優化方法在農業機械設計中的應用等方面獲取直接資料。

1.2.5 數理統計法

運用EXCEL 軟件，對調查結果統計與分析。

1.3 應用方案

約束條件優化方案、數字變量優化方案，對比兩種方案的應用效果。

1.3.1 約束條件優化方案

嚴格遵循農業機械設計核心原則，確定機械結構特性參數，明確各項參數的變化范圍。在滿足農業機械設計荷載需求，約束條件情況下，應當先將機械設計結構質量參數、機械結構剛度參數、機械設備阻尼最優分布參數，以此保障機械設計結構優良具備動態性特點。

約束條件優化方案主要包括：（1）在變分原理基礎上，將泛函數視作目標函數，在滿足相關約束條件的基礎上，設定函數極值；（2）遵循最小值原理，確定機械結構動態性能形狀函數，在約束條件下求解，確保機械設備處于最優形狀；（3）保障模態柔度與能量均衡，借助這類方式，將機械結構與機械剛度作為約束條件指標，滿足柔度最優目標，以此保障機械設備抗振性能的良好性。

1.3.2 數字變量優化方案

就實際情況而言，大部分的農業機械均是連續振動，開展長時間工作。數字變量優化方案，通過與其他機械設計相比，可充分考慮農業機械設計振動情況，實現農業機械振動現象的消除，以此延長農業機械設備使用壽命，提升農業機械運行效率。

1.4 數學模型建設

1.4.1 有限元法

在農業機械設計階段，動態優化方式得到了廣泛應用，通過離散農業機械結構，在彈性力學基礎上，遵循變分原理，實現機械結構荷載、幾何、材料的約束，將機械結構劃分為不同的小單位，構建動力學運動方程，以此求解機械結構，并實現計算結果的輸出。通過實現輸入結果的評估與分析，可為農業機械優化設計提供協助。需要注意的是，在有限元數學模型建設階段，需要實現有限元數學模型的修正。

1.4.2 傳遞矩陣

傳遞矩陣方式與有限元法模型建設方式相比，前者更為簡單，能夠實現質量集中，確保連續系統模型分布質量。在實際應用中，傳遞矩陣能夠為計算機程序編寫提供便捷性，且計算規模并不會逐步增加。傳遞矩陣是在軸類組件基礎上，研究結構的彎曲振動、扭轉振動，遵循基本原理，參照相關原則，分別寫出各自的矩陣，參照順序，將傳遞矩陣相乘，以此獲得軸類組件傳遞矩陣，逐步獲取整個機械結構的數學模型[5]。

1.4.3 實驗模態

實驗模態法能夠精準識別模態模型系統參數，簡化系統內的數學運算流程、實驗模態分析法主要應用在振動測量、機械結構動力學分析中，在實際應用中，可獲得機械結構的頻率、阻尼、質量、剛度等。實驗模態方式能夠與有限元法結合應用，實現有限理論模型的修正，確保農業機械設計更加合理、科學。農業機械設計階段，應用實驗模態能夠實現機械動力學修改，機械運行靈敏度分析、機械荷載識別等。

2.結果與分析

2.1 問卷調查回收率

本文共發放100 份問卷，回收100 份問卷，問卷回收率為100.0%。

2.2 兩種方案應用效果對比

常規設計方案調查問卷50 份，方案應用有效率為88.0%，無效占比12.0%，動態優化設計方案調查問卷50 分份，方案應用有效率為100.0%。因此，動態優化設計方案應用效果顯著，值得推廣應用。

表1 兩種方案應用效果對比

動態優化設計方案之所以應用效果顯著，考慮是因為動態優化設計方案設計較多的領域，包括：現代動態分析、機械結構動力學、計算機技術等。動態優化方案，在制定的運動參數條件下，保障工藝指標的理想型，以此確保動態優化設計階段，運動學參數趨于最優值，動態優化設計方案主要包括：約束條件優化方案、數字變量優化方案。

2.3 兩種方案使用滿意度對比

常規設計方案使用滿意度為90.0%，動態優化設計方案滿意度100.0%，動態優化設計方案滿意度優于常規設計方案使用滿意度，組間數據對比，差異具有統計學意義，P＜0.05，如下表2所示。

表2 兩種方案使用滿意度對比

3.結論與建議

隨著社會經濟的迅速發展，科學技術水平得到了顯著提升，在現代農業機械設計內應用動態優化設計方案，可實現現代農業機械設備應用范圍的擴展。在產品研發與應用階段，動態優化方式能夠實現可靠性分析，安全性計算，明確設備的疲勞強度與工作壽命，以此實現現代農業機械設計、應用結構性能的提升，滿足農業生產需求[6]。隨著經濟全球化發展，動態優化方式的應用愈發重要，可實現設計階段各類問題的解決，切實減少生產成本，實現現代農業機械設計適用性的提升，以此確保我國農業在激烈的市場競爭中占據有利地位，以此推動農業得到更好的發展。

通過優化約束條件，可實現機農業機械設備柔度最優化，提升機械設備的抗振性能，以此促使農業機械設備處于最優結構狀態。比如：想要實現農業機械設備結構抗振性能的提升，需要保障機械設備內部的各個零部件避免共振，采取有效措施，減少各個階段模態柔度，以此實現模態阻尼增加。在這類情況下，設計人員可在無阻尼的情況下，不斷優化機械設備的剛度與質量，以此實現阻尼配置的間接優化，以此滿足機械結構特性需求。

數字優化方案是參照數字變量需求，在此基礎上實現農業機械設計動態優化，以此實現農業機械運行質量的提升，保障農業機械運行效率。一般情況下，借助數字變量優化方案，能夠優化設計方案。參照行業標準，依據傳統設計經驗，能夠實現農業機械結構強度、規格數值的確定，以此保障農業機械設計的規范性，提升農業機械運行效率，保障農業機械使用階段的安全性。總而言之，數字變量優化方案的應用，可實現數據精準性的提升，有農業機械現代化、信息化發展有十分重要的意義。

綜上所述，動態優化方式的應用，可實現現代農業機械設計階段的有效調節，在相關數學模型基礎上，選擇各種數學優化方式，可促使農業機械設計更加科學、合理。隨著農業機械設計的迅速發展，需要保障現代農業機械設計的可行性，提升現代農業機械設計質量與效率。通過合理、科學應用優化設計方案，能夠實現現代農業機械設計水平的提升，應用前景顯著。