機械結構優化設計應用與趨勢

盧紅亮

（棗莊市勞動技工學校，山東 棗莊 277000）

當前我國各行業在生產運行期間，都需要對機械設備等進行應用。因此為了促進機械產品自身功能的全面發揮，應對機械結構進行優化設計。隨著科學技術的發展，我國對于機械結構優化設計已經具有可較強的研究成果，并在相關領域中得到了較為廣泛的使用。機械結構優化設計在充分促進機械產品性能的全面提升的同時，在未來的經濟市場中也有著重要的作用與意義。

一、機械優化設計的發展

在科學技術不斷發展作用下，使得產品的更新換代速度快速提升。傳統的大批量生產模式正逐漸轉變為小批量以及多種類生產模式。想要促進企業在經濟市場中的影響力與占有率快速提升，小批量生產通常需要降低成本以及減少生產時間。所以機械結構優化設計為機械設計提供了較為完善的設計措施的，對這種設計方法進行使用，可促進其市場占有率快速提升，并在一定程度上雖然設計時間并提高設計質量，促進效率快速提高。

在優化設計剛剛興起時，其主要是將工程設計與數學理論知識進行有機結合，并在較為豐富的優化設計方案中對最為科學合理的方案進行選擇，促進工程設計效率與設計質量等實現全面的提升。當前在交通、船舶、建筑以及航天航空等行業中對其都有著較為廣泛的使用，并有效促進了經濟效益與社會效益的快速提高。現階段，在社會經濟等不斷發展的影響下，機械結構優化設計也受到了人們的廣泛關注，同時也逐漸轉變為相關工程人員需要掌握與了解的主要設計方法。

二、機械結構優化設計應用

（一）結構大小優化

在機械結構實際設計期間，對于結構大小通常具有較為精準的需求。機械結構設計需要充分保證各零件大小滿足實際運行工作標準需求。以多了零件組成的機械構件為例進行分析，若其中某一零件大小不能滿足實際運行需求，則會導致所有零件的相互連接效果受到硬性，促進機械磨損程度的快速提升，嚴重時還會導致機械設備出現報廢現象。各機械構件包含的機械零件數量越多，其機械結構復雜性也越強，對于零件大小精準度的需求也就越高。在進行機械結構大小優化設計期間，可確保機械產品的形狀以及拓撲關系等不發生任何改變，并利用計算機技術對零件整體大小進行科學的調整，促進機械產品運行性能快速提升。

（二）機械結構形狀優化

為了促進機械設備運行效率的全面提升，可以機械結構形狀為出發點進行優化設計。但由于機械設備自身結構極為復雜，使得所有構件形成復雜性極強，很難進行科學的分析與研究，使得結構優化設計難度相對較高。在上世紀60年代初期，機械行業對這一行業難題進行了深入的研究與探索，這也使得豐富的研究成果快速產生。其中我國機械結構優化設計對于機器人結構優化具有較為良好的研究成果，同時對于對稱機械零件結構優化也有著極強的優化研究深入。

（三）機械結構拓撲優化

在傳統的機械結構優化設計期間，設計人員主要對優化結構參數較為重視與關注，這也使得其對于機械零件拓撲結構的優化缺乏重視性，并導致其研究成果相對較少。在人們機械結合設計意識逐漸提升的作用與影響下，人們對于拓撲結構優化設計具有了較強的重視程度。在進行拓撲結構優化期間，結合實際情況可通常分為離散結構與連續結構兩個方面。其中連續拓撲結構優化設計主要是對孔洞的形狀、數量、結構邊界以及分布情況等進行科學的優化。離散結構設計則是以關鍵點連接模式為出發點，在進行優化期間，需要對確保各關鍵點處于正確的位置。

三、機械結構優化設計趨勢

在行業與時代發展與變化過程中，機械結構優化設計不斷進行著創新與完善。現階段，由于各因素影響，使得機械結構優化設計逐漸向著結構模型復雜化與結構系統規模化方向快速發展。設計變量的提升，使得結構分析推導與數值的計算難度快速提升，同時較為特殊的結構優化設計也缺少科學的公式。對大型結構系統進行優化設計期間，可對復雜結構進行分解，并逐一進行優化，對包含多學科知識的設計優化可結合學科的不同進行全面的設計優化。同時并行計算技術的使用，也是機械結構優化設計的主要發展方向。這種技術可在連續以及離散混合變量中進行科學的使用，并有效促進機械設備運行質量的快速提升。

另一方面，拓撲結構優化設計也是其未來發展的主要方向。對拓撲結構進行優化，可為結構設計方案提供良好的參考依據，并根據相關需求對設計方案進行選擇，其主要在大規模機械結構設計上進行使用，其中需要對大型結構規模進行創建，并進行科學的結算處理。在拓撲結構優化設計期間，可有效出促進機械結構大小以及形狀的優化，促進機械性能快速提升。

結語：

綜上所述，在進行機械結構優化設計期間，可充分促進機械設備自身運行質量與效率的全面提升，并為機械行業的快速發展提供良好的動力。通過結構優化設計，可使機械設備使用壽命的到全面的提升，促進相關企業在經濟市場中具有較強的競爭力與優勢，在基礎上促進我國機械制造行業的全面提升。