机械结构优化设计的应用与趋势

孙学超

摘要：我国各行各业都在广泛使用不同的机械产品，同时它们对这些企业的发展都起着非常重要的作用，而机械产品要想在飞速发展的社会中为各行各业的发展提供强有力的支持，那么就必须重视机械结构的优化工作。而目前在进行优化工作的过程中已得到了良好的研究成果，特别是在汽车工业以及船舶行业等领域上更是取得了优秀的成绩。无论是在机械产品的性能上，还是在帮企业增强竞争力上都有着非常重要的作用，所以各大行业对于机械产品的优化工作给予了较强的重视。基于此，本篇文章对机械结构优化设计的应用与趋势进行研究，以供参考。

关键词：机械结构;优化设计;应用;趋势

引言

随着不断发展科学技术，逐渐提高市场竞争力，加快产品更新换代、增加产品复杂性。传统单一生产方式逐渐被多品种、小批量方式取代，在这种生产模式下，需要尽可能降低成本，缩短周期，以便于提高企业占有率和竞争力。

1机械结构优化的发展概况

在我国科学技术不断发展的情况下，机械产品也得到了飞速的更新，传统的机械产品很快就不再适应整个市场的发展，在这种情况下机械企业要想在整个市场上得以生存，就必须在原有的机械产品的基础上进行不断的创新优化，使得企业能够在市场上占据一定的竞争力，在这种情况下，也要在使机械产品质量不受影响的情况下不断的降低生产成本，为企业的进一步发展提供夯实的基础。而在对机械进行优化设计工作的过程中，只有在机械产品的优化设计时间得到合理控制的情况下，机械产品才能够很快的更新换代，在机械产品飞速占领市场的情况下，整個企业的经济效益自然而然会得到提升。在20世纪60年代初，人们才开始意识到机械结构优化设计工作的重要性，在最初进行相应优化设计工作的过程中，主要是按照数学以及工程设计学等方面完成的方案设计工作，并且从多种设计方案中挑选出最合适市场发展的一种设计方案，保证机械产品的性能能够在最大化上得到提升，使得机械产品能够在市场上停留较多的时间。只有在机械结构优化设计工作顺利进行的情况下，我国众多行业才能够得到不断的发展，经过相应的分析了解后发现，整体的结构优化设计工作需要从以下几方面来完成：①在实际进行结构优化设计工作之前，首先需要有一个明确的目标函数，整个机械结构的优化设计工作都需要按照这一目标参数来进行。②之后便根据目标函数来对函数变量进行设计工作，这一工作也要站在产品的弧度、厚度等等方面来确定相应的参数变量值。③机械产品的优化设计工作需要确定一个详细的范围，避免出现无目的性的进行优化设计工作。④在设计完机械产品优化方案之后，需要从多个方案中挑选出最佳的一个，使得产品能够得到最大化的优化。

2机械结构优化设计的应用

2.1尺寸优化

在我国科学技术不断发展的情况下，机械产品的性能优化工作质量也得到了不断的提升，但在机械产品质量不断提高的过程中也给工作带来了新的挑战。所以在对机械结构进行设计的过程中，需要从相应尺寸方面进行充分的考虑。以往只是查看零部件是否能够进行组合来完成机械产品的设计工作。而这种设计方式在有部件出现不符合规定的情况下，整个产品的性能将会受到非常严重的影响。同时机械产品在实际运行的过程中出现磨损的现象是不可避免的，而这种部件不符合生产规格的情况会加大这种情况的发生，因此目前在实际进行机械生产工作的过程中，除了会精确把握机械产品的尺寸之外，还会根据现有的计算机技术来结合完成整体的设计生产工作，保证了机械部件对实际工作所带来的良好影响。

2.2多学科结构优化

在我国信息化技术不断发展的前提下，对机械部件进行多学科结构的优化工作受到了越来越多人的关注，从部件单一学科进行设计的设计方式逐渐向多学科的设计方式进行优化，这对于保证产品结构的质量有着十分重要的作用。同时在此后进行优化工作的过程中，也会与物理以及数学等等相映优点进行充分的结合，保证部件的结构质量能够向着越来越好的方向发展，只有这样，机械制造行业可持续发展才能够得到充分的保障。

2.3机械结构的动态性能优化

机械结构在实际运行的过程中，外界作用力可能会使整体机械结构的动态性能受到影响，其中机械的外形和运动参数发生变化的几率非常高。因此机械结构的动态性能优化工作也是十分重要的，通过不断的优化来提高产品在工作中的工作能力，增强机械产品的工作寿命，保证他们能够在飞速工作的情况下顺利的运行。

2.4结构拓扑优化

对机械产品的结构参数进行优化是其中最基本的一项工作，而一些工作人员也不会重视对零件拓扑结构的优化工作。但在人们对机械产品质量的要求越来越高的情况下，工作人员也重视起相关产品的优化工作，除了会对结构参数进行优化工作之外，也加入了拓扑结构的优化工作，使得机械结构的质量能够得到进一步的提升。

3机械结构优化设计趋势

在我国科学技术不断发展的前提下，在对机械结构进行优化工作的过程中，也逐渐加入了各类分析法，这一方法对于更好的对机械结构进行优化工作有着十分重要的作用。

3.1更利于大型复杂结构模型构建

随着我国科学技术的不断发展，人们越来越重视机械结构的优化工作，同时优化工作的水平也在科学技术不断发展的前提下得到了不断的提升，随着机械产品设计工作越来越复杂，在进行优化工作的过程中也出现了较多的问题，特别是对于大型结构模型的构建工作提出了更多的要求，只有在机械产品模型的构建水平和质量得到保障的情况下，整体的生产以及工作水平才能够得到不断的提升。同时，在机械产品设计变量参数量不断提升的情况下，在对机械产品的结构进行推倒与数值计算的过程中也变得越来越困难，只有在顺从大型机械设备更新的脚步下推算出新型的算法公式，才能够使得机械产品的质量得到进一步的提升。而在这种情况下，所出现的全新机械结构优化设计方法就大大缓解了这种情况的出现。而这一方法主要是对复杂的结构进行进一步的分解，保证每一大部分都能够在子部分不断优化的情况下得到进一步的优化。

3.2机械结构优化设计后能够解决更多的机械设计问题

随着我国机械结构优化设计工作的不断进行，目前已经解决了较多的机械问题，相关优化设计工作主要有以下三方面组成：①建模能力。这能力是在完成机械结构优化设计工作之后，可以直接通过相应的技术方法来对机械结构进行建模工作。②随机变量优化设计。这是在机械结构进行设计的过程中，可以根据随机设计的变量来确定出一个随机性能目标函数，之后通过这一目标函数来对机械结构模型进行相映的设计参数计算工作。③多学科系统优化设计。传统的机械结构只是靠单一的学科来进行设计工作，而在经过多学科系统优化设计工作之后，我们就可以运用物理以及数学等等多方面的学科来对机械产品进行设计工作。同时在对整个机械结构工程进行分解研究的过程中，我们可以从子系统的变量以及设计函数上去控制整个机械设备构成情况的协调性。在这种情况下，我们就可以从子系统上来对整个机械设备进行相映的优化工作。

结束语

综上所述，机械结构设计优化是现代设计主要的组成部分之一，合理的设计优化方案可以提升企业生产效率和产品质量。作为一种新型设计方式，机械结构优化设计为企业拓展了发展空间，使企业市场竞争力大大提升，为产品质量提供更加全面的保障，值得在各领域中进一步推广和应用。

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