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机械结构优化设计应用现状及趋势研究
RSS 打印 复制链接 发布时间:2020-03-16 15:19:10

摘要:在机械结构设计中,优化设计是十分重要的内容,计算机作为基础的优化设计工具,结合规划理论内容,对机械设计约束条件进行分析,从而找到最优的设计方案,提升机械结构设计的质量。合理的机械结构设计能够解决多样化问题,提升机械性能。本文对机械结构优化设计应用进行分析,并探究其发展趋势,旨在探寻最佳机械结构设计方案,最大化发挥机械功能作用。

关键词:机械结构;优化设计;应用;趋势
机械生产企业想要提升市场竞争力,需加强产品优化设计和研发,加强产品性能,并及时更新换代。随着市场快速发展,单一化生产模式逐渐转变为多样化生产方式,通过优化机械结构设计,可以有效降低产品成本,并缩短生产周期,提升企业的市场占有率,在满足市场需求同时提升企业自身竞争力。
一、机械结构优化设计应用现状研究
随着社会发展需求变化以及科学技术发展,市场对产品的需求种类和质量要求有很大提升,各个企业都在加强自主创新,产品更新换代速度较快,多品种化的生产模式成为了市场主流。企业为了能提升市场占有率,不仅需考虑产品制作成本,还需考虑生产周期,因此,需从机械结构设计方面着手,提升生产效率。科学优化机械结构设计,通过改变结构形式增强机械功能,可以帮助企业快速的攻占市场,缩短生产周期,提升产品质量,满足市场的需求。机械功能优化设计从上世纪就已经被提出,其属于一种新型的学科,是将优化理论与结构设计相结合,结合生产实际在多个方案中选择最为科学合理的设计方案,保障机械结构质量有所提升。在我国建筑行业、交通、冶金以及航空等领域中优化设计被广泛应用,其社会经济效益显而易见。因此,机械结构优化设计的应用具有广阔的前景,需要专业人员加强技术研究和掌握[1]。
二、机械结构优化设计类型分析
(一)结构拓扑优化。在一般情况下,普通机械结构优化设计主要是对结构参数进行优化,对零件拓扑结构的关注度不高。随着市场需求变化,人们对机械产品优化意识有所提升,对产品的设计理念关注度较高,对机械结构优化需求也更加严格和规范,拓扑优化是十分重要的环节,其属于几何学的分支之一。(二)结构形状优化。优化机械结构设计的目的是提升机械性能,提升产品生产效率。在优化设计应用过程中,需对零件结构进行科学优化,但与此同时,会衍生而来很多相关的设计问题,例如:结构形状较为复杂、结构种类较多、对结构分析较为困难等。由此可见,优化结构十分必要。在上世纪末,我国机械领域紧随国际步伐,对结构形状的优化设计进行研究。主要是对轴对称零件形状优化设计、机械人结构形状优化设计等,通过对零件性能的分析研究,可以合理优化结构形状,如下图所示。(三)系统结构动态优化设计。机械产品的性能动态会对结构设计强度以及机械寿命产生一定影响,因此,需优化结构的动态性能,从而实现机械结构的合理优化设计。结合对机械结构动态性能过程的分析和研究,对于大型机械结构来讲,动态结构分析作用较大,需全面搜集机械相关信息,了解生产需求,从而使设计更加科学合理[2]。(四)多结构优化设计。机械结构优化设计不仅需要对优化预期结果进行评判,还需要明确优化设计的目标,从整体上构思机械结构,促进结构优化设计的系统化发展。MDO理论为一种新型结构优化理论,其被广泛应用于机械结构优化、卫星总体设计、机器人优化设计等领域中,为优化设计提供了理论保障和基础,使产品质量大大提升,生产效率也有所提升,在机械结构优化中发挥重要作用。
三、机械结构优化设计趋势探究
合理优化机械结构设计能够有效提升企业生产效率,缩短生产工期,从而提升企业市场占有率和竞争力。随着科学技术更新发展,各类分析法被应用于优化设计中,计算机结构和应用条件也发生很大的改变,相关学者对机械结构优化设计的关注度有所提升。有限元分析是较为常见的分析法,其通过对物体及系统进行动静态分析,将其分解为相互关联的几何模型,通过预处理和分析优化机械结构。在国际范围内,相关学者对机械结构优化设计的探究从未停止。随着市场竞争的日益激烈,产品更新换代较快,机械结构优化设计优势十分凸显,可以从以下几个方面进行探究思考:首先,在对机械结构优化设计过程中需对多个问题进行深入思考和分析,如:可以或者不可以用数学方式表示的问题、处于经验和知识描述之间的问题等,针对模型设计对问题进行求解,对机械随机变量进行优化设计,分析机械实际的情况,研究其随机因素,优化设计这些变量,从而提升机械性能。随机变量设计优化主要是通过确定变量,建立随机的目标函数,结合模型设计,求出最合理的解。对模糊变量进行合理分析和优化设计,加强系统优化全面性。在机械结构设计中常出现非光滑现象,此种现象需进行优化设计,对于一些目标函数以及约束函数来讲,在优化求解过程中会产生很多问题,解答过程也相对较难,通过非光滑问题的优化设计可以有效解决此类问题,其包含了非光滑以及特殊优化两个技术层面。通过优化设计系统设计决策能力以及处理能力都会有所提升,从而快速完成图形输出以及方案设计等任务;其次,通过多学科结构优化设计,探索集成寻优以及数据管理分析等,形成祸合子系统,从而使机械结构系统能够互相左右[3]。
四、结语
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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