机械结构优化设计应用与趋势研究

殷春雷久益环球（佳木斯）采矿设备有限公司

机械结构优化设计应用与趋势研究

殷春雷
久益环球（佳木斯）采矿设备有限公司

本文主要从机械结构的设计角度出发，运用最优化原理及计算技术当中的结构优化设计，选出最好的方案，不断的提高设计的质量和效率，通过机械优化设计的发展，并展望一下机械结构优化设计的发展趋势。

机械结构；优化设计；应用；趋势研究

1.机械优化设计的发展现状分析

社会的发展速度是非常快的，社会的发展带动了社会产品的更新，传统单一的大批量生产方式逐渐被小批量、多品种的生产方式所取代，社会产品为了进一步的占领市场，小批量的生产方式越来越受欢迎，究其原因，小批量生产可以极大的缩短生产周期，降低生产成本，因此，小批量的生产方式相对于大批量的生产方式相比，就有了很大程度上的优化，而这种优化设计也为机械设计提供了一个及其重要的设计方法，这种设计方法能够非常迅速的占领市场，适应市场竞争，从而达到提高生产效率的目的。

优化设计是在20世纪60年代开始兴起的学科，优化设计主要是将数学中的理论基础与工程设计领域的内容进行有机融和，然后在通过列举大量的设计方案，从这些方案当中选出最优的设计方案，这样的一种选择可以让工程设计的质量和效率都有很大程度上的提升，优化设计的应用范围是非常广泛的，像我们航空航天这类高端科技领域，机械交通这类重要服务领域，石油这类能源领域都在运用优化设计。而且所取得的社会效益和经济效益都是非常可观的。

2.机械结构优化设计的应用概况

2.1航空航天结构优化设计

航空航天技术是一个国家综合实力的体现，一般来说只要是出现了新的高端技术手段，都会直接被运用在航天航空这一领域中，因此机械结构优化设计在航天航空这一领域的发展也是最快的，由于航空航天这一领域的特殊性，使得结构优化设计也得到了高度的关注。我们的航空航天之所以能够取得成功，这与结构优化设计是分不开的。

2.2汽车工业的结构优化设计

汽车行业近几年的发展速度也是非常快的，随着社会需求的不断增加，各个国家对汽车行业的要求也是越来越高，所以很多的先进机械结构优化设计方式在汽车领域也得到了广泛的应用和推广，随着优化设计的不断运用，在汽车这一领域中也出现了很多的结构优化研究成果，先如今汽车领域已经成为了机械结构优化设计中应用范围最广的领域，而优化设计在汽车领域也占据了非常重要的地位。

2.3船舶行业的结构优化设计

我国最早开始研究船舶优化设计是在20世纪70年代末，虽然我国的船舶优化设计比国外晚了几年，但是我国通过对船舶优化设计的不断完善和创新，现在也取得了非常骄人的成绩，我们对船舶的油船剖面、潜艇外部液压舱等结构的优化设计都进行了非常细致的分析和研究，有效提高了研究对象的性能，为我国的船舶设计提供了非常可靠的设计数据和设计方法。

2.4其他方面的优化设计

结构优化设计不仅在航空航天、汽车工业、船舶行业等领域得到了广泛的应用，在其他的行业应用也是非常广泛的，像高速公路沥青混凝土路面的优化设计、双层组合套管优化设计、液压管机模具优化设计等等。

3.机械结构优化设计类型

3.1机械结构形状优化

这一优化也是目前机械优化的主要任务，为了提高机械各个零部件的性能，对机械零部件的结构进行了优化处理，但是在实际的工作中我们却发现，对机械零部件进行优化存在很大的困难，比如说连续体结构多，形状不规范等等，因此对其结构进行优化也是保证机械各个零部件正常运行的根本。早在20世纪80年代初,机械行业开始兴起结构形状优化的研究，国内也出现了许多研究成果,机械结构的形状优化设计也是提高机械零部件性能很重要的方法。

3.2机械系统结构动态优化设计

机械产品的动态性对机械设备的强度和寿命影响是非常大的，对机械结构进行动态性分析是一个非常复杂的过程，对其进行动态性分析的时候更是异常困难，但是只要是对机械产品进行了动态结构设计的话，我们就能够得到非常丰富的研究经验，并且从中还可以收集到很多非常有用的资料信息，这对今后的产品应用影响是非常大的。

3.3机械结构的拓扑优化

之前的机械结构优化设计一般都集中与结构参数的优化和设计上，将机械的各个零部件拓扑结构忽视掉了。随着人们对机械产品要求的提高，对机械产品进行结构拓扑的优化设计也就成为了一项重要的任务。

3.4学科多元化的优化设计

优化设计如果只是考虑某一个领域的影响，那么最终的优化效果其实并不会很好，所以为了达到更好的优化目的，我们要对优化设计的结构进行调整，将单一的优化调整逐渐转变为多元化的优化设计，基于此，人们设计了一个全新的结构优化设计理论——MDO,MDO为机械结构优化开辟了新领域,也将提高产品的优化程度。

4.结语

在现代的设计行业中，设计优化所占的比重是非常重要的，作为一种全新的设计方法，机械结构设计也就有了很大的发展空间，最终设计出的产品也就有了很大的市场竞争力。这也为产品的生产生存奠定了基础。而这种结构优化的方式通过研究人员与工作人员的共同努力下,将会有一个广阔的发展前景,从而提高我国的国民经济和综合国力。

[1]王云飞，魏华春.机械结构多因素可靠性分析工程应用[A].2004年全国机械可靠性学术交流会论文集[C].2004年

[2]李允公，刘杰，李永强，张金萍.双谱在机械系统健康水平监测中应用的研究[A].全面建设小康社会：中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集（上）[C].2003年

[3]张屹，竺长安，蒋维，程刚.基于系统分析方法的机械结构疲劳强度设计[A].2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C].2004年

[4]王丙全，张秀宏.邯钢中板250/50吨起重机的优化设计及配置[A].2007年河北省轧钢技术与学术年会论文集（下册）[C].2007年

[5]孙红霞，安培文.关于培养学生创新设计能力的思考[A].第十四届全国机构学学术研讨会暨第二届海峡两岸机构学学术交流会论文集[C].2004年