針對機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計的幾點探討

賈　偉，何垠均（陜西長嶺電子科技有限責(zé)任公司，陜西　寶雞　721006）

針對機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計的幾點探討

賈偉，何垠均
（陜西長嶺電子科技有限責(zé)任公司，陜西寶雞721006）

機械結(jié)構(gòu)設(shè)計是機械設(shè)備加工生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，而機械行業(yè)的快速發(fā)展，這對于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高要求，在實際的設(shè)計過程中應(yīng)堅持動態(tài)化理念，從多方面進行機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計，確保機械結(jié)構(gòu)的合理性和科學(xué)性。本文分析了機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計要求，闡述了機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計方法，以供參考。

機械結(jié)構(gòu)；動態(tài)設(shè)計；結(jié)構(gòu)設(shè)計

當(dāng)前，機械領(lǐng)域不斷持續(xù)發(fā)展，傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)無法滿足市場需求，為了提高機械結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，結(jié)合相關(guān)設(shè)計要求，在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中采用合適的技術(shù)，從多角度、多方面進行機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計，科學(xué)修正機械結(jié)構(gòu)，完善機械結(jié)構(gòu)性能。

1　機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計要求

近年來，機械產(chǎn)品逐漸朝著輕量化、高精度、高速方向發(fā)展，噪聲、振動等問題越來越突出，設(shè)計人員越來越重視機械產(chǎn)品的性能，為了提高機械結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，應(yīng)加強機械產(chǎn)品的試驗?zāi)B(tài)分析，全面了解機械產(chǎn)品的動態(tài)特性，考慮到原動機激勵影響、輸入速度波動、運動副間隙、構(gòu)件彈性變形等因素，機械產(chǎn)品具有獨特的阻尼特性和固有頻率，分析機械產(chǎn)品的動強度和運行情況下的振動狀況。機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計主要是結(jié)合機械產(chǎn)品的性能要求和使用特性，構(gòu)建科學(xué)合理的動力模型，優(yōu)化機械設(shè)計流程，受到動態(tài)載荷作用影響，改進機械產(chǎn)品的彈性系數(shù)、阻尼系數(shù)、構(gòu)件尺寸、結(jié)構(gòu)形式等，在實際的動態(tài)化設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)仔細分析機械結(jié)構(gòu)設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)合機械結(jié)構(gòu)模型模擬狀態(tài)，有針對性地進行改進和優(yōu)化。機械結(jié)構(gòu)的動態(tài)化設(shè)計過程中要積極完善各種參數(shù)，選擇合適的變量信息，實現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)的最優(yōu)動態(tài)設(shè)計，做好機械結(jié)構(gòu)的實踐設(shè)計，并且動態(tài)化的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足精細化設(shè)計要求，構(gòu)建穩(wěn)定、高效的機械結(jié)構(gòu)模型，采用合理的設(shè)計方法，不斷提高機械結(jié)構(gòu)動態(tài)化設(shè)計水平。

2　機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計方法

2.1常用技術(shù)

2.1.1ANSYS技術(shù)

機械結(jié)構(gòu)動態(tài)化設(shè)計中采用ANSYS技術(shù)，這種軟件提供簡單的計算程序和穩(wěn)定操作，結(jié)合機械結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，分析機械結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，以此為基礎(chǔ)，改進機械結(jié)構(gòu)設(shè)計流程和步驟，構(gòu)建有限元。在使用ANSYS軟件系統(tǒng)時，結(jié)合機械結(jié)構(gòu)設(shè)計具體需求，然后配合應(yīng)用CAD軟件，準(zhǔn)確計算機械結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。當(dāng)前，ANSYS軟件在家電、交通等領(lǐng)域機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用廣泛，及時反饋機械結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果，分析機械結(jié)構(gòu)動態(tài)非線性變化，消除機械結(jié)構(gòu)設(shè)計誤差，全面提高機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和準(zhǔn)確性。

2.1.2有限元建模技術(shù)

機械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程非常繁瑣、復(fù)雜，在具體設(shè)計中基于有限元建模理論，優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計，通過運用有限元建模，完善機械結(jié)構(gòu)，將機械結(jié)構(gòu)有限元建模趨于真實區(qū)域，把機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計合理劃分為不同單元體，在同一個求解區(qū)域中組合不同單元體，合理規(guī)劃機械結(jié)構(gòu)，結(jié)合幾類常見的機械結(jié)構(gòu)，應(yīng)用有限元技術(shù)模擬機械結(jié)構(gòu)幾何形狀，分析不同結(jié)構(gòu)數(shù)值設(shè)計的優(yōu)劣，在機械結(jié)構(gòu)動態(tài)化設(shè)計中運用有限元建模技術(shù)，合理求解單元函數(shù)，計算出機械結(jié)構(gòu)設(shè)計未知函數(shù)表達式。

2.2動態(tài)化設(shè)計

2.2.1優(yōu)化設(shè)計

由于機械產(chǎn)品的多樣化，機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計也越來越復(fù)雜，在整個設(shè)計工作中需要使用復(fù)雜的工藝和技術(shù)，這使得機械結(jié)構(gòu)設(shè)計增加了很大難度，為了改善機械產(chǎn)品性能，應(yīng)優(yōu)化和修改機械結(jié)構(gòu)，從多方面改進機械結(jié)構(gòu)動態(tài)化設(shè)計，提高機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性和靈敏度。在設(shè)計中仔細分析機械結(jié)構(gòu)的特征向量，改進機械結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)計算，全面考慮影響機械產(chǎn)品使用性能的影響因素，機械結(jié)構(gòu)動態(tài)化設(shè)計過程中若變量比較小，應(yīng)根據(jù)機械設(shè)備設(shè)計理論基礎(chǔ)，創(chuàng)新設(shè)計方法，結(jié)合機械產(chǎn)品動態(tài)特性，模擬相關(guān)設(shè)計特征，注意機械產(chǎn)品局部近似分析。若機械產(chǎn)品的變量較大，可以采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法，全面分析機械結(jié)構(gòu)振動特性，提高機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的牢固性和穩(wěn)定性。

2.2.2認真解決逆向型問題

逆向問題是機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計中面臨的主要問題，有些機械產(chǎn)品設(shè)計雖然符合動態(tài)特征要求，然而機械結(jié)構(gòu)的剛度矩陣和相關(guān)參數(shù)無法有效結(jié)合起來，所以在機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計中相關(guān)設(shè)計人員可以將機械結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)轉(zhuǎn)換為逆特征值，分析機械產(chǎn)品特征信息，其中最重要的是求解有限元逆特征值，分析機械結(jié)構(gòu)使用特性和設(shè)計參數(shù)，通過線性方程進行求解，準(zhǔn)確計算機械結(jié)構(gòu)各構(gòu)件尺寸。設(shè)計人員應(yīng)注意解決機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的逆向問題，應(yīng)用模糊理論，通過實例驗證機械結(jié)構(gòu)的可行性，構(gòu)建合適的有限元模型，使機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計越來越準(zhǔn)確，不斷提高設(shè)計水平。

2.2.3運用計算機信息技術(shù)

機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計中要積極運用計算機信息技術(shù)，如仿真技術(shù)，對機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行信息化建模，實現(xiàn)自動化、智能化的機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計。設(shè)計人員在分析機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計時，運用機械動力技術(shù)、虛擬技術(shù)等學(xué)科知識，從整體角度出發(fā)，滿足機械產(chǎn)品的性能需求，在虛擬環(huán)境中消除機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計誤差，不斷進行優(yōu)化和改進，減少機械結(jié)構(gòu)設(shè)計計算量，提高機械結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)確性，完善機械產(chǎn)品的使用性能。

3　結(jié)束語

機械結(jié)構(gòu)的動態(tài)設(shè)計是一項非常復(fù)雜、專業(yè)的過程，其涉及動力、電子等學(xué)科知識，仔細分析機械結(jié)構(gòu)使用性能和動態(tài)特性，結(jié)合相關(guān)技術(shù)應(yīng)用和動態(tài)設(shè)計，積極采用多項優(yōu)化措施，提高機械結(jié)構(gòu)動態(tài)化設(shè)計的科學(xué)性和合理性，充分體現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計的價值。

［1］韓俊平.試論機械結(jié)構(gòu)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計及其相關(guān)技術(shù)［J］.機電信息，2014（03）：110-111.

［2］李小剛，程錦，劉振宇，吳震宇.基于雙層更新Kriging模型的機械結(jié)構(gòu)動態(tài)特性穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計［J］.機械工程學(xué)報，2014（03）：165-173.

［3］陳新，孫慶鴻，何杰，毛海軍，陳南.基于虛擬環(huán)境的機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計方法的研究［J］.制造業(yè)自動化，2000（12）：36-38.

［4］楊秀琴，楊家軍.談機械結(jié)構(gòu)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計及其相關(guān)技術(shù)［J］.甘肅科技，2007（08）：117-118.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.256

賈偉（1986-），男，四川德昌人，本科，助理工程師，研究方向：機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。