機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用與趨勢(shì)

盧紅亮

（棗莊市勞動(dòng)技工學(xué)校，山東 棗莊 277000）

當(dāng)前我國(guó)各行業(yè)在生產(chǎn)運(yùn)行期間，都需要對(duì)機(jī)械設(shè)備等進(jìn)行應(yīng)用。因此為了促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品自身功能的全面發(fā)揮，應(yīng)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)具有可較強(qiáng)的研究成果，并在相關(guān)領(lǐng)域中得到了較為廣泛的使用。機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在充分促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品性能的全面提升的同時(shí)，在未來的經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)中也有著重要的作用與意義。

一、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展作用下，使得產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度快速提升。傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)模式正逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨恳约岸喾N類生產(chǎn)模式。想要促進(jìn)企業(yè)在經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)中的影響力與占有率快速提升，小批量生產(chǎn)通常需要降低成本以及減少生產(chǎn)時(shí)間。所以機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了較為完善的設(shè)計(jì)措施的，對(duì)這種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行使用，可促進(jìn)其市場(chǎng)占有率快速提升，并在一定程度上雖然設(shè)計(jì)時(shí)間并提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，促進(jìn)效率快速提高。

在優(yōu)化設(shè)計(jì)剛剛興起時(shí)，其主要是將工程設(shè)計(jì)與數(shù)學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，并在較為豐富的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中對(duì)最為科學(xué)合理的方案進(jìn)行選擇，促進(jìn)工程設(shè)計(jì)效率與設(shè)計(jì)質(zhì)量等實(shí)現(xiàn)全面的提升。當(dāng)前在交通、船舶、建筑以及航天航空等行業(yè)中對(duì)其都有著較為廣泛的使用，并有效促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的快速提高?，F(xiàn)階段，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)等不斷發(fā)展的影響下，機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)也受到了人們的廣泛關(guān)注，同時(shí)也逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橄嚓P(guān)工程人員需要掌握與了解的主要設(shè)計(jì)方法。

二、機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

（一）結(jié)構(gòu)大小優(yōu)化

在機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)期間，對(duì)于結(jié)構(gòu)大小通常具有較為精準(zhǔn)的需求。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要充分保證各零件大小滿足實(shí)際運(yùn)行工作標(biāo)準(zhǔn)需求。以多了零件組成的機(jī)械構(gòu)件為例進(jìn)行分析，若其中某一零件大小不能滿足實(shí)際運(yùn)行需求，則會(huì)導(dǎo)致所有零件的相互連接效果受到硬性，促進(jìn)機(jī)械磨損程度的快速提升，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)報(bào)廢現(xiàn)象。各機(jī)械構(gòu)件包含的機(jī)械零件數(shù)量越多，其機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜性也越強(qiáng)，對(duì)于零件大小精準(zhǔn)度的需求也就越高。在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)大小優(yōu)化設(shè)計(jì)期間，可確保機(jī)械產(chǎn)品的形狀以及拓?fù)潢P(guān)系等不發(fā)生任何改變，并利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)零件整體大小進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整，促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)行性能快速提升。

（二）機(jī)械結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化

為了促進(jìn)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行效率的全面提升，可以機(jī)械結(jié)構(gòu)形狀為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。但由于機(jī)械設(shè)備自身結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，使得所有構(gòu)件形成復(fù)雜性極強(qiáng)，很難進(jìn)行科學(xué)的分析與研究，使得結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)難度相對(duì)較高。在上世紀(jì)60年代初期，機(jī)械行業(yè)對(duì)這一行業(yè)難題進(jìn)行了深入的研究與探索，這也使得豐富的研究成果快速產(chǎn)生。其中我國(guó)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于機(jī)器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有較為良好的研究成果，同時(shí)對(duì)于對(duì)稱機(jī)械零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化也有著極強(qiáng)的優(yōu)化研究深入。

（三）機(jī)械結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化

在傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員主要對(duì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)較為重視與關(guān)注，這也使得其對(duì)于機(jī)械零件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化缺乏重視性，并導(dǎo)致其研究成果相對(duì)較少。在人們機(jī)械結(jié)合設(shè)計(jì)意識(shí)逐漸提升的作用與影響下，人們對(duì)于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有了較強(qiáng)的重視程度。在進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化期間，結(jié)合實(shí)際情況可通常分為離散結(jié)構(gòu)與連續(xù)結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面。其中連續(xù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是對(duì)孔洞的形狀、數(shù)量、結(jié)構(gòu)邊界以及分布情況等進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化。離散結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則是以關(guān)鍵點(diǎn)連接模式為出發(fā)點(diǎn)，在進(jìn)行優(yōu)化期間，需要對(duì)確保各關(guān)鍵點(diǎn)處于正確的位置。

三、機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)趨勢(shì)

在行業(yè)與時(shí)代發(fā)展與變化過程中，機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不斷進(jìn)行著創(chuàng)新與完善。現(xiàn)階段，由于各因素影響，使得機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)逐漸向著結(jié)構(gòu)模型復(fù)雜化與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)規(guī)?；较蚩焖侔l(fā)展。設(shè)計(jì)變量的提升，使得結(jié)構(gòu)分析推導(dǎo)與數(shù)值的計(jì)算難度快速提升，同時(shí)較為特殊的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)也缺少科學(xué)的公式。對(duì)大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)期間，可對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，并逐一進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)包含多學(xué)科知識(shí)的設(shè)計(jì)優(yōu)化可結(jié)合學(xué)科的不同進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)優(yōu)化。同時(shí)并行計(jì)算技術(shù)的使用，也是機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要發(fā)展方向。這種技術(shù)可在連續(xù)以及離散混合變量中進(jìn)行科學(xué)的使用，并有效促進(jìn)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量的快速提升。

另一方面，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)也是其未來發(fā)展的主要方向。對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案提供良好的參考依據(jù)，并根據(jù)相關(guān)需求對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選擇，其主要在大規(guī)模機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行使用，其中需要對(duì)大型結(jié)構(gòu)規(guī)模進(jìn)行創(chuàng)建，并進(jìn)行科學(xué)的結(jié)算處理。在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)期間，可有效出促進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)大小以及形狀的優(yōu)化，促進(jìn)機(jī)械性能快速提升。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)期間，可充分促進(jìn)機(jī)械設(shè)備自身運(yùn)行質(zhì)量與效率的全面提升，并為機(jī)械行業(yè)的快速發(fā)展提供良好的動(dòng)力。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可使機(jī)械設(shè)備使用壽命的到全面的提升，促進(jìn)相關(guān)企業(yè)在經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)中具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力與優(yōu)勢(shì)，在基礎(chǔ)上促進(jìn)我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)的全面提升。