机械结构优化设计应用与趋势研究

1、机械构造优化设计应用与趋势研究摘要：随着我国社会经济的快速开展，机械消费已经代替了人工消费方式。本文就针对机械构造优化设计与开展进展了分析与研究，为机械制造业的稳定开展提供良好的保障。关键词：社会经济；构造设计；机械消费中图分类号：F407 文献标识码： A引言机械制造业的不断开展，随之而来的是对机械构造设计要求的不断进步，因此，对于机械构造的设计需要在满足机械设计原那么的根底上不断创新，改变原来的设计方法，根据机械产品的功能充分发挥创造力，综合运用先进的技术，借鉴优秀的研究成果，在全新的设计理念和根本设计原那么的指导下，创造出更具有价值的机械构造。1、机械构造设计概述对于机械构造而言，根据不

2、同的设计方法消费出来的构造也不尽一样，比方在材料、毛坯选择上，应当根据材料价值和特性进展选择，充分利用机械构造材料自身的性能；同时，还要注意利用代用材料。假设只是制造毛坯，那么制造难度就会明显降低；切削加工过程中，选用切削加工费用低的方法；机械构造设计过程中，要求构造应当便于装夹和定位，并且适用于标准刀具以及量具，适宜标注尺寸等2、机械构造设计原那么2.1应当满足机械构造的应用要求在构造设计过程中，机械构造应当可以有效实现预定的指标；同时，还要确保设计出来的机械构造可有效完成任务，满足强度、刚度、准确度以及使用寿命的要求，同时还要确保该机械构造在使用过程中的平安可靠性。2.2应当有效满足经济性

3、要求对于机械构造设计而言，其经济性实际上是一个综合性的指标，全面表达在设计、制造和应用全过程。其中，设计与制造经济性，主要表达在设计、制造过程中的本钱有效控制；应用过程中的经济性，主要表如今高消费率、高效率等方面，同时还要求维护费用较低。这些都是设计过程中应当充分考虑的问题。2.3应当关注机械设备操作人员的平安机械构造设计过程中，应当注意技术平安问题，最大限度地去改善操作人员的劳动条件、强度；同时，还要注意机械构造外形的美观度，并能有效满足特殊要求，比方机床在长期应用中的精度、大型机械的运输方便性等。2.4与质量技术指标相适应由于机械构造是机器产品的根本组成要素，因此对构造质量的要求非常严格，

4、但质量技术指标越高，用在构造设计和制造上的本钱和时间也越多，当质量技术指标到达要求时，再添加其它的要求势必会导致工时和本钱急剧增加，消费效率明显下降。在这样的条件下，消费出来的构造将无法实现最理想的经济效益。因此，在对机械构造的构造进展设计时，构造的构造工艺性必须在满足使用条件的前提下与质量技术指标相适应，实现机械构造最高的实用性和最大的经济效益。3、机械构造设计方法3.1理论设计理论设计主要以人们已掌握的符合规律的理论和理论知识为根底，结合理论力学、材料力学、机械原理、金属学等理论知识进展机械构造的构造设计。根据构造的整体载荷情况，运用理论计算公式确定构造的几何尺寸。构造的尺寸计算必须满足载

5、荷情况、材料性能、构造工作情况和应力分布规律等方面的条件。运用计算公式初步确定机械构造的尺寸及形状后，再利用校核计算对构造危险剖面的平安系数计算值进展校核。这个过程多用于应力分布规律复杂，但又能用材料力学公式表示出来的构造设计，同时也适用于应力分布规律简单但必须构造尺寸的情况，如轴和弹簧的设计。在进展机械构造的构造设计时，一些具有足够理论经历的设计工作者也常为了简化计算过程，在粗略的估算和相关资料的根底上直接进展构造设计，然后采用校核计算。理论设计的根底是熟知机械构造的材料性能和应力分布规律，是经过大量感性知识而总结出来的设计规律，因此是一种具有一定科学性和先进性的设计方法，值得广泛采用。但是

6、任何一种理论都存在不完善的地方，所以不应把理论设计当作完美的机械构造机构设计方法。3.2模型实验设计模型实验设计主要针对一些尚无法运用理论知识进展详细分析的大型的、构造复杂且具有一定重要性的机械构造进展构造设计。详细来说，就是对构造作出初步设计，形成模型，对模型进展反复试验，再根据实验结果加以修改。这种设计方法同样也是对理论缺乏的一种弥补，同时也有效地防止了经历设计中缺乏科学性的成分。模型实验设计决定了大型复杂构造中的工作应力分布情况和构造的极限承受才能，是将经历设计转化为理论设计的途径之一。3.3经历设计法即实际设计过程中，根据某类机械构造现有设计、应用经历，总结出经历公式，根据设计人员自身

7、的设计经历，选一类比法进展设计。虽然该种方法没有较为详尽的理论科学分析根据，但也具有科学统计性特点，因此应用价值也比较大。理论中可以看到，因该种方法是基于通过理论总结出来的经历，所以它经得起理论检验。比方，机架以及变速箱设计过程中，经历设计法便可在理论设计的根底上加以应用和实现，实际上它是理论设计的初级方法。4、机械构造优化的开展展望构造优化设计随着最优化方法的不断开展和改善，已逐渐得以开展。近些年来，在构造优化算法方面，构造优化设计趋向于采用接近实际的复杂构造模型模拟大型构造系统，由于设计变量数目大，研究新的有效的准那么优化方法受到重视，但仍有如何去解决针对各种特殊的构造优化问题建立相应的公

8、式，解决解析推导和数值计算的实现问题；再是使用大型系统的分解优化方法，对于大型构造优化，可以按子构造分解或者进展多级分解优化，对于多学科的复杂系统可以按学科分解优化。分解算法的关键在于建立各个子问题之间的稿合关系，比方通过使用最优解对参数的灵敏度和采用线性分解等法建立起稿合关系，使得子问题的解相容，从而保证迭代收敛，问题是如何保证一定能求解。并行计算技术引入构造优化设计是一个较新的方向。像遗传算法，人工神经网络的方法，在近十年来被引入构造优化设计并开展很快。它们对离散与连续混合变量的全局优化，对开展构造近似重分析的专家系统有其独到之处。如今的问题是怎样进步优化质量、精度、加快收敛，增加方法的通

9、用性。拓扑优化、材料优化和形状优化的集成在机械构造和部件设计中具有重要的实用价值，是近年来出现的并行设计的重要组成部分，仍将是下一步研究工作的重点。拓扑优化可以为构造的方案设计提供科学的根据，使复杂构造和部件在概念设计阶段即可灵敏地、理性地优选方案，有望用于大型实际构造优化设计求解。但是要处理庞大的有限元和优化模型计算量增大，应力约束处理、对“多孔状材料分布圆整化，单元消失可能会对计算模型造成病态等问题。从近几年来国家自然科学基金所资助的内容来看，单就机械学科涉及优化设计的工程就有近20项，有广义优化设计，全性能优化设计，模糊优化，可靠性优化，分解优化设计，光机电一体化与人机一体化设计，有基于人工神经网络的复杂构造优化研究及机械传动系统性能优化，复杂机电系统解稿与稿合设计理论与方法研究，机电产品的绿色设计理论与方法等，以及今年提出的面向产品的创新的概念设计，轧制件模具的现代设计方法等课题，反映我国已经注意追踪或跨入世界领先领域的研究工作。另外，优化新方法的研究，形状优化和拓扑优化，多学科优化，构造优化建模，可靠性问题，构造重分析与灵敏度分析，遗传算法，神经网络，人工智能，大规模问题求解，因特网应用等