機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用與展望
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1機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用與展望摘要:所謂優(yōu)化設(shè)計(jì)就是在規(guī)定的各種設(shè)計(jì)限制條件下,將實(shí)際設(shè)計(jì)問題首先為最優(yōu)化問題,然后運(yùn)用最優(yōu)化理論和方法,在電子計(jì)算機(jī)上進(jìn)行自動(dòng)調(diào)優(yōu)計(jì)算,滿足各種設(shè)計(jì)要求及限制條件的全部可行方案中,選定出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案,本文從機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展出發(fā),簡(jiǎn)述了機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要關(guān)鍵技術(shù)與理論.介紹機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用,同時(shí)還展望機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的發(fā)展動(dòng)向關(guān)鍵詞:優(yōu)化,結(jié)構(gòu),應(yīng)用,設(shè)計(jì) 一、機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)與理論機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中有許多的關(guān)鍵技術(shù)與理論,它們對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展和應(yīng)用起著十分重要的作用。歸結(jié)起來,其中的主要關(guān)鍵技術(shù)與理論有以下幾個(gè)方面:機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的思想和理論;優(yōu)化方法;建模技術(shù);結(jié)構(gòu)分析技術(shù);結(jié)構(gòu)重分析技術(shù);敏度分析技術(shù);軟件開發(fā)技術(shù)。機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究與開發(fā)主要集中在這幾個(gè)方面,不斷有新的理論、方法與技術(shù)出現(xiàn),也有一些其他學(xué)科的相關(guān)知識(shí)和新理論被引入結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),并且大大拓寬了該方法的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍,為機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展注入了新的活力。二、機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用1.航空航天航空航天技術(shù)代表著一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)的綜合水平與實(shí)力,大2量的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)首先在航空航天領(lǐng)域推廣應(yīng)用或發(fā)明、開發(fā),而機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)展最快、應(yīng)用最廣和作用最大的領(lǐng)域也在航空航天。由于該領(lǐng)域的特殊地位,機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)得到了廣泛的應(yīng)用和充分的重視。目前,結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的大量研究集中在航空航天領(lǐng)域,同時(shí)也發(fā)表了大量的研究論文和研究報(bào)告。國(guó)內(nèi)進(jìn)行了有關(guān)飛機(jī)機(jī)身、飛機(jī)翼面、飛機(jī)結(jié)構(gòu)整體、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、航空發(fā)動(dòng)機(jī)輪盤、機(jī)身承力框架等結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究,發(fā)表了許多論文。而在國(guó)外,有關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在航空航天工業(yè)中應(yīng)用的研究更是層出不窮,發(fā)表了大量的研究報(bào)告和論文,一些著名的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)專家學(xué)者都在從事該領(lǐng)域的研究等。我國(guó)的航空航天工業(yè)已經(jīng)取得了巨大的成功,其中機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用是其重要的因素之一,而且必將成為越來越大的角色之一,為我國(guó)航??蘸教焓聵I(yè)的發(fā)展做出很大的貢獻(xiàn)。2.船舶工業(yè)船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究相對(duì)起步較晚,我國(guó)開始研究船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)比國(guó)外晚了近十年。但是,我國(guó)的船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)也取得了較大的成果,在潛艇結(jié)構(gòu)、中小型集裝箱結(jié)構(gòu)、油船剖面、潛艇外部液壓艙等結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了研究,提高了相關(guān)研究對(duì)象的性能,為船舶設(shè)計(jì)提供了一種可靠、精確的設(shè)計(jì)方法。3.通用機(jī)械和機(jī)床通用機(jī)械和機(jī)床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)也是一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)成功應(yīng)用的領(lǐng)域,把有限元技術(shù)與優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來,機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化3設(shè)計(jì)對(duì)大型復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)是一種有效、精確的方法。由于一般的機(jī)械零部件都是連續(xù)體結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)分析非常復(fù)雜,進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)比較困難。國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究比較突出,發(fā)表了大量的研究論文和報(bào)告,陳立周、孫煥純等根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中離散設(shè)計(jì)變量較多的情況,提出了離散設(shè)計(jì)變量結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法;孫靖民、米成秋對(duì)機(jī)床床身等部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì);周濟(jì)等研究了圓柱拉壓彈簧動(dòng)載下的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì);鐘毅芳、唐增寶等進(jìn)行了液力傳動(dòng)系和雙級(jí)齒輪減速器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究;方宗德等完成了斜齒輪三維修形的優(yōu)化設(shè)計(jì);秦東晨、方剛等完成了復(fù)雜箱形梁的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究等。通過這些研究工作的開展,通用機(jī)械和機(jī)床的設(shè)計(jì)有了一種快速、有效、可靠的設(shè)計(jì)方法,提高機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平。4.汽車工業(yè)汽車工業(yè)是一個(gè)不斷創(chuàng)新、發(fā)展的重要行業(yè),各個(gè)國(guó)家和地區(qū)都十分重視汽車工業(yè)的發(fā)展。因此,先進(jìn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法也就在此行業(yè)得到推廣和應(yīng)用,國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了大量的研究成果。馮振東等進(jìn)行了萬向節(jié)傳動(dòng)布局的支承動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì);田振中研究了特種汽車車身的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì);馮國(guó)勝對(duì)汽車車架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究;章一鳴等研究了汽車懸掛系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì);上官文斌等進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì);秦東晨等對(duì)汽車車身進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等。汽車工業(yè)已經(jīng)成為機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用的一個(gè)領(lǐng)域。三、機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的展望4結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)隨著最優(yōu)化方法的不斷發(fā)展和改善,已逐漸得以發(fā)展。拓?fù)鋬?yōu)化、材料優(yōu)化和形狀優(yōu)化的集成在機(jī)械結(jié)構(gòu)和部件設(shè)計(jì)中具有重要的實(shí)用價(jià)值,是近年來出現(xiàn)的并行設(shè)計(jì)的重要組成部分,仍將是下一步研究工作的重點(diǎn)。拓?fù)鋬?yōu)化能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù),使復(fù)雜結(jié)構(gòu)和部件在概念設(shè)計(jì)階段即可靈活地、理性地優(yōu)選方案,有望用于大型實(shí)際結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)求解。拓?fù)鋬?yōu)化研究中提出的均勻化方法等,可以將材料選擇,布局優(yōu)化和形狀優(yōu)化集成一體,為并行地設(shè)計(jì)材料、工藝和結(jié)構(gòu)提供科學(xué)的手段,有關(guān)方法的研究,實(shí)用化軟件開發(fā)及應(yīng)用是有意義的。但是要處理龐大的有限元和優(yōu)化模型計(jì)算量增大,應(yīng)力約束處理、對(duì)“多孔狀”材料分布圓整化,單元消失可能會(huì)對(duì)計(jì)算模型造成病態(tài)等問題。動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化是機(jī)械系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用研究的一個(gè)重要方向。特征向量、動(dòng)力響應(yīng)量的靈敏度分析、高度密集頻率的動(dòng)力學(xué)問題的分析和優(yōu)化設(shè)計(jì),大型動(dòng)力優(yōu)化問題的建模和求解方法,非線性分析在優(yōu)化中的應(yīng)用,使優(yōu)化技術(shù)的作用從對(duì)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化延伸到加工工藝過程的優(yōu)化,仍是極富有研究和應(yīng)用價(jià)值。結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的進(jìn)一步推廣應(yīng)用仍具實(shí)用價(jià)值,要解決優(yōu)化設(shè)計(jì)的有限元模型的龐大性,解決結(jié)構(gòu)優(yōu)化與多學(xué)科設(shè)計(jì)問題交叉問題。對(duì)于機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)和機(jī)械設(shè)備的可靠性與健壯性是大型工業(yè)裝備設(shè)計(jì)時(shí)十分關(guān)心的問題,綜合考慮可靠度,健壯性及成本的全性能優(yōu)化設(shè)計(jì)理論、方法及其應(yīng)用,將給出更為接近實(shí)際5的結(jié)果,應(yīng)予重視。在這類問題的研究中,對(duì)包括模糊性和隨機(jī)性的不確定因素應(yīng)予注意。為促進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)為工程實(shí)際服務(wù),進(jìn)一步開展實(shí)用性,通用性的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)和完善工作也是十分迫切的。參考文獻(xiàn):1. 史鳳蘭,機(jī)械結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)發(fā)展綜述,[J]20152. 王小非,機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用[J]2015- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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