机械优化设计论文第1篇

德国人发明的这一种变元法，是目前世界上最为科学易懂的变元方法，它能够衍生出许多不同的方法，具有很大的可塑性。这种方法的内涵主要有两部分：它变化内容多样，包括材料、数量、位置、尺寸、形状、连接、工艺七个方面；另一部分是上述七个方面的具体运用，运用的前提条件是机械基本结构，这些元素在其基本结构的基础上进行一定的变化，这样就有不同的形式，新的机械结构设计方案就创造出来了，这样就达到了优化设计机械结构的目的。接下来笔者将会重点介绍七种创新方案在机械结构设计的具体运用，其最终目的还是满足整个机械产品的生产的要求，这也是目前机械工作者普遍使用的方案。

1.1材料变元

现实生活中很多种材料都可以用来设计机械结构，不一样的材料要求的加工方法和手段不一样、适用的结构类别不一样、零件需要的大小也不一样。材料的变元可以变化出不一样的结构模式。比如说：在进行钢材料的结构设计过程中，零件的截面面积越大，材料结构强度就越大、越硬；在铁材料的结构设计中，为了使结构变强变硬，人们通常使用加强筋和隔板的方法；在塑料材料的结构设计中，塑料件的筋板和壁厚应该无差而别且对称均匀。

1.2数量变元

在产品的结构当中主要包括以下几个方面，即零件以及轮廓面、线和加工、工作面共同构成了产品本身，如果想要将机械的结构目的进行改变，那么就可以通过调节上述结构元素而实现。就好比在铸件的过程中，是希望越简单便捷越好的。能够节省一些不必要的零件配置，又能在安装的时候方便人们的使用，这在无形中就提高了工作效率，比如安装一个螺丝钉的时候，如果按照螺钉和垫圈以及弹簧垫圈才能结合在一起的模式去安装，那么就需要最少三个步骤，但是如果把它们设计为一体的话，就可以大量地节省安装的时间，提高了效率。

1.3位置变元

在实际操作过程中，产品结构的元素之间的位置是可以进行调换的，这样可以无形中使结构本身的设计更加完善。比如，零件的焊缝位置应该对应中性轴或者至少需要靠近中性轴，这样便于将收缩力减少或者能够避免产品的变形。除此之外，零件的摆放问题也十分重要，如果杂乱无章则会大大阻碍操作速度。

1.4尺寸变元

零件的尺寸必须符合使用的标准才行，必须在各项标准合格之后才可以进行操作，比如：在冷冲压弯这一工艺中，就需要零件按照既定的需求进行弯曲，如果零件在加工的过程中，实现了标准的弯度，那么就算是一个成品，不需要再度进行加工。如果不符合产品的需求那么还需要进一步的加工整形来达到产品的要求。

1.5形状变元

机械整体的结构目的可以通过调整零件的形状或者改变其规格的大小而实现。比如在弹簧的生产过程中需要考虑多个问题，首先是弹簧的大小及其相对的螺丝垫圈的规格，能否让弹簧和使用的螺旋面以及被需要压紧的零件相吻合，就需要设计出不同规则的产品，无论零件的形状面如何都需要相匹配的弹簧来配合才行，如果零件之间的距离过大，或者不能够将压力有效融合，那么零件在安装过后就不算是合格，如果这一类零件销售在市场中，很可能造成一系列事故，那么为了防止拉簧因为这些问题而失去使用效率，就势必要将弹簧的设计空间放大，并且实现它的自身独特性，即使它在单独使用的过程中也可以实现跟其他零件的配合。

1.6分析连接变元

一是联接方法，主要的模式有焊接、胶结以及螺纹联接等方式。二是联接的方式，根据结构类型的不同而不同，因此为了丰富联接方式以及寻找到最为契合的联接方式，各个联接的结构以及联接的方式都可以进行相对应的合理调整。比如：针对一些需要拆卸的零件，如果在联接的方式上不能选择好，那么就会在联接和拆卸方面造成一定的困难，此类的零件需要便捷的拆卸模式，比如日常生活中所购买的一些产品，像是随声听的后盖，就可以任意拆卸下来安装电池来维持继续使用，这样的结构也方便用户使用，从未为其提供便捷的操作模式。

1.7分析工艺变元

零件在产生之前，往往会有其自己的设计图纸，而设计图纸上面的结构内容直接决定了产品属于何种工艺级别的零件，因为每一个设备的零件都不是完全相同的，所以零件的设计以及成本也千差万别，如果设计工艺在产品出产之前没有得到完善，那么势必会影响到零件自身的质量，一旦零件没有合乎要求，那么产品的整体结构就会受到一定的影响。因此在零件铸造之前对于零件图纸的研究必须给予深度的重视，现在的加工技艺正呈现着不断创新和完善的趋势，但是问题也就随之而来，这些加工工艺虽然具有创新性，但是还不够成熟，并非达到了理想中的需求，因此还需要进一步的对此加大研究的力度。

2机械结构创新的尝试及优化测评

2.1机械结构设计的创新尝试

防腐剂在石油以及一些石化设备中具有十分重要的作用，下文以其为例，阐述变元法在其中重要的作用。石油和石化设备必须进行防腐蚀性的设计，这样一来，在设计的最初就应该考虑到防腐蚀性的大小和影响因素，从而采取必要的保护和防治措施，主要有以下几个方面。首先，在总体的设计上面，对停车间给予了严格的要求，不能堆放杂乱，不能潮湿，不能含有其他不利于防腐的物质存在。其次，设备的使用年限与设备本身一些极为细小的间隙区有着十分重大的联系，这些缝隙极有可能在人眼看不到的地方发生腐蚀问题，或者这些缝隙人是无法凭借手工去进行操作控制的，就像是一些产品的焊接点，这些产品貌似看起来已经不存在腐蚀的可能，但是难免会有看不到的缝隙存在，应该进行必要的封存和填补，或者干脆将缝隙扩大，这样便于对其进行维修补救和防护。再次，温度较高以及质量较高的浓度阶梯，局部势差问题往往在这种情况和产品中产生，一旦发生了腐蚀则不可控制。此外，每一种金属都有着自己独特的属性，产品在构建的过程中不一定是一种金属构建而成，多半是几种金属共同组合而成，但是不同的金属势必会产生接触面的腐蚀，应该对此进行绝缘处理。最后，面积越小腐蚀的点也就越小，因此要针对产品的不同设计缩小表面积从而减少腐蚀。

2.2对机械结构变元创新设计的优化评测

机械结构在完成变元创新实践之后。要根据目前的性能以及使用效果进行一个综合的测评，首先要进行模糊测评，运用理论研究和一些理想化的模型设计一种测评模式，但是这种测评模式并不是实际操作中的模型，而是通过一定的数学模型，根据先进的设计理念和规划，对其进行变化创新设计的检测。在测试的过程中测试者凭借自己多年的使用经验和研究理念进行对其综合评价的过程，并根据现有的先进思维对其进行构建，在测试的过程中还需要考虑到社会实际问题，产品在经过变元之后，使用方面是否安全，便捷，可维修性是否达到了指标，并且要将逻辑推理的思维运用到其中，选择出使用其整体变元的方案，最后针对已经选择好了的方案，进行进一步地修改和完善，从而作用于产品的机械结构构建当中，服务于产品的整体功能。

3结束语

机械优化设计论文第2篇

关键词：机械优化设计；理论；方法

随着现代社会科学技术的发展，机械设计领域的概念和思维方式也在不断发生变化，机械设计能够在一定程度上反映出社会群体对客观世界的认知，并且遵循客观事物的发展规律来开展优化设计。因此加大力度探讨机械优化设计理论方法，能够为机械优化设计的未来发展指明方向。

1 机械传统设计与优化设计的对比

机械优化设计是基于最优化设计的，主要以数学模型作为优化设计的基本途径。优化设计的方法及思维属于优化方法的范畴之内，这种设计思想会使得各种参数顺着理想的方向能够自我调节，在这种模型精确计算的条件下，从各种可行性相对较强的设计方案中择优选取最佳的设计方案。由于设计方案较多，那么就需要使用电子计算机加以筛选，这主要得益于电子计算机的运行速度非常快，从而从诸多设计方案中筛选出最优方案。虽然在实际的数学建模过程中需要进行一定地简化处理，可能会导致计算所得的结果与实际值存在一定的差距，但是其基于客观规律以及数据，又无需花费太高的费用，所以说，这种建模计算的方法具有经验类比或者试验途径不可比拟方面的优势之处，再加上一定的经验依据，就能够获得一个非常理想的设计结果。虽然传统设计也追求最优化的设计结果，一般是基于调查、分析，按照实际需求以及实践经验，参照类似于工程设计，经估算、类比以及试验等过程，对寻优过程进行构思、评估、再构思以及再评估等，从而最终确定设计方案，最后开展刚度、强度以及稳定性等方面的计算。然而在传统设计过程中，存在主观方面、时间以及工作量过多等方面的影响，由于这些影响因素的存在，使得设计结果的最优化选择无法正常进行，这些设计结果的计算也仅仅具有校对、核验以及补充等方面的作用，只能对原有方案的可行性加以证实。传统设计往往需要花费高额的资金以及人力，而且最终结果也与初始设计试验范围差不离。所以说，传统设计主要受到主观因素的影响，得到的仅仅属于满足最初设计要求的设计结果，并非最优化设计结果。

2 优化设计方法的评判指标

效率要高、可靠性要高、采用成熟的计算程序、稳定性要好。另外选择适当的优化方法时要进行深入的分析优化模型的约束条件、约束函数及目标函数，根据复杂性、准确性等条件结合个人的经验进行选择。优化设计的选择取决于数学模型的特点，通常认为，对于目标函数和约束函数均为显函数且设计变量个数不太多的问题，采用惩罚函数法较好；对于只含线性约束的非线性规划问题，最适应采用梯度投影法；对于求导非常困难的问题应选用直接解法，例如复合形法；对于高度非线性的函数，则应选用计算稳定性较好的方法，例如BFGS变尺度法和内点惩罚函数相结合的方法。

3 机械优化设计理论方法

3.1 准则优化法

在机械优化设计理论方法中，所谓准则优化法，就是指以物理学和力学等原则来构造并优化机械设计的方案，以促进机械优化设计的顺利进行。准则优化法在实际应用中具有良好的优势，其概念直观性较强，并且计算过程简便，即便是在约束条件相对较少的条件下，准则优化法的实际优化效率相对较高，因此在工程中具有良好的应用效果。但就机械优化设计的实际情况来看，准则优化法也不可避免的存在一些不足，尤其是在实际应用中，其所考虑的范围具有一定局限性，一旦实际约束条件较多，会严重影响机械优化设计的效率，因此在机械优化设计中，应当对此项因素进行深入衡量和分析，以全面提高机械优化设计的质量和效果。

3.2 线性规划法

在机械优化设计理论方法中，线性规划法是基于数学极值的基本原理上所提出的，以目标函数、约束条件以及设计变形的线性优化为主要因素进行分析，以此作为主要的求解方式。线性规划法中常用的两种方式是单纯形法与序列线性规划法。

其中单纯形法是美国学者所提出的一种具有直观性的线性问题求解方法。单纯形法在机械优化设计中也存在一定不足，极易受到收敛条件、压缩因子以及扩展因子等多种因素的影响导致难以准确计算出机械优化设计的最优解。因此为保障机械优化设计的实际效果，应当全面衡量各项因素，包括初始单纯形的各顶点线性独立情况以及新单纯形构成后对实际收敛情况进行准确的验算，并严格检查计算结果是否满足相关精度要求，从而全面提高机械优化设计的质量和效果。

序列线性规划法则相对简单，主要是在初始位置将目标函数集约条件进行展开，促使非线性规划向近似线性规划逐渐转化，并对最优结果进行求解，并采取科学合理的计算方式进行反复求解，直至满足机械优化设计的精度标准，从而提高机械优化设计的质量和效果。

3.3 非线性规划法

就机械工程的实际情况来看，大部分机械工程的性质都属于非线性规划，随着非线性程度的不断加大，难以将其完全简化为线性问题。非线性规划正是基于数学极值的原理所开展的机械优化设计，通过无约束直接法、无约束间接法和约束直接法、约束间接法等对优化问题进行不断求解，以保证机械优化设计的质量和效果。

3.4 现代优化设计理论方法

在机械优化设计中，往往存在不同种类的约束、变量及目标函数，为保证机械优化设计的质量和效果，机械优化准则法能够结合机械优化设计的实际情况，积极推导出不同的优化准则，但其实际通用性并不理想。规划法在实际应用中需要进行多次重复验算，此种情况下往往需投入大量的人力物力资源，并且实际优化设计的效率并不理想，甚至在一定程度上限制了规划法在现代机械工程项目优化设计中的应用深度和广度。随着现代社会科学技术的发展，机械工程中优化设计的难度也不断加大，有必要积极选取合理的优化设计方法来提高机械优化设计的总体质量和效果。

结束语

总而言之，机械设计优化是基于传统机械设计理论基础上所提出的，通过与现代设计方法的协调配合，促进一种科学化的优化设计方法的形成，在机械工程中，有助于改善机械优化设计的质量和效果，促进机械产品达到高质量和高水平。随着现代社会科学技术的发展，机械优化设计方法也不断进步，每一种机械优化设计方法都具有各自的特点和应用领域，能够针对机械产品的性能及其他因素选取核实的设计变量和最优的设计方法，从而促进机械优化设计目标的实现，为机械优化设计的发展奠定坚实的基础。

参考文献

[1]吴亚明.机械优化设计的应用发展分析[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2015（6）.

机械优化设计论文第3篇

机械结构优化设计中有许多的关键技术与理论，它们对机械结构优化设计的发展和应用起着十分重要的作用。归结起来，其中的主要关键技术与理论有以下几个方面：

机械结构优化设计的思想和理论；优化方法；建模技术；结构分析技术；结构重分析技术；敏度分析技术；软件开发技术。机械结构优化设计的研究与开发主要集中在这几个方面，不断有新的理论、方法与技术出现，也有一些其他学科的相关知识和新理论被引入结构优化设计，并且大大拓宽了该方法的应用领域和范围，为机械结构优化设计的发展注入了新的活力。

二、机械结构优化设计的应用

1.航空航天

航空航天技术代表着一个国家科学技术的综合水平与实力，大量的先进科学技术首先在航空航天领域推广应用或发明、开发，而机械结构优化设计发展最快、应用最广和作用最大的领域也在航空航天。由于该领域的特殊地位，机械结构优化设计得到了广泛的应用和充分的重视。目前，结构优化设计的大量研究集中在航空航天领域，同时也发表了大量的研究论文和研究报告。国内进行了有关飞机机身、飞机翼面、飞机结构整体、火箭发动机壳体、航空发动机、机身承力框架等结构优化设计方面的研究，发表了许多论文。而在国外，有关结构优化设计在航空航天工业中应用的研究更是层出不穷，发表了大量的研究报告和论文，一些著名的结构优化设计专家学者都在从事该领域的研究等。我国的航空航天工业已经取得了巨大的成功，其中机械结构优化设计应用是其重要的因素之一，而且必将成为越来越大的角色之一，为我国航海空航天事业的发展做出很大的贡献。

2.船舶工业

船舶结构优化设计方法的研究相对起步较晚，我国开始研究船舶结构优化设计比国外晚了近十年。但是，我国的船舶结构优化设计也取得了较大的成果，在潜艇结构、中小型集装箱结构、油船剖面、潜艇外部液压舱等结构优化设计方面进行了研究，提高了相关研究对象的性能，为船舶设计提供了一种可靠、精确的设计方法。

3.通用机械和机床

通用机械和机床的结构优化设计也是一个机械结构优化设计成功应用的领域，把有限元技术与优化技术结合起来，机械结构优化设计对大型复杂机械结构件的设计是一种有效、精确的方法。由于一般的机械零部件都是连续体结构，结构分析非常复杂，进行结构优化设计比较困难。国内的相关研究比较突出，发表了大量的研究论文和报告，陈立周、孙焕纯等根据机械设计中离散设计变量较多的情况，提出了离散设计变量结构优化设计方法；孙靖民、米成秋对机床床身等部件进行了结构优化设计；周济等研究了圆柱拉压弹簧动载下的结构优化设计；钟毅芳、唐增宝等进行了液力传动系和双级齿轮减速器的结构优化设计研究；方宗德等完成了斜齿轮三维修形的优化设计；秦东晨、方刚等完成了复杂箱形梁的结构优化设计研究等。通过这些研究工作的开展，通用机械和机床的设计有了一种快速、有效、可靠的设计方法，提高机械产品的设计水平。

4.汽车工业

汽车工业是一个不断创新、发展的重要行业，各个国家和地区都十分重视汽车工业的发展。因此，先进的机械结构优化设计方法也就在此行业得到推广和应用，国内外出现了大量的研究成果。冯振东等进行了万向节传动布局的支承动态结构优化设计；田振中研究了特种汽车车身的结构优化设计；冯国胜对汽车车架的结构优化设计进行了研究；章一鸣等研究了汽车悬挂系统的优化设计；上官文斌等进行了发动机悬置系统的优化设计；秦东晨等对汽车车身进行了结构优化设计等。汽车工业已经成为机械结构优化设计广泛应用的一个领域。

三、机械结构优化设计的展望

结构优化设计随着最优化方法的不断发展和改善，已逐渐得以发展。

拓扑优化、材料优化和形状优化的集成在机械结构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。拓扑优化能够为结构的方案设计提供科学的依据，使复杂结构和部件在概念设计阶段即可灵活地、理性地优选方案，有望用于大型实际结构优化设计求解。拓扑优化研究中提出的均匀化方法等，可以将材料选择，布局优化和形状优化集成一体，为并行地设计材料、工艺和结构提供科学的手段，有关方法的研究，实用化软件开发及应用是有意义的。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。

机械优化设计论文第4篇

关键词：机械 可靠性设计 发展 应用

我国著名科学家钱学森曾提到：“产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的。”而其中，设计的可靠性无疑对产品的固有可靠性有着决定性的影响。据相关文献统计，因设计因素引发的机械故障，占到机械产品故障总数的60%以上，可见提升机械设计质量的重要性。目前，我国逐渐开始对可靠性设计理论与方法进行，但就目前成果来看，与发达国家还有着较大的差距，此外，随着我国机械产业的快速发展，可靠性设计理论的应用价值不断提高，在此背景下，强化对机械可靠性设计理论的研究与应有有着很强的必要性。

1可靠性设计概述

根据GJB451——90给出可靠性的定义：可靠性指的是“产品在规定时间内，在规定的使用条件下，完成规定功能的能力或性质”，可靠性的概率度量称为可靠度。可靠性的研究最早可追溯到二战期间，发展至今已有近半个世纪的历史，在美国、英国、日本等机械设计方面较为发达的国家，机械的可靠性设计已经成为一门相对独立的科学，且有着较为丰富的研究和实践成果。相比之下，我国对机械产品可靠性理论的研究就起步较晚，与上述国家仍然存在较大的距离。且由于机械设计涉及领域宽泛、可靠性研究的任务繁重，内容庞杂，因而研究进度远远不如电子产品可靠性研究快。

从理论应用方面看，我国机械可靠性设计还处于起步阶段，强化可靠性分析理论与数学规划方法在机械设计中的应用，是促进机械设计可靠性提升的重要途径；从实用性工程方面看，强化可靠性设计对于提升传统设计的合理性，以及对节约生产成本与提升经济效益均有着重要的作用，因而对可靠性设计理论与方法进行积极探索，对推进我国机械设计水平的提高有着重要的意义。

2 可靠性设计的应用

可靠性理论和方法在机械产品设计领域中的应用，主要体现在可靠性优化设计、可靠性灵敏度设计和可靠性稳健设计三个方面：

2.1 可靠性优化设计

机械优化设计理念产生于本世纪60年代，是数学规划与现代计算机设计在机械设计领域的集中应用，有着减低材料消耗、提升设计可靠性的应用价值。机械产品的优化设计通常是根据设计标准和需求对各种参数进行优化调整，将可靠性设计理论融入机械优化设计过程，能有效提升优化设计效率和质量。通常，可靠性优化设计包含质量、成本、可靠度三个主要因素，方法是在给定的成本和质量要求下对技术参数进行约束和优化，进而实现产品安全性能和使用性能平衡。要使机械产品既保证具有可靠性要求，又保证具有最佳的工作性能和参数，应将可靠性设计与优化设计理论和方法充分结合起来，以发挥两种设计方法各自的长处，一方面达到机械产品设计的可靠性要求，使其性能更高、更实用，另一方面达到节约控制成本和提升效益的要求，通过较小的花费创作较大的应用价值。

2.2 可靠性灵敏度设计

灵敏度是机械设计质量的重要评价指标之一，在传统机械设计中，为了保证机械产品的灵敏度，每次进行方案修改时都需要进行重新试验测试，但这往往需要耗费大量人力、物力，因而许多设计单位在进行方案修改时往往凭经验判断灵敏度，导致设计方案具有较大盲目性。因而引入一种科学的灵敏度分析方法，对于优化机械设计方案，提升设计方案可靠性有着重要的意义。可靠性设计基于对数学规划理论与可靠性分析理论的结合，强化了对数学模型在结构系统优化设计过程中的应用，通过找出对参数变化敏感的因素并建立数学模型，能够对模型中的参数变化进行较为可靠的预测，进而实现对机械产品设计过程可靠性的提升。此外，应用人机交互辅助设计，不但能有效利用数学规划分析结果，也能充分发挥设计者的经验和判断力，从而进一步提升设计方案科学性。几十年来，在灵敏度分析方面已有了大量的成果，给出了特征值问题、静态和动态响应以及机械产品参数优化设计等方面的灵敏度分析的许多方法，如直接法、伴随变量法、有限差分法、Green函数法、FAST法等等。

2.3 可靠性稳健设计

稳健性设计是一种强调低成本、高质量的机械设计思想，稳健性设计方法的核心是通过对机械产品性能、成本和质量的综合考虑，选择出能够降低成本和提高质量的最优设计，强化稳健性设计的应用，对于提升产品质量稳定性有着重要的意义。稳健性设计最初源于日本学者田口博士创立的三次设计法即系统设计、参数设计、容差设计，随着计算机技术在机械设计领域的广泛应用，近年来稳健设计的内涵得到不断扩充。近年来，机械产品的稳健设计与灵敏度设计得到有机结合，即通过灵敏度分析降低机械产品对不确定因素的敏感度，进而提高产品稳健度。通过这种设计，不但确保了机械产品在使用过程中的性能稳定性和可靠性，也大大降低了机械设备的维护维修成本，从而有效降低了经济损失，提升了经济效益。

3 总结

随着我国机械设计技术的不断发展，可靠性设计理论逐渐受到学界的关注，通过可靠性设计的应用，不但能够全面提升机械使用性能、安全性和可靠性，更能提升机械设计经济性，提升经济效益。与此同时，可靠性设计能够大大节约机械设计过程中所花费的人力、物力、财力，在提升设计质量的同时缩短设计周期，并避免以往机械设计中常见的质量问题，同时减少能耗和材耗，具有一定的节能环保意义和社会效益。

参考文献：

[1]陈靖.机械可靠性设计的内涵与递进[J].中国机械.2013（7）：91.

[2]李茂娟.浅谈机械零件可靠性设计[J].中国科技博览.2013（24）：345.

机械优化设计论文第5篇

[关键词]机械设计 可靠性 改进与发展

中图分类号：TV763 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0277-01

一、前言

机械设计这一学科，大家并不陌生，但对其可靠性的研究，却不是那么大众化了，早前人们就常用“可靠性”这样一个非量化标准来判定一款产品的质量好坏，当然，这也仅仅依据判定者的个人经验来判定产品可靠性如何，所以还未有一个量化的标准来判定产品的可靠性。但随着人们对于可靠性研究的深入以及钻研，发展了基于概率论的随机可靠性、基于模糊理论的模糊可靠性、非概率可靠性，以及最新的结构系统概率-模糊-非概率混合可靠性，这就足以表现量化判定产品可靠性的实践方法已经从有到无，再发展到现如今的高度，这一领域取得了不朽的进步。此外，对于机械设计的复杂程度，由原有的理论分析方法又增添了更加精确的分析方法，使其理论方法日益丰满和完善，并且已经渗透到其他学科领域。现如今，机械设计的可靠性已经成为判定产品的关键因素之一，在我国未来的科技发展以及社会化程度提高过程中，具有相当大的影响，必将会得到大范围的应用以及更深入的研究。

二、机械设计的可靠性研究的历史

结构可靠性理论研究的起始阶段可以追溯到20世纪前叶，科学家们把概率论和数理统计应用到结构安全度分析上。而真正的机械设计可靠性理论研究是从1930年开始，W.A.Shewhart的SPC，首次将产品质量检测技术和可靠性技术联系在一起。此后机械设计可靠性理论研究在那一阶段取得了空前的进展，到科技高度发达的今天，理论研究已经相当成熟，特别是大多数国家已经开始研究在设计中如何规范应用，使得机械设计可靠性的研究迈入到新的高度。

三、有关机械设计的可靠性研究改进与发展

就目前的大部分机械设计产品来说，怎么样改善设计质量、完善设计技术、改进设计理论、减少设计周期是非常关键的，重要的是这些因素都与设计的可靠性有着紧密的联系。现如今，可靠性研究已经深入到机械零部件的强度设计、结构设计、精度设计以及性能失效分析中，这些现象表明可靠性理论研究已经步入到实践并完成应用的阶段。机械设计可靠性的理论研究早已成为机械工程机械设计的研讨要点。当下有数不胜数的高质量文献和著作，标志着机械设计的可靠性分析以及计算方法较为成熟全面。所以，本文就现如今的发展趋势简单介绍一下几方面即将是机械设计可靠性理论研究的关键点内容。

3.1 优化设计

优化设计，顾名思义是在可靠性的设计基础上合理的优化，不但能达到产品在运作中所需的可靠性，而且能使设计产品的结构、尺寸、质量、性能、安全指数等要素得到提升，继而确保结构的预期运作性能和实际运作性能接近一致。此方法把设计可靠性理论分析与数学归纳法相结合，并且在对一些参数进行优化时，先将机械零件的可靠性当做首要目标函数，接着把刚度、强度、稳定性、寿命等要求作为约束条件，依次来建立可靠性设计优化数学建模，并且根据模型的形态、比例、规模以及复杂性等条件来筛选合理的优化方法，最后找到最佳的优化设计参数变量。

3.2 可靠性试验的改进

机械工程发展到现如今，其中的机械设计可靠性的研究已经可以说是非常成熟，但是就其试验本身来说，还并没有达到最完善的程度。众所周知，可靠性试验，是对机械设计的产品的可靠性做预测、评估、判定、分析的一种方法，最主要的目的仍然是尽早的察觉到产品早期在材料、做工、以及设计等等方面的弊端，以能更好的改进产品的性能、寿命、外观等，提升设计成功率，达到产品的完善，并最终确定产品可靠性的量化标准。一方面需要不停的在试验中截取关键的可靠性数据，另外一方面还要从产品在试验中展现出的问题来发现并解决。所以在产品进行可靠性试验前，可以进行高质量的电脑软件模拟分析，以减少成本，节约其他时间。

3.3 可靠性设计与传统设计相结合

在这里需要提出的是，传统设计中安全系数法虽有缺陷，但其简单、合理、直观、运作量小的优点，比起可靠性设计来说在有时候有益的多。可靠性设计不仅缺少基本参数，还需要很多模式试验。所以，有丰富经验的安全系数法在有的时候相当有用，我们现在所需要做的就是将可靠性与安全系数法通过概率设计法来进行合理的结合，从而不断积累可靠性设计经验，并保存整理相关数据，以节省时间和成本，使最终设计高效简洁。

四、总结

在这里需要再次申明可靠性是机械设计产品的重要指标，如今高科技化的现代生产中，已经将可靠性融入到产品的各个环节中。所以机械设计的可靠性理论研究仍旧是机械工程等相关学科的热门研讨方向之一。对于机械设计来说，关于可靠性的理论研究总是离不开试验以及积累的主观经验的。充分了解可靠性知识，机械设计也就更为合理。所以，笔者认为关于机械设计的可靠性研究等相关课题还是很有意义的。

参考文献

[1] 刘兴权.有关机械设计的可靠性探究[J].科技创新与应用，2014，08：72.

机械优化设计论文第6篇

关键词：机械设计；优化设计；机械优化设计；优化方法

机械设计的发展历程，其实是社会生产力进步的过程，也是设计者谋求设计最优化的过程。在此过程中，各种机械设计的技术、技能和技艺会随着科学技术、经验、理论的提升而提升，这其实是一种必然的逻辑关系。机械优化设计其实指的就是运营数学模型方法和计算机技术找到最佳设计方案和路径的过程，也是当前机械设计领域的研究热点。在新时期，对机械优化设计的重要性和意义进行探讨，并剖析其实现的路径和办法，极为必要。

1 机械设计中优化设计的重要性

所谓的优化设计，其实不仅仅存在于机械设计领域，而是存在于各种学科和应用中。优化设计的本质就是透过多种科学手段和研究步骤，筛选出多种解决问题的方案和措施，然后“优中选优”，找到最佳的路线和策略。之于机械设计，优化设计的功能性作用是毋庸置疑的，具体可以从如下方面考量。

1.1优化设计可以保证机械设计的工艺与质量

在机械设计的过程中，设计师不仅要考虑设计流程、设计时间和成本、功效等问题，更重要的是必须考虑设计产品的工艺水准和实用价值，也可以理解为设计产品的质量。要知道，机械产品往往用于工业生产及大型的工程项目，其质量的优劣关系重大，绝对不能儿戏视之。简言之，机械设计的质量是第一位，倘若失去了优质的保证，那么这样的机械设计毫无价值。所以，找到更好的设计路径和策略，维持设计的质量和工艺，就成为了整个机械设计的关键。这里，优化设计虽然也不能从设计流程和细节上保证机械设计的质量高低，但是优化设计最起码可以提供多种设计方案和选择，为设计师的路线选择提供了丰富的内容。在现实操作中，设计者往往利用数学函数及相关模型对各种设计方案进行综合评估，做出最佳的选择。诸多设计方案中的最佳方案，往往具备这样几个特点。首先，该方案应该是效率最快的，成本最省的；其次，该方案要具备现实的操作可能，要能实现设计的规划。

总之，机械优化设计的过程其实是筛查最佳设计方案的过程，这个过程中的方案选择是最符合机械设计实际需求的，也是最具质量保证的。

1.2优化设计可以最大限度的节约设计开支和成本

机械设计是一项繁琐、浩大的工程，往往需要很久的时间才能完全，不存在所谓的捷径和“小道”。所以，在维系长时间设计流程的同时，必须做好高额开支和成本支出的准备。事实证明，机械设计的成本开支往往令主管单位“不堪重负”。诚然，随着机械设计技术的进步以及管理流程的简化，新时期的机械设计成本开支以及有所降低，但是仍然有压缩的空间。要清楚的是，运用优化设计的方法对机械设计的成本开支进行削减，完全要基于保障设计质量的前提；倘若成本的控制要以牺牲质量为代价，那么这样的控制手法必须果断舍弃。

在机械设计中采取优化设计路线，能够减轻前期和设计过程中的成本开支，为设计单位节省一笔不小的资金。之所以这样说，是因为优化设计的最佳方案往往是符合设计流程的，是可以发挥出现有材料、设备和人员最大能量的，所以不需要额外耗费多余的人力、财力和物力。因此，优化设计能够节约机械设计的开支成本是有科学依据和理论基础的。

1.3优化设计可以提高机械产品的科技附加值

机械设计的产品是一种自然属性但是具备商业价值的“商品”，这就必然要与市场发生关联。同时，优化设计方法在机械设计中的应用，能够增加机械产品的科技含量和技术附加值，大大提高产品的市场竞争力，这对机械设计企业而言无疑是一大利好。例如，随着现代科技的发展以及相互之间融合度越来越高，机械设计的产业化正在形成，即机械设计可以作为一个单独的工程链条存在。如果我们把机械设计的产品作为一个普通商品看待，那么这种商品必须是价格最低、质量最好、科技含量最高的，唯有此，该产品才能在市场中取得占有率，企业才能因此获取利益最大化。所以，所有的机械设计企业都在努力的追求“这样的机械产品”，而这样的产品往往需要透过优化设计来实现。

所以，优化设计为机械设计产品的技艺提升、附加值增大提供了全新的路径，也为机械设计单位和企业的发展增添了新的利润增长点。例如，随着信息技术、计算机技术、材料技术、液压技术、加工制造工艺的不断发展和成熟，机械设计的每一个环节都会有一种或多种新技术的注入，最终的机械产品往往“饱含科技”，其技术附加值自然可以达到一个高位。类似这样的高附加值机械产品，在市场中的价格是可以想见的，企业因此带来的收益也是很高的。所以，如果把机械设计中优化设计作为一种生产选择方式来衡量，那么优化设计为产品的开发和流动，为设计单位、企业的利益最大化带来的贡献是很难估量。由此可见，优化设计对于当今的机械设计是多么的重要。

2 机械设计中优化设计的实现路径

既然优化设计可以为机械设计提供质量和效益的保证，那么就必须引入科学有序的优化设计方案，使之产生明显的效果。从当前的情况看，机械优化设计可以从如下角度考量。

首先，机械设计的一维搜索优化方法，这种方法也是当前机械设计优化方法的最典型代表，以数学函数为理论基础，透过搜索区间的确定，来保证优化方案的有效性。一维搜索方法是一维问题的最基本方法，也是多维机械设计的基础方法。众所周知，机械设计大都是多维的，很少有一维的情况，但是这恰恰说明了一维的重要性和基础。就好比数学中的从0到9的10个数字，它们构筑了数学的基础，成为数学的理论“细胞”。所以，一维搜索方法在机械设计的应用，往往直接影响优化设计问题的求解速度。其次，机械优化设计会用到约束优化方法和无约束优化方法。在机械优化设计中，经常使用的是约束优化的方法。

除此之外，机械优化设计还可以通过线性规划方法、多目标及离散变量优化方法来实现。总之，诸多优化方法的存在和操作为机械优化设计提供了多元化的路径，这是我们所乐见的。

参考文献：

[1] 李剑峰. 机械优化设计的研究与实践[J]. 煤矿机械. 2011（01）

[2] 张运节. 机械优化设计综述与展望[J]. 科技信息. 2009（06）

机械优化设计论文第7篇

关键词:现代设计方法;机械创新设计;研究

中图分类号:TH12 文献标志码:A 文章编号:1671－1602(2016)10－0044－02

1现代设计的定义和方法

现代设计是把传统的设计理论和设计方法作为基础，把计算机的应用作为标志，是具有信息化时代特征的新型设计技术。目前，现代设计已经逐渐发展到产品规划、产品制造、产品营销、产品运行、产品回收等各个层面，除开传统设计的理论和方法外，与设计相关连的技术和学科，特别是自动化的技术、制造工艺、材料知识、自然科学的知识、系统的管理技术等在现代设计中也是十分必要的内容。现代设计的方法是对把产品作为目标的知识的总称，其涵盖的内容和方法非常广泛，主要包括可靠性的设计、优化的设计、有限元的设计、计算机的辅助设计、价值工程等。

2机械设计

机械设计是属于综合性较强的工程技术，其在社会生活和生产中有着无可替代的重要作用。例如:人类生活所需的各种用品和工具，工业生产中所需的各种仪器和设备等都和机械设计紧密相连。在机械设计中，主要把机械设计的过程分为以下四个阶段:①产品规划的阶段;②方案设计的阶段;③技术设计的阶段;④制造和试验的阶段。

3机械创新设计的思路

机械的创新设计是设计者在对创造力充分发挥的前提下，使用现有的科学技术进行创造性的构思，从而设计出实用性、创造性、新颖性的产品。在机械创新设计中要着重解决的问题是对机械产品的创造模式、机理、方法、过程等进行探讨，通过对机械产品的程式化、算法化、符号化、定量化来强化机械设计的质量、效率、可靠性。虽然机械创新设计要基于机械设计的传统方法，但是机械创新设计更追求创造性，因为要加强机械产品的竞争力就必须强调设计的创新性。在机械创新设计中，虽然设计的投入只有产品总投入的5%，但是设计的决策在产品投入中占70%。由于在设计阶段就要对产品的结构、性能、成本、质量、维护等因素进行确定，且创新设计不仅是关于产品使用周期的设计，还是关于用户和市场的设计，因此只有通过机械设计的创新才能使机械产品具有更加良好的竞争力。机械的创新设计不仅繁杂、耗时、费脑力，还紧张、繁重、费体力，要有效地提升创新设计的效率，就要使用科学的设计工具和设计方法，而设计的自动化便是创新设计的理想目标。在机械的创新设计中，其科学性一方面可以让设计者从系统的层面认识设计，从而有效地避免不良设计;另一方面可以实现设计工具的寻求愿望，因此机械创新设计不仅是设计工作的实际需求，更是机械设计中CAD技术的未来发展趋势。

4现代设计创新的研究

机械创新设计是在设计者对创造力充分发挥的前提下，使用现有的科学技术创造性的构思，从而设计出实用性、创造性、新颖性的产品。机械的优化设计、计算机的辅助设计、有限元设计、系统设计、创新设计等形成了现代设计的系统方法库，且现代设计对利于设计思想和设计方法的学科不断吸收。专家系统、思维科学、人脑研究、人工智能等的发展使创新设计在机械设计中越来越重要，因为不仅专家系统、思维科学、人脑研究、人工智能等已经给创新设计奠定了理论基础，而且创新设计的发展还能促进创造思维的机理解释和科学技术的发展。在机械的创新设计中，创新设计的内容主要包括两个方面:①完善机械产品的经济性、技术性、适用性、可靠性;②设计和创造满足生活和生产需求的新产品。在机械的创新设计中，其关键的核心主要是对机械产品的创造模式、机理、方法进行探索，并对机械产品的创新设计进行定量化和程式化。

5现代设计未来的发展趋势

现代设计是把分析软件和工程设计作为基础，把计算机作为工具，通过现代的设计理念进行设计的新型方法。ADAMS、PRO－E、SolidEdge、I－DEAS、UG、SolidWorks、NASTRAN、ADINA等都是现代设计中使用较多的分析软件。现代设计的方法中，在使用分析软件和计算机的同时，要遵循常规设计的内容，且在现代设计的方法强调中，不能忽视了常规设计的重要作用。现代设计的方法较多，且涉及学科较广，虚拟的设计、优化的设计、计算机辅助的设计、可靠性的设计、并行的设计、有限元的设计等都是现代设计中经常使用的设计方法。由于现代设计方法的通用性较强，比如:在优化的设计方法中，其理论基础不仅可以在机构的和零件的优化设计中使用，还能在建筑工程和电子工程等领域中使用，因此现代设计的发展较为快速。现代设计发展迅速的表现如下:1、机构的计算机辅助设计和计算机辅助设的并行发展。2、机械的优化化设计和优化设计。3、机械的可靠性设计和可靠性设计。4、设计过程更为数字化，既要对工程中确定性变量的数学建模和描述进行完善，还要对非确定性变量的数学建模和描述进行研究。5、设计过程更为智能化和自动化，不仅要对各种方法库、数据库、知识库进行研究、健全、发展，还要对商品软件的研发自学习、自适应、自编程，例如:对信息、数据、知识获取和处理技术的研究。6、对多目标和不可微模型进行优化、对工程的不确定模型和动态的多变量进行优化等优化程序和优化方法的研究，并且优化程序和优化方法的研究已经发展到了对广义工程系统领域的优化。7、对网络的协同设计和并行设计的技术研究、方法研究、软件研究。8、对仿真虚拟的试验研究、对虚拟设计的研究、对快速形成仿真虚拟的研究，这种研究是把计算机的仿真作为研究基础，集智能技术、人机工程、成形技术、多媒体技术、光电传感的技术、并行工程、材料、计算机的图形学等为一体的综合性研究。9、对CAD技术应用、推广、发展的研究，在CAD技术的研究中其关键内容是对功能性较强的商品软件进行研发。10、对微型机电系统的应用技术、设计方法、设计理论进行研究，例如:智能计算、纳米技术、微型机械的系统和微型机器人的系统的设计与计算。11、对关于生态设计的理论研究和方法研究，例如:对绿色的产品进行设计、对生产过程的清洁化进行设计、对产品的可回收进行设计等。12、对基础的设计理论和共性的设计技术进行研究。

参考文献:

［1］魏学忠．现代设计方法在机械创新设计中的研究［J］．硅谷，2010，(23):98．DOI:10．3969/j．issn．1671－7597．2010．23．083．

［2］鲁绪芝，赖惠芬．基于现代设计方法学的机械创新设计研究［J］．现代制造工程，2007，(7):111－113．DOI:10．3969/j．issn．1671－3133．2007．07．035．

［3］武丽．机械产品的现代设计方法及其创新［J］．科技创新导报，2008，(33):184－185．DOI:10．3969/j．issn．1674－098X．2008．33．147．

［4］李旭．现代机械设计的创新方法［J］．科技经济市场，2015，(5):199－199．DOI:10．3969/j．issn．1009－3788．2015．05．146．

［5］罗煜林．现代机械设计方法分析［J］．中国科技纵横，2014，(9):83－83．DOI:10．3969/j．issn．1671－2064．2014．09．061．

机械优化设计论文第8篇

关键词：动态优化方法；农业机械；机械设计

引言

近年来，各国对机械设备振动过程中造成的损害以及事故越来越重视。农业机械作为农业技术路线选择的重点，体现了农业生产水平的基础，也受到了广泛重视。在传统的农业机械设计中，科研人员和生产制造商通常对农业机械采用数学模型的方法进行设计，并且利用模拟优化的方法对结构进行优化设计。这通常造成的误差较大，不能很好地适应市场，且生产的农业机械质量较差。动态优化方法是近几十年来新兴的一种消除以及减少机械有害振动和噪声的方法。它基于农业机械的动力学性能对农业机械进行结构改造，以达到最优结构设计的一种方法。一般来说，它是基于数学建模的方法，对模型结构进行研究和分析得出其动态特性。即在合理条件下对机械结构进行修改或者重新设计，得出农业机械最合理的机构。在农业机械设计中采用动态优化方法，可以有效提高农业机械的质量，并提升和培养其市场竞争力，因此得到了广大专业人士的响应。

1动态优化方法的概述

目前，机械产品越来越高速，其精度也越来越高，质量越来越轻。对机械机构的动态特性进行分析，可以对机械结构的优化提供可靠的依据。机械结构的动态特性指的是基于机构的弹性变形、运动副的变形、原动机的输入速度波动等因素，对机械机构本身的频率、阻尼以及机械在动载荷作用下产生的响应进行分析，得出响应结果。随着社会的进步和科技的发展，动态优化设计在机械设计方面的运用越来越广泛。现代动态优化设计指的是在产品的研发过程中，对机械产品的运动学和动力学进行求解，并且分析和计算与之相关的动态可靠性、安全性、疲劳强度和工作寿命等问题，从而确保所研发的产品满足实际生产、生活所需要的结构性能。而现代农业机械在现今科技化的社会中，其所要求的速度越来越高、结构越来越复杂、精度越来越高、功能也越来越齐全。在这样的要求下，对产品的动态可靠性、安全性、疲劳强度和工作寿命等问题的研究成了必不可少的一环。因此，产品的动态优化方法也越来越重要，它可将问题解决在设计阶段，从而大大减少生产成本，在激烈的市场竞争中相对传统机械设计有更强的适应能力，对实际生产有十分重要的意义。农业机械设计中，动态优化方法的研究与应用可分为狭义动态优化方法和广义动态优化方法。狭义的动态优化方法主要通过对农业机械零部件进行研究，采用理论研究结合模型试验的方法，从而找出产品设计中的缺陷，进而对零部件的结构进行修改。而现代农业机械中，越来越向广义动态优化方法过渡，其大大扩展了狭义动态优化方法的内容。它研究的是有关机械运动过程中的动力学、运动学以及动态特性等问题。简单来说，农业机械中的动态优化方法是对系统参数的数值进行优化，结合数学规划理论、机械振动理论以及数值计算，以计算机为工具，建立一套对产品的动态可靠性、安全性、疲劳强度问题的优化方法。它主要分为两步，第一是建立符合实际情况的数学模型，第二是选择合适的动态优化设计方法。它与传统的机械设计方法不同的是，它将产品的动态特性首先考虑到产品的设计中，解决了传统机械设计需要制作出样品且不断对样品进行修改的问题，在一定程度上节省了生产制造成本。但在我国的农业机械设计中，仍然是一门发展中的技术。它涉及到计算机技术、产品结构动力学运动学理论以及现代动态优化分析方法等多个学科的内容，具有一定的复杂性。

2建立农业机械数学模型

2.1农业机械作用特征

与传统农业相比，现代农业对农机的应用越来越广泛，机械化发展越来越强。其中，高新技术在农业机械中应用更加广泛，因此对农业机械使用过程中的方便性、自动化、舒适性以及智能化要求越来越高。为使农业生产中的新技术与新装备有新的突破，结合动态优化方法，可以更好地在设计阶段发现问题并且解决问题。另外，也可以相对准确地预测产品的性能和寿命。因而，动态优化方法的应用必不可少。农业机械相对其他机械设计有着复杂性和随机性两个特点。复杂性指的是农业机械有着若干变量的多维系统，其一个输入可影响到几个输出变量。另外，农业机械状态也容易因零件的磨损和变形导致机构尺寸的变化，而这也在一定程度上影响数学模型的精准。比如，高速的农业机械结构会产生较大的惯性力，较大的惯性力会降低机械系统的固有频率，而高速运转也同时会增加激振频率，随着激振频率和固有频率的接近，机械运转会产生较大的振动和噪声。随机性是模型的本质特征。在对模型进行动态分析中，它可分为两种类型：一种是随机但并非本质的，这种可以通过设定一定的范围进行精确预测从而忽略；另一种在模型建立分析中起到很重要的作用，只能采用概率统计分析和随机过程理论建立数学模型。

2.2农业机械数学模型

目前，农业机械设计的动态优化方法主要对机械的各个结构进行分解，对农业机械的功能、结构、操作以及系统各个部分进行分析，建立相关的数学模型。这对农业机械设计的质量提高有很大帮助。总体来说，农业机械设计的动态优化方法主要通过以下三个方法进行建模。2.2.1有限元法有限元法在农业机械设计的动态优化方法中广泛应用，基本原理是将农业机械结构进行离散，然后采用弹性力学中的变分原理，将机械结构的几何、材料、载荷、约束等各个特性条件进行约束，把机械结构分为多个小单元，从而建立机械结构的动力学运动学方程，对机械结构进行求解，输出需要的计算结果。最后，对输入结果进行评估和分析，以帮助农业机械设计进行相关的优化以及改进设计。但是，有限元法产生的结果容易产生误差，如边界条件、几何模型和机构模型的关系不准确，都会对模型的动态响应产生一定的影响。因此，在进行有限元数学模型建立的过程中，要对有限元数学模型进行修正。2.2.2传递矩阵法传递矩阵法相对于有限元法简单，其主要针对具有集中质量的离散系统模型和具有分布质量的连续系统模型，且具有易于编写计算机程序的特点，计算规模也不会随着模型自由度数的增加而剧增。它主要应用在轴类组件中，对结构的弯曲振动和扭转振动进行研究。它的基本原理是将轴以及轴上的各个结构按照相应的理论分别写出各自的传递矩阵，并将各元件的传递矩阵按一定顺序进行相乘，最后得到轴类组件的传递矩阵，从而建立整个机械结构的数学模型。2.2.3实验模态法实验模态法是将复杂的实际结构简化成模态模型进行系统的参数识别，其简化了系统的数学运算。实验模态分析法主要应用于测量振动和对农业机械结构进行动力学分析，可得到比较精准的机械结构的固有频率、模态振型、模态阻尼、模态质量以及模态刚度。同时，实验模态法可以与有限元法相结合，用其结果对有限元理论模型进行修正，使机械结构的设计更趋完善和合理。另外，它也可以对农业机械设计进行动力学修改、灵敏度分析以及载荷识别。总的来说，这种方法对农业机械的系统特性分析有很大帮助，现今已在农业机械设计中得到了广泛应用。

3农业机械设计动态优化方法

农业机械设计动态优化方法指的是对机械结构设计问题进行动态优化，其涉及到多个学科，特别是机械设计、现代动态分析、计算机技术、产品结构动力学理论。对农业机械设计的优化，简单来说，指的就是在指定的运动参数的条件下，求得相对理想的工艺指标，从而确定机械设计中最佳或次佳的运动学参数。它一般可有两种方法对农业机械设计进行优化。

3.1通过农业机械设计的约束条件进行优化

该方法可根据农业机械设计的核心工作和主导思想，确定机械结构各个特性参数的变化范围。例如：可在农业机械结构充分考虑动载荷和满足约束条件的情况下，确定结构的质量、刚度和阻尼的最优分布参数，从而使结构具有更加优良的动态性。目前，业界主要通过三种方法对农业机械设计的约束进行优化：第一，基于变分原理，即将泛函数作为目标函数，求满足在约束条件下的泛函数的极值；第二，基于极小值原理，即确定一个影响机械结构动态性能的形状函数，求解在约束条件下机械的最优形状；第三，基于模态柔度以及能量平衡，这种方法将机械结构的质量、刚度等作为约束条件，以动柔度最为优化目标，求出抗振性能最好的机械结构。例如，要提高农业机械结构抗振性能，就要让机械结构中的各个零部件避免共振，并减小各阶模态柔度，增大模态阻尼。这种情况下，可首先在无阻尼情况下，优化机械结构的质量和刚度，并在此基础上再优化阻尼配置，从而使整个机械结构满足特性要求。

3.2在农业机械设计的数字变量上进行优化

根据数字变量的设置对农业机械设计进行动态优化，可以提高农业机械的质量。一般，对农业机械设计的数字变量进行优化，应该根据行业规范、传统的设计经验以及相关的标准来确定农业机械结构中的强度、规格。这对农业机械在实际工作中的规范、效率、安全等有重要的影响。提高数字变量的准确性，对整个农业机械的设计有很重要的意义。就目前来说，很多农业机械都在连续大振动情况下进行工作。因此，与其他机械设计相比，对农业机械的设计既要考虑到对有利振动的利用，又要考虑对有害振动的消除。总体过程来说，可由如图1所示的流程图简单表示。

4结语

机械优化设计论文第9篇

关键词：机械结构；优化设计；应用趋势

随着现代科学技术的发展，市场产品竞争也越来越激烈，产品品种的换代速度加快，产品的复杂性在不断增加。所以产品生产正在以小批量、多品种的生产方式取代过去的单一品种大批量生产方式[1]。而这种生产方式，肯定会缩短产品的生产周期，产品的成本也会降低，产品提高市场的占有率和竞争力也会提高。所以在机械结构设计中采用优化设计是满足市场竞争的需要。

1 机械结构优化设计方法

目前，机械结构优化设计的应用已经应用到各个领域，很多的机械产品在设计中都会采用优化设计，才用优化设计能解决结构重量扩展到降低应力水平，还还能改进结构性能以及提高产品安全寿命等问题。

对机械结构的尺寸优化设计的应用方法有：用遗传算法对空间杆桁架的杆截面进行尺寸优化，从而得到空间桁架较好的结构。对一些结构的形状优化设计方法有：用数值解法计算机械产品的形状优化，并采用数学规划的方法进行形状优化设计。下面介绍下在振动机械优化设计中的对比分析 ：

筋板在连接结构的内壁，能提高其抗弯和抗扭刚度；对开式截面的结构，作用很明显；而对闭式结构作用影响不大。筋板作为壁板加强时，刚度作用增强，能抵抗局部变形。

无论采用何种优化方法，在迭代过程中求解目标函数和约束函数的值是必不可少的，在一些方法中，需要求解目标函数和约束函数的1阶甚至2阶偏导数。这些约束函数往往是结构的性能要求，如结构的应力、位移、频率、稳定性、可靠性等，这些性能经常是设计变量的高阶非线性函数。如果采用经典的力学公式能获得满足工程要求的结果，则在优化过程中，不断调用这些公式计算当前函数值或导数值，就可以完成优化迭代。在这样的方法中，由于函数最终表达为显式，因而计算所化的时间和存储量以当前的计算机技术看来是不难做到的。但是，对于复杂的机械结构来说，采用力学公式求解往往就不能胜任了。在有限元等数值方法快速发展的今天，自然被用在机械结构优化的分析中。由于这些数值方法应用广泛，可以求解结构的各类问题，包括静力、动力、弹塑性、热传导等，因此，随着计算机的软件和硬件技术快速发展，在过去经常被视作瓶颈的计算速度和存储量，对于一般的机械结构优化已经不是太大的问题时，机械结构优化中越来越多地采用数学规划+数值计算的模式。这种模式最大的优点是适应性好，使用方便，适合各类机械结构优化问题，包括大型杆系结构、三维连续体和板壳结构以及各种载荷和约束条件下的优化设计。但是，随着优化迭代次数的增加，重分析次数也大幅度上升，尤其对于大规模的结构问题，特别是涉及动力、可靠性问题，如果单次有限元分析的时间就很长，再加上求偏导数时的重分析时间将可能使求解变得过于耗时，以致不可行。

2 机械结构优化的应用趋势

结构优化设计随着最优化方法的不断发展和改善， 已逐渐得以发展。近些年来， 在结构优化结构算法的方面，结构优化设计偏向于采用接近实际的复杂结构模型来模拟一些大型结构系统， 由于设计的变量数目比较大，所以研究新的准则优化方法非常受到重视，但是如何去针对一些特殊的结构才设计相应的公式，解决在数值计算与推导实现的相关问题，同时还可以使用一些机械系统的分解与优化方法， 在机械结构优化中，可以按优化多级分解或进行子结构分解，对于一些多学科的较为复杂的系统可以采用学科分解优化的方法。分解的算法关键在于如何去建立各个子问题之间的耦合关系，比如可以通过采用线性分解和使用最优解对参数的灵敏度等方法来建立起耦合关系，让一些子问题的解相容，从而确保迭代收敛，但是问题是怎样保证一定能求解。并采用计算技术应用到结构优化设计中去。像人工神经网络， 遗传算法等方法， 在最近十余年来被机械结构优化设计的发展很快。它们对连续混合与离散变量的全局优化， 这对发展结构近似重分析的专家系统有重要的作用。现在的问题就是该如何去提高优化精度、质量、加快收敛， 增加方法的通用性[2]。形状优化、拓扑优化和材料优化的集成在机械结构优化中具有非常重要的价值，是并行结构优化的重要组成部分，也是以后的研究重点。

拓扑优化在结构优化中是重要的参考依据， 让复杂部件和结构在概念设计阶段即可理性地、灵活地优选方案，并有可能解决一些大型实际结构优化设计。拓扑优化在研究中所提出的均匀化等方法，可以将形状优化、布局优化和材料选择集成一体，为机械设计结构、工艺和材料提供科学的手段。但是如果要处理一些庞大的优化模型和有限元的计算量非常大，应力需要约束处理、对“多孔状”材料分布圆整化，单元消失有可能会引起计算模型病态等问题。

机械结构优化技术在工程机械设计中的具有非常重要的实用价值，如要解决优化设计中有限元模型的庞大性问题、多学科设计与解决结构优化问题交叉问题。对于机械设备、结构和机构的健壮性与可靠性是机械设计时非常关心的问题， 综合考虑健壮性、可靠性及成本的全性能优化设计方法、理论及其应用，则会给出更加接近实际的结果，应当应予重视[3]。在研究这类问题中，对包括随机性和模糊性的不确定因素也应当应予注意。为增强优化设计尽可能的为工程实际所服务， 进一步开展设计的实用性。所以开发和完善通用性的结构化设计软件已经变得十分迫切。

从近几年来国家自然科学基金所资助的项目来看，单就机械学科相关的优化设计的项目就有将近20项，其中包括广义优化设计，模糊优化，全性能优化设计，分解优化设计，可靠性优化，人机一体化设计与光机电一体化，有机械传动系统性能优化也有基于人工神经网络的复杂结构优化研究，复杂机电耦合设计理论与方法与系统解耦研究以及机电产品的绿色设计方法与理论等，在今年还提出的轧制件模具的现代设计方法， 面向产品的创新的概念设计等课题， 这些方面的研究充分反映出我国已经非常重视机械设计的研究工作和机械机构优化设计的发展方向[4]。

参考文献

[1] 张红友.优化结构设计减少建筑投资成本[J].陕西建筑，2008（11）.

[2] 秦东晨，陈江义等.机械结构优化设计的综述与展望[J].工程论坛，2005，（9）：