機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用趨勢(shì)

導(dǎo)語(yǔ)：機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用趨勢(shì)一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

機(jī)械產(chǎn)品與人們的生活以及生產(chǎn)活動(dòng)的開(kāi)展緊密相連，但是隨著社會(huì)的快速發(fā)展，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)成為主導(dǎo)，機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)之間競(jìng)爭(zhēng)加劇，很多企業(yè)遭遇到越來(lái)越多的挑戰(zhàn)，比如居高不下的生產(chǎn)成本以及較長(zhǎng)的生產(chǎn)周期，都成為這些企業(yè)急需突破的關(guān)鍵要點(diǎn)。越來(lái)越多的機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)在通過(guò)應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法以后，發(fā)現(xiàn)能夠在保證質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)成本的下降與生產(chǎn)周期的縮短，大大提升了企業(yè)的上產(chǎn)效率以及經(jīng)濟(jì)效益。本文就將借用《機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)（第2版）》一書(shū)，重點(diǎn)挖掘下機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用以及探討其發(fā)展趨勢(shì)，以供大家參考。

由北京理工大學(xué)出版社出版、姚壽文，崔紅偉所著的《機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)（第2版）》一書(shū)共有八個(gè)章節(jié)的內(nèi)容。第一章是本書(shū)的緒論部分，主要講解了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基本思想、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本過(guò)程、結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題的通用數(shù)學(xué)描述、三種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題以及離散和分布參數(shù)系統(tǒng)；第二章是有關(guān)離散結(jié)構(gòu)優(yōu)化建模與分析的內(nèi)容，該章重點(diǎn)講解了何時(shí)應(yīng)力約束兩桿桁架質(zhì)量最小、應(yīng)力和穩(wěn)定約束兩桿桁架質(zhì)量最小、應(yīng)力和位移約束兩桿桁架質(zhì)量最小、應(yīng)力約束三桿桁架質(zhì)量最小、剛度約束三桿桁架質(zhì)量最小；第三章是有關(guān)凸規(guī)劃基本理論的內(nèi)容，主要涉及優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的極值、局部極值和全局極值、函數(shù)的凸性、KKT條件、拉格朗日對(duì)偶法；第四章介紹了序列顯式凸近似方法，該章主要內(nèi)容有嵌套問(wèn)題的一般求解過(guò)程、序列線性規(guī)劃、序列二次規(guī)劃方法、凸線性化、移動(dòng)漸近線法；第五章介紹了離散結(jié)構(gòu)柔度優(yōu)化問(wèn)題，主要講解了問(wèn)題描述的方法、嵌套方程及其特性以及嵌套方程數(shù)值解；第六章是靈敏度分析的基本方法講解，具體有數(shù)值法與解析法，同時(shí)也指導(dǎo)了如何對(duì)虛載荷進(jìn)行解析計(jì)算第七章是二維形狀優(yōu)化的講解，該章主要內(nèi)容有形狀表達(dá)方法、幾何設(shè)計(jì)約束的處理、網(wǎng)格劃分和結(jié)點(diǎn)靈敏度計(jì)算以及二維形狀優(yōu)化的靈敏度分析總結(jié)；第八章是對(duì)二維連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化的講解，該章具體內(nèi)容有二維彈性體、優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題、99行拓?fù)鋬?yōu)化MATLAB程序。

本書(shū)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)容安排合理，適合作為機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)高年級(jí)本科生、研究生的教材使用，也可供相關(guān)研究人員或技術(shù)人員參考。針對(duì)當(dāng)下機(jī)械機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用方法，結(jié)合《機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)（第2版）》一書(shū)，筆者將從以下幾點(diǎn)闡述機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用及趨勢(shì)研宄。第一，機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用。機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的初衷是為了提升機(jī)械產(chǎn)品的性能，降低生產(chǎn)成本以及縮短生產(chǎn)周期，而機(jī)械結(jié)構(gòu)作為實(shí)物，具有形狀、尺寸、材質(zhì)等天然特性，因此機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化方向也會(huì)以其特性調(diào)整作為優(yōu)化基礎(chǔ)，甚至?xí)湟韵嗷ラg的整合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化效果的完成。具體的優(yōu)化方法有：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形狀優(yōu)化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸優(yōu)化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)拓?fù)鋬?yōu)化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化、多學(xué)科結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等等。但是選用那種優(yōu)化方法，或者是否進(jìn)行多元優(yōu)化方法的融合，則是需要遵循一定的科學(xué)步驟才行。

首先需要確定機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)，以作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)要求；其次需要確認(rèn)好設(shè)計(jì)函數(shù)變量，這些變量一般取值于產(chǎn)品的弧度、長(zhǎng)度、厚度等；再者設(shè)定好優(yōu)化條件，確保優(yōu)化設(shè)計(jì)可控、可實(shí)現(xiàn)；最后再進(jìn)行方案評(píng)定，對(duì)多個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，以確定最佳方案。第二，機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)將計(jì)算機(jī)技術(shù)做為設(shè)計(jì)輔助將能夠獲得很好的助力。比如借助計(jì)算機(jī)的建模能力，能夠更加全面且直觀地獲得產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)中的各類(lèi)參數(shù)，從而能夠更為快速的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的局部不足，從而能夠進(jìn)行調(diào)整和替換，進(jìn)一步提升優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率；比如借助計(jì)算機(jī)機(jī)的計(jì)算能力，將設(shè)計(jì)優(yōu)化限定條件、優(yōu)化函數(shù)方程導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，能夠準(zhǔn)確快速地獲得設(shè)計(jì)函數(shù)的值，并且在此過(guò)程中，通過(guò)對(duì)比，能夠快速獲得最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)勞動(dòng)力的釋放，提升設(shè)計(jì)優(yōu)化工作效率以及成本的控制。同時(shí)隨著科學(xué)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越注重多學(xué)科的知識(shí)疊加，以實(shí)現(xiàn)處理能力的提升。

機(jī)械產(chǎn)品本身涉及物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，產(chǎn)品的生產(chǎn)涉及經(jīng)濟(jì)學(xué)等，因此需要設(shè)計(jì)者進(jìn)一步提升自身多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)的能力，能夠在不同的階段，結(jié)合產(chǎn)品需求、外圍環(huán)境，制定機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的多元化、協(xié)調(diào)化方案，從而真正實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最大價(jià)值，提升機(jī)械企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

作者：滕碩 吳小平