導語：機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的應用趨勢一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

機械產(chǎn)品與人們的生活以及生產(chǎn)活動的開展緊密相連，但是隨著社會的快速發(fā)展，市場經(jīng)濟成為主導，機械生產(chǎn)企業(yè)之間競爭加劇，很多企業(yè)遭遇到越來越多的挑戰(zhàn)，比如居高不下的生產(chǎn)成本以及較長的生產(chǎn)周期，都成為這些企業(yè)急需突破的關(guān)鍵要點。越來越多的機械生產(chǎn)企業(yè)在通過應用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法以后，發(fā)現(xiàn)能夠在保證質(zhì)量的前提下實現(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)濟效益。本文就將借用《機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計（第2版）》一書，重點挖掘下機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的應用以及探討其發(fā)展趨勢，以供大家參考。

由北京理工大學出版社出版、姚壽文，崔紅偉所著的《機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計（第2版）》一書共有八個章節(jié)的內(nèi)容。第一章是本書的緒論部分，主要講解了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基本思想、結(jié)構(gòu)設(shè)計基本過程、結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題的通用數(shù)學描述、三種類型的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問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，該章重點講解了何時應力約束兩桿桁架質(zhì)量最小、應力和穩(wěn)定約束兩桿桁架質(zhì)量最小、應力和位移約束兩桿桁架質(zhì)量最小、應力約束三桿桁架質(zhì)量最小、剛度約束三桿桁架質(zhì)量最?。坏谌率怯嘘P(guān)凸規(guī)劃基本理論的內(nèi)容，主要涉及優(yōu)化設(shè)計問題的極值、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)容有嵌套問題的一般求解過程、序列線性規(guī)劃、序列二次規(guī)劃方法、凸線性化、移動漸近線法；第五章介紹了離散結(jié)構(gòu)柔度優(yōu)化問題，主要講解了問題描述的方法、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，同時也指導了如何對虛載荷進行解析計算第七章是二維形狀優(yōu)化的講解，該章主要內(nèi)容有形狀表達方法、幾何設(shè)計約束的處理、網(wǎng)格劃分和結(jié)點靈敏度計算以及二維形狀優(yōu)化的靈敏度分析總結(jié)；第八章是對二維連續(xù)體拓撲優(yōu)化的講解，該章具體內(nèi)容有二維彈性體、優(yōu)化設(shè)計問題、99行拓撲優(yōu)化MATLAB程序。

本書結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)容安排合理，適合作為機械類專業(yè)高年級本科生、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。針對當下機械機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的應用方法，結(jié)合《機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計（第2版）》一書，筆者將從以下幾點闡述機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的應用及趨勢研宄。第一，機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的應用。機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的初衷是為了提升機械產(chǎn)品的性能，降低生產(chǎn)成本以及縮短生產(chǎn)周期，而機械結(jié)構(gòu)作為實物，具有形狀、尺寸、材質(zhì)等天然特性，因此機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化方向也會以其特性調(diào)整作為優(yōu)化基礎(chǔ)，甚至會配以相互間的整合，實現(xiàn)優(yōu)化效果的完成。具體的優(yōu)化方法有：結(jié)構(gòu)設(shè)計形狀優(yōu)化、結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸優(yōu)化、結(jié)構(gòu)設(shè)計拓撲優(yōu)化、結(jié)構(gòu)設(shè)計動態(tài)性能優(yōu)化、多學科結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計等等。但是選用那種優(yōu)化方法，或者是否進行多元優(yōu)化方法的融合，則是需要遵循一定的科學步驟才行。

首先需要確定機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的目標函數(shù)，以作為優(yōu)化設(shè)計的技術(shù)指標要求；其次需要確認好設(shè)計函數(shù)變量，這些變量一般取值于產(chǎn)品的弧度、長度、厚度等；再者設(shè)定好優(yōu)化條件，確保優(yōu)化設(shè)計可控、可實現(xiàn)；最后再進行方案評定，對多個設(shè)計方案進行評價分析，以確定最佳方案。第二，機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的發(fā)展趨勢。隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計將計算機技術(shù)做為設(shè)計輔助將能夠獲得很好的助力。比如借助計算機的建模能力，能夠更加全面且直觀地獲得產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計中的各類參數(shù)，從而能夠更為快速的發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的局部不足，從而能夠進行調(diào)整和替換，進一步提升優(yōu)化設(shè)計的效率；比如借助計算機機的計算能力，將設(shè)計優(yōu)化限定條件、優(yōu)化函數(shù)方程導入計算機，能夠準確快速地獲得設(shè)計函數(shù)的值，并且在此過程中，通過對比，能夠快速獲得最優(yōu)解，實現(xiàn)勞動力的釋放，提升設(shè)計優(yōu)化工作效率以及成本的控制。同時隨著科學的發(fā)展，人們越來越注重多學科的知識疊加，以實現(xiàn)處理能力的提升。

機械產(chǎn)品本身涉及物理、化學、數(shù)學等多學科領(lǐng)域的知識，產(chǎn)品的生產(chǎn)涉及經(jīng)濟學等，因此需要設(shè)計者進一步提升自身多學科協(xié)同優(yōu)化設(shè)計的能力，能夠在不同的階段，結(jié)合產(chǎn)品需求、外圍環(huán)境，制定機械結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的多元化、協(xié)調(diào)化方案，從而真正實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計的最大價值，提升機械企業(yè)的核心競爭力。

作者：滕碩 吳小平