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2022年机械优化设计综述与展望(图文) 论文导读：机械优化设计是建立在近代应用数学、物理学、应用化学、应用力学和材料学和计算机程序设计之上的，是解决困难设计问题的一种有效工具。选择适当的优化方法，编写优化程序。以上所述的优化进程所需重视的问题主要是针对优化软件的特地研制领域的，且优化设计工作者可据实际需求选择最合适的方法，较敏捷的变更和组合各类设计思路，但这对设计者的综合优化理论学问背景要求较高。关键词：机械优化设计，优化方法，优化软件 机械设计是机械工程的重要组成部分，是确定机械性能最主要的因素。科技论文。从工程设计基础和目标上可将设计分为：新型设计(开发性设计)、继承设计、变型设计(基于标准型的修改)。所谓新型设计，即应用成熟的科学技术或经过试验证明可行的新技术，设计未曾有过的新型机械，主要包括功能设计和结构设计，是机械设计发展的方向所在，然而贯穿其中的关键环节即是设计的方法和实现的手段。人类始终都在不断探究新方法和新设计理念。从17世纪前形成的直觉设计过渡到阅历设计和传统设计，直到目前的现代设计1，从静态、阅历、手工式的平安寿命可行设计方法发展到动态、科学、计算机化、自动化的优化设计方法，已将科学领域内的好用方法论应用于工程设计中了。 1.机械优化设计应用 现代设计都是面对市场、实现功能及产品优势的设计。科技论文。创新设计、绿色设计、优化设计、牢靠性设计等现代设计方法备受国内外机械设计领域的关注。而机械的优化设计，与机构设计、机械传动设计和机械强度评价共同组成了机械设计的内涵。机械优化设计是建立在近代应用数学、物理学、应用化学、应用力学和材料学和计算机程序设计之上的，是解决困难设计问题的一种有效工具。机械优化设计是把机械设计与优化理论及方法亲密结合起来去处理机械设计问题，工程好用价值大。 作者利用CNKI学问网络服务平台对中国期刊全文/中国优秀硕博学位论文/中国重要会争论文进行机械优化设计文献检索，依据不完全统计发觉自11019年至今十年内我国科技工作者在此方面约3500篇论文发表，特殊是从2002起先，机械优化设计的探讨和应用工作更为的活跃，应用领域更加的广泛，涉及到航空航天、工程机械、通用机械与机床、水利、桥梁、船舶/汽车/铁路运输行业、通讯行业、轻工纺织、能源工业、军事工业、建筑机械、石油及石化行业、食品机械等诸多方面，主要处理那些具有困难结构系统的设计，如飞机机身、飞机结构整体、火箭发动机壳体、航空发动机轮盘、潜艇结构、潜艇外部液压舱2、机器人等，或大规模的工程建设，如建筑、桥梁、石油钻井井架、大型水轮机结构等，或产量大的汽车车架/悬挂/车身、箱形梁结构、起重机、装载机、平面或空间桁架结构、各类减速器/制动器、圆锥/圆柱齿轮、连杆机构/凸轮机构、各类弹簧/轴承等。解决问题从减轻结构重量扩展到降低应力水平、改进结构静态/动态性能、提高全寿命周期和绿色创新元素添加等更多的方面。 2.机械优化设计基本思路 在保证基本机械性能的基础上，借助计算机，应用一些精度较高的力学/数学规划方法进行分析计算，让某项机械设计在规定的各种设计限制条件下，优选设计参数，使某项或几项设计指标获得最优值。 机械优化设计的过程：分析设计变量，提出目标函数，确定约束条件，建立优化设计的数学模型；选择适当的优化方法，编写优化程序；打算必需的初始数据并上机计算，对计算机求得的结果进行必要的分析。 近年来，随着数学规划理论的不断发展和工作站计算实力的不断挖掘，机械优化设计方法和手段都有特别大的突破。且优化设计思路不断的开阔，仿生学理论、基因遗传学理论和人工智能优化等现代设计理论的引入，都大大促进优化设计方法的更新和完善。文献312对机械优化设计方法进行了详尽的阐释或方法优劣描述，大致方法归类可如图1所示。 3.设计中值得重视的几个问题 优化设计工作中，针对详细设计问题是否选择了合适的优化方法，相应的计算程序是否有效，数学模型构造是否合理，能否充分反映实际间题且尽量简化，这些都干脆关系到优化设计进程和机械设计结果。 (1)设计变量选择 在充分了解设计要求的基础上，依据各设计参数对目标函数的影响程度分析其主次，尽量削减设计变量的数目，以简化优化设计问题。应留意各设计变量应相互独立，避开耦合状况的发生，否则会使目标函数出现山脊或沟谷，给优化带来困难。 (2)目标函数与约束的确定 对于一般机械，可按重量最轻或体积最小建立目标函数；对应力集中现象突出的构件，以应力集中系数最小为目标；对精密仪器，应按其精度最高或误差最小的要求建立目标函数。约束条件是就工程设计本身而提出的对设计变量取值范围的限制条件，目前尚无一套完整的评价方法来检验哪些约束是必需，哪些约束是可忽视的，通常是凭阅历取舍，不行避开会带来模型和现实系统的不相吻合。 (3)数学模型确立 数学模型越精确，设计变量越多，维数越大，建模越困难，优化进程越慢；但数学模型忽视过多元素，则难以准确凸现结构的特别之处。故，要结合工程实际和优化设计阅历，把握与探讨目标相关程度大的因素，尽可能的建立准确、简洁的数学模型。然后通过基于统计理论的检验方法t检验/F检验/检验/拟合优度检验等，分析模型的置信区间，对模型有效性进行评价，提高模型的精确度。 (4)数学模型的尺度变换 因各设计变量、各目标函数、各约束函数表达意义的不同，将可能使得各自由量级上相差很大，从而导致在给定的搜寻方向上各自的灵敏度差距也很大。灵敏度大的搜寻改变快，灵敏度小的搜寻改变慢。科技论文。为消退这种差别，可以对其进行重新标度。使它成为无量纲或规格化的设计变量，即进行目标函数尺度变换、设计变量尺度变换和约束函数的规格化，以提高优化进程，提高结果进度，加快收敛速度。 (5)优化程序中易忽视的问题 留意检验变量是否在函数定义域内，防止无效变量生成而导致优化计算失败；留意函数表达式中分母出现特别小或等于0状况的处理，避开数值溢出；用函数值的数值差分计算梯度，尽量避开函数与导数值之间的不一样性。 4.优化软件的应用 以上所述的优化进程所需重视的问题主要是针对优化软件的特地研制领域的，且优化设计工作者可据实际需求选择最合适的方法，较敏捷的变更和组合各类设计思路，但这对设计者的综合优化理论学问背景要求较高。而对于通用机械，大批量生产的零部件的优化设计问题，更多的是考虑优化效率和快速的市场投入，从而针对一般设计的通用性较好的商业化优化软件也就应运而生。 随着商业化软件市场的逐步扩大，大型综合性强的优化软件更是具有广袤的发展前景。近十多年来，国内外不断开发和研制新的软件继承系统，扩大了软件的通用性和普及性。功能较强的软件通常包括：造型、绘图装配与零件设计、机构设计、有限元分析、注塑流场分析，数据交换与传输，加工等等，功能几乎涵盖设计和制造的全过程。 目前，机械优化领域应用较广的国外软件主要有Abaqus/Ansys/Nastran/MSC.Marc/MSC.Nastran/I-DEAS/Tosca/SAP/SuperSAP/Access3/Boss-quattro/Sapop/Astro/Oasis13/Catia/Cad/Solidworks/UG/Moldflow14等，且常用的优化设计语言GAMS/LINGO/MATLAB9/Fortran等。国内自行开发的软件如平面连杆机构优化设计程序(KOGEOP)/齿轮连杆机构优化设计程序(RAEKOP)3/DDDU-2/TCJY15/NEUMAX16。近几年来，Ansys与matlab的应用尤为广泛，优化设计的领域也不断扩展，如文献1728中，磁流变阻尼器磁路/飞机炮舱段结构/大跨度斜拉桥/汽车车架/水下结构声学/行星齿轮传动牢靠性/圆柱齿轮或齿轮减速器/困难机构运动/包装容器结构尺寸/整体法兰/潜艇耐压液舱结构/弹性双棘爪棘轮机构等。可见，软件已经很成熟的运用于通用机械设计中，这大量简化了设计优化的繁重数学建模和编程工作，加快了机械设计的进程。 5.将来前景 机械优化设计给机械工程界带来了巨大经济效益，随着技术更新和产品竞争的加剧，优化设计的发展前景特别的广袤。当今的优化正逐步的发展到多学科优化设计，充分利用了先进计算机技术和科学的最新成果。虚拟设计技术是发展到必定，仿真技术也将更加趋于协同化和系统化。 尚处于理论探究阶段的结构拓扑优化29、智能算法优化设计、结构动态性能优化设计、柔性机械优化30、绿色优化、牢靠性稳健设计、基于仿生学/遗传学算法的优化设计、机械人性化设计和可持续性创新优化等都是将来机械优化设计的发展方向。 但我们仍需关注的是，在优化技术水平得到了提高的同时，国内机械加工或工艺水平、加工手段和制造技术也应配套提升才行，否则整体机械水平仍旧将停滞不前。这不仅要加工技术的引进，更重要的是加工设备的性能提升，尤其是数控机床的加工水平。加强与国际技术发达国家的合作和沟通，软硬件技术共同提升，以期达到机械设计-加工一体化的目标。 参考文献：1孙靖民.现代机械设计方法M.哈尔滨：哈尔滨工业高校出版社,2003:1-2.2秦东晨,陈江义,胡滨生,王丽霞.机械结构优化设计的综述与展望J.中国科技信息,2022(9):90-91.3范垂本,陈立周,吴清一.机械优化设计方法J.机械制造,11011(2):23-264陈育仪.工程机械优化设计M.北京:中国铁道出版社,11017:8-37.5章成器.工程机械优化设计引论J.工程机械,11012(2):31-35.6孟丹,高军.机械设计参数优化J.天津商学院学报,2022,27(3):21-24.7方世杰,綦耀光.机械优化设计M.北京:机械工业出版社,2003:28-161.8王秋珍.机械优化设计的几种方法及评判指标J.重庆工学院学报,2022,20(8):52-56.9翟静,黎新.机械优化设计综述J.机械,2022,33(Suppl):4-6.10秦毅.基于Internet的机械优化设计系统探讨D.成都:西南交通高校,2022:31-41.11刘扬松,徐小兵,明燕.浅谈21世纪石油机械优化设计J.石油机械,11019,27(9):1-3.12吴立峰.优化设计模型及方法的综述J.石油规划设计,11012,3(2):23-26.13杨朝丽.计算机协助工程(cae)发呈现状及其应用综述J.昆明高校学报,2003(2):50-54.14孟文,樊军,孔春元.利用Moldflow及ANSYS对鼠标下盖注塑模具的优化设计J.机械,2022,35(12):44-45.15郁志诚,余建军.结构优化及其铁道车辆设计中的应用J.中国铁道科学,11019,20(2):79-8516贾瑞芬,张翔.优化设计方法的发展与应用状况J.机电技术,2003,S1:69-73.17吴剑,王洪飞.基于ANSYS的磁流变阻尼器磁路优化设计J.机电工程,2022,25(2):74-76.18赵志彬,贺尔铭,何秋荣,申韩,刘晓明.基于ANSYS的飞机炮舱段结构模态分析与结构优化J.机械科学与技术,2022,27(3):2101-300.19李岩,盛洪飞,孙航,黄新艺.基于ANSYS的大跨度斜拉桥非线性成桥索力优化探讨J.兰州理工高校学报,2022,33(1):125-128.20李湘宁,余传文,赵旗.应用ANSYS进行汽车车架结构优化设计的探讨J.沈阳航空工业学院学报,2022,23(3):20-23.21刘义.基于ANSYS的水下结构声学优化设计技术D.西北工业高校,2004:13-56.22张金香.基于MATLAB的汽车行星齿轮传动的牢靠性优化设计J.科学技术与工程,2022,8(23):6418-6420.23许毅,吕正农.基于MATLAB算法的圆柱齿轮减速器优化设计J.机械工程与自动化,2022(2):196-1101.24许蔷,冯谦,吕宁.基于ADAMS-Matlab的困难机构运动优化设计J.江苏冶金,2022,36(6):44-46.25张涛,刘晔.基于MATLAB的包装容器结构尺寸优化设计方法J.包装工程,2022,29(3):101-101.26邢晓林.基于MATLAB优化工具箱的整体法兰法优化设计J.机械工程师,2022(8):51-53.27孙倩,郑超瑜,蔡振雄.基于MATLAB的潜艇耐压液舱结构优化设计J.造船技术,2022(3):9-12.28贺文勇,罗含群,文一先.弹性双棘爪棘轮机构的优化设计及MATLAB实现J.河北理工学院学报,2004,26(4):24-27.29李晶,鹿晓阳,陈世英.结构优化设计理论与方法探讨进展J.工程建设,2022,39(6):21-31.30程耿东,顾元宪,王健.我国机械优化探讨与应用的综述和展望J.机械强度,11015,17(2):68-74. 第10页 共10页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页