机械结构优化设计发展综述

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机械结构优化设计发展综述

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长春城市开发集团

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机床的设计有了一种快速，有效、可靠

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１．机械结构的拓扑优化

过去一般机械结构优化设计主要集中在结构参数的优化和设计，面对于机械零部件的拓扑结构很少涉及。但是随着人们对机械产品设计创新意识的提高，特别是机械产品概念设计的提出和应用。人们对

的设计方法，提高了机械产品的设计水１

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２汽车工业

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机械结构优纯後赞；结掏分糖；优纯方法

汽车工业是一个不断创新，发展的重ｆ

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。隋允康等ｊ研究了把ＤＤＤＵ－２软件包应用于汽车的结构优化设计：冯振东等进行了万向节传动布局的支承动态结果优化设计；田振中！研究了特种汽车车身的结构设计；冯国胜

结构优化设计提出了更高的要求——机械

产品的结构拓扑优化设计。

２．机械结构的形状优化

在机械零部件中，连续体结构非常多，形状比较复杂；结构分析存在一定难度，而结构形状对机械零部件的性能影响很大。因此，机械零部件的形状优化可以大大提高其性能。机械结构的形状优化也是提高零部件机械性能的重要方法之一。

玉机械系统结构动态优化设计机械产品的动态性能对其强度、寿命等影响很大，机械结构的动态性优化设计是结构优化设计的一个重要方向。由于结构的动态特性分析非常复杂，特别是大型复杂结构，对其进行动态优化设计将极富研究价值和应用价值。

４多学科结构优化设计

结构优化设计必然走向系统和总体优化设计。于是，现在出现了一个新兴的结构优化设计理论一一多学科设计优化（ＭｕｌｔｉｄｉｓｉｐｌｉｎａｒｙＤｅｓｉｍｉｚａｔｉｏｎ，简称ＭＤＯ）。随着计算机性能的快速提高和人们对产品性能要求越来越高，以及机械系统复杂程度的提高，ＭＤＯ为机械结构优化设计开辟了新的研究领域。

５．只能优化算法和仿和优化算法优化算法的研究一直是优化设计的重要研究领域，特别是机械结构优化设计中的一般零部件的结构分析非常复杂，有限元分析需要很长的时间，优化迭代次数很多。因此，机械结构优化设计是对优化算法的发展和改进。

６．机械结构优化设计软件

随着计算机技术的飞速发展和数值计算方法的广泛应用，工程设计领域在设计方法和技术创新方面有了巨大的发展和进步。这也大大推动了现代工程领域的技术进步和创新。优化设计就是其中发展最快的设计方法之一。

对汽车加工的结构优化设计进行了研究。｛

目前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。

王船舶工业

船舶结构优化设计方法研究相对起步较晚，我国自２０世纪７０年代末开始研究船舶结构优化设计，比国外差不多晚了ｌ０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、游船剖面、潜艇外部液压舱等ｊ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。

４．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。

５．其它

机械结构优化设计在其它工业领域也有许多应用的实例。宋天霞等开展并完成了大型水轮机结构优化设计的研究；刘扬等进行了石油钻井井架的结构优化设计；陈树勋等对双模轮台硫化机横梁进行了结构优化设计；赵洪激等进行了高压往复泵维形阀结构优化设计的研究，等等。

一、结果优化的设计关键技术与理论

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。

１．机械结构优化设计的思想和理论２．优化方法３．建模技术４．结构分析技术５．结构重分析技术６．敏度分析技术７．软件开发技术

。

二、机械结构优化设计的应用概况

１．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，机械结构优化设计对大型复杂机械结构的设计是一种有效、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。

通过这些研究工作的开展，机械和

三、机械结构优化的类型与发

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块设计。１、故障监控模块功能设计故障监控元素有过流、短路、过载、过压、欠压、漏电等电气故障。２、故障报警模块功能设计包括声、光、语音报警，集中报警和计算机联动报警。３、远程控制模块功能设计通过Ｉ／Ｏ总线接ＶＩ，实现计算机、集中报警控制器与数字监控终端的通信和控制，控制数字监控终端的分、合闸操作。４、信息存储模块功能设计包括！存储历史报警记录、历史操作记录和故障类别记录，存储时间至少一年。５、信息查询模块功能设计对每个数字监控终端当前和历史信息的查询。６、信息修改模块功能ｌ设计可以修改数字监控终湍历史信息和维修信息。７、兼容模块功能设计能够与ＩＷｉｎｄｏｗｓ９８或ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ等兼容，并且与传统的火灾报警系统兼容。８、权限分级模块功能设计对于数字监控终端状态信息查询和分、合闸遥控操作的权限分级。９、扩展模块功能设计系统接受遵循ＲＳ４８５规约的任意系统或探测器的信息通讯请求，并根据要求作出应答处理。１０、自检模块【功能设计指示系统通信故障类别和地址，并显示维修请求。

目前市场上出现的漏电火灾报警系统的产品比前两年稍有增加，但是价格比较１高昂，而且很多设计同仁都普遍感觉还有｝很多细节问题不是很清晰，对于规范的理解和运用还在商榷中，没有达成供识。有人认为：漏电火灾报警系统可与消防火灾自动报警系统统一为一个大系统，即在漏电断路器的辅助节点上增加消防自动报警

漏电等功能的断路器价格不菲，所以，真正执行起来有难度，本人还是坚持前面介绍的系统，即漏电火灾报警系统自成系统，与火灾自动报警系统兼容。

随着社会的发展，人们的安全意识越多，设计愈来愈复杂，希望同仁们在执行国家规范和标准的同时能结合实际，细化设计，优化设计，一起推动建筑电气系统的不断完善与进步。

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目前，具有结构优化设计功能的商用软件比较多，例如大连理工大学开发的结构优化设计软件ＤＤＤＵ、美国的大型有限元分析软件ＡＮＳＹＳ美国ＭＳＣ公司的大型有限元分析软件ＡＮＳＴＲＡＮ等，为机械结构优化设计提供了强大的工具。但是，结构优化设计的软件的通用性、易用性和有效性有待进一步提高。

结束语

在广大研究人员和工作人员的共同努力下，机械结构优化设计必将有一个广阔的发展前景，为我国的国民经济发展和综合国力的提高做出更大的贡献。

系统输入输出模块，当断路器检测漏电电

流达到设定值后，自动发出声光报警信号通知消防控制中心，由消防控制中心远程开断电源，这样一来可以节省了大量资源。但本人认为这种观点不现实，首先漏电火灾报警系统本身是一个联网的整体装置，是一个完整系统，应当满足（（电气火灾监控系统》ＧＢｌ４２８７－２００５的要求，而。不是以往分散设置的单个漏电流报警器或传统漏电开关。再次仅在断路器处检测漏．电电流是不够的，《高规》９．５．２中已明确漏电火灾报警系统的各项功能远不止此，要完全满足条规定，火灾自动报警系统要增加各种报警信号的输入模块，增加联动输出模块，同时储存各种信息，这样火灾自动报警系统容量增加，况且大部分生产断路器的框架式开关和塑壳开关都具备远｝程通讯和控制功能，但所有的微型断路器均不具备此功能，而且具有通讯接口和

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［１】中华人民共和国国家标准，高层民用建

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筑设计防火规范（ＧＢ５００４５—９５）中国

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