机械优化设计论文

《机械优化设计论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、浅谈机械结构动态优化设计及其相关技术笑嘻嘻论文摘要:阐述了机械系统动态优化设计的概念、内容,介绍了机械系统动态优化设计相关技术。分析说明了机械系统动态优化设计是一项涉及现代动态分析,计算机技术,产品结构动力学理论,设计方法学等众多科学领域的高新技术,能把问题解决在设计阶段、代价小、周期短,能满足机械设备动态特性要求,能够适应当前激烈的市场竞争的需要。论文关键词:动态设计；动力学模型；有限元法；ANSYS软件　　前言随着高速切削技术的发展推动了各种数控机床的出现及迅速发展。新颖的机械结构系统使现代数控机床比传统的数控机床的运动速度提高了5-10倍，与

2、此相应它对动态性能的要求比传统机床提高了很多倍。这就使得我国数控机床的水平与国际先进水平的差距更大。主要表现在:可靠性差、应变能力差、产品开发周期长、设计手段落后等，并且业内人士意识到我国数控机床的薄弱环节已从数控系统转移到机械系统。但传统的机床设计主要是经验设计和实验相结合，其步骤是:经验设计-样机试制--样机测试-改进设。这种方法耗费大量的人力和财力，且周期长，效果差。因此长期沿用的以经验设计为主的落后设计方法必须改变。1机械结构动态设计的发展  传统的设计方法越来越难以满足市场的迅速变化，同时，很难综合考虑各方面的约束条件，得到的往往只是复杂

3、问题的可行方案，而非最优方案，也难以很好的满足机械设备动态特性要求。对产品进行动态优化设计，可以在很大程度上解决此类问题，其特点是把问题解决在设计阶段;其优点是代价较小，能够适应当前激烈的市场竞争的需要。机械结构动态设计是一项涉及现代动态分析，计算机技术，产品结构动力学理论，设计方法学等众多科学领域的高新技术。其基本思想是对按功能要求设计的结构图纸或要改进的机械结构进行动力学建模，并做动特性分析。根据对其动特性的要求或预定的动态设计目标，进行结构修改，再设计和结构重分析，直到满足结构动特性的设计要求。1.1机械结构动态设计的内容关键机械结构动态设计

4、的基本概念是对满足工作性能要求的产品初步设计图纸，或需要改进的产品结构进行动力学建模，作出动态特性分析。然后，根据工程实际情况，给出其动态特性要求或预定的动态设计目标，再按结构动力学逆问题方法直接求解结构设计参教，或按结构动力学“正问题”分析法，进行结构修改设计与修改结构的动态特性预测，其结构的修改与预测过程往往需要反复多次，直到满足各项设计要求，从而得到一个具有良好静态与动态特性的产品设计方案。因此，结构动态设计的主要内容有二：建立一个切合实际的结构动力学模型、选择有效的结构动态优化设计方法。1.1.1建立一个切合实际的动力学模型机械结构的动力学

5、模型有着极其重要的作用。在机床设计阶段，建立动力学模型，可以进行动态分析和设计;预估机床结构的动态特性，分析薄弱环节，寻求改进措施;用数字仿真方法，比较各种设计方案和结构，并为设计自动化打下基础。建模的方法有:有限元法、传递矩阵法、实验模态法、混合建模法、利用人工神经网络理论建模。目前，结构动力学理论建模主要是采用有限元方法。这种方法近20年来已有很大发展，市场上有许多成熟软件可供选择．如NASTRAN，ADINA，SUP-SAP．PARI，等等。它们已卓有成效地应用于航空器、航天器、船舶、汽车、机床等许多工程结构的动态分析。然而．对大型复杂结构来

6、说，由于离散化误差，材料物理参数的不确定，边界条件的近似处理．接头及联接处的联接参数估计不准，以及缺乏阻尼参数等原因．要想直接依据图纸资料建立一个能准确反映结构动态特性的有限元模型是比较困难的。近lO多年来，由于振动测试技术的迅速发展，振动实验建模技术也得到了很大发展，实验建立的模型已更能准确地反映结构的动态特性，可弥补理论建模的不足。目前结构动态设计中广泛采用的是理论与实验相结合的建模方法。在描述振动系统的数学模型中，适合于结构动态设计的是物理坐标模型与模态坐标模型．因为只有物理坐标模型才能与结构的设计变量直接联系，而只有模态坐标模型才能直接反映

7、结构动态性能的优劣。所以．结构动态设计中动力学建模工作的重要任务是用理论与实验相结合的方法建立结构振动系统的物理坐标模型和模态坐标模型。理论与实验分析表明，零部件与零部件联接处的结合条件对结构性能的解析计算精度、特别是结构的动态特性解析计算精度影响很大。有的学者估计，一台机床90以上的阻尼与55的动柔度均来自结合部[J,z3。所以要想建立一个精确的结构动力学模型，就必须准确了解结合部动态特性。然而，进行结构结合部动态特性的研究一直是动力学研究领域的难点之一．目前仍没有一套比较成熟的理论与方法，大多数情况下仍然是靠经验估计。因此．如何准确辨识结构结合

8、部参数便成为结构动态设计中的一项关键技术。利用有限元建立结构振动系统动力学模型．最难估计的是系统阻尼矩阵．这是由于阻尼的机