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由于人類可利用的資源是有限的，因此，優(yōu)化結(jié)構(gòu)占據(jù)越來(lái)越重要的地位，已經(jīng)陸續(xù)應(yīng)用到建筑、造船、化工、冶金、交通、航空、機(jī)械制造、自動(dòng)控制等領(lǐng)域.結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的是以最少的材料，最低的造價(jià)，最簡(jiǎn)單的工藝，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)性能，包括強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等目標(biāo)。實(shí)踐表明，將有限元分析優(yōu)化方法應(yīng)用于設(shè)計(jì)，不僅可以大大地縮短設(shè)計(jì)周期，顯著地提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，還可以解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法無(wú)法解決的復(fù)雜設(shè)計(jì)問(wèn)題。
隨著結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展以及與三維CAD技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程正在悄然改變。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，如能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的各個(gè)階段靈活運(yùn)用各種結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，對(duì)于輕量化設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)具有非常重要的經(jīng)濟(jì)意義。張軍指出CAE仿真分析在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的重要意義，提出企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)數(shù)字化設(shè)計(jì)；魏軍英討論了現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法在煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用前景。
CAE (Computer Aided Engineering)是以計(jì)算機(jī)為工具，采用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行數(shù)值模擬，獲取結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和疲勞壽命等性能指標(biāo)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，為產(chǎn)品研發(fā)提供指導(dǎo)，為解決實(shí)際存在的工程問(wèn)題提供改善的依據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高，在工程模擬仿真領(lǐng)域以及汽車、飛機(jī)、輪船、醫(yī)療設(shè)備、橋梁、消費(fèi)類電子和機(jī)械等復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造中，這些制造業(yè)的企業(yè)可以通過(guò)CAE縮短產(chǎn)品的面世時(shí)間、節(jié)約成本、提升產(chǎn)品性能等。
有限單元法是與彈性力學(xué)密不可分的，彈性力學(xué)是彈性體的力學(xué)問(wèn)題的解析解法，而有限單元法是彈性體力學(xué)問(wèn)題的數(shù)值解法之一，且應(yīng)用靈活方便，適用范圍廣泛。有限元法在工程中最主要的應(yīng)用形式是結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，如結(jié)構(gòu)形狀的最優(yōu)化，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，振動(dòng)分析等等。有限元法在超過(guò)50年的發(fā)展歷史中，解決了大量的工程實(shí)際問(wèn)題，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。有限元法的出現(xiàn)，使得傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)趨于理性，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品越來(lái)越精細(xì)，可靠性越來(lái)越高；李海鵬等人以I-DEAS軟件為分析工具，提出了既能夠提高其承載能力又能夠滿足生產(chǎn)工藝要求的“井”字形加強(qiáng)筋強(qiáng)化檢修孔蓋。張錫愛應(yīng)用數(shù)學(xué)規(guī)劃法對(duì)邊坡壓實(shí)機(jī)的構(gòu)件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使整機(jī)在具有較好的穩(wěn)定性的前提下，重量減輕12%。王洪欣采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及遺傳算法對(duì)龍門起重機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，獲得很好的設(shè)計(jì)效果。
隨著有限元計(jì)算建模理論、技術(shù)及分析軟件的發(fā)展，對(duì)實(shí)體進(jìn)行有限元建模的研究不斷深入，并取得長(zhǎng)足的進(jìn)展。從最初的大量采用板單元或板、梁、簡(jiǎn)單實(shí)體單元的組合方式，發(fā)展到目前廣泛采用的三維六面體、四面體單元，單元個(gè)數(shù)從很粗糙的以百計(jì)發(fā)展到較為精細(xì)的數(shù)以十萬(wàn)計(jì)。有限元分析的精度不斷提高，也為本文所研究的軌座實(shí)體的拓?fù)鋬?yōu)化和強(qiáng)度分析打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前有限元建模主要存在兩個(gè)問(wèn)題：1)模型的規(guī)模與計(jì)算的精度之間的協(xié)調(diào)，要想提高分析精度，就需要精確的模型，這樣問(wèn)題的規(guī)模就非常大，對(duì)于計(jì)算條件的要求非常高，而且建模和計(jì)算所耗用的時(shí)間很長(zhǎng)。而過(guò)度的簡(jiǎn)化，則有損分析的精度。目前在網(wǎng)格的密度與計(jì)算精度之間沒有可供參考的量化關(guān)系，只能通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證和局部模型修改的方法來(lái)進(jìn)行處理。如何合理地簡(jiǎn)化模型，簡(jiǎn)化后模型如何修改，才能與實(shí)際吻合，成為研究中需要解決的問(wèn)題；2)邊界約束條件的處理。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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