機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析

1、    機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析    呂鐘朋摘要：近年來(lái)，隨著我國(guó)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換，我國(guó)機(jī)械化水平得到顯著提高，機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。把機(jī)械設(shè)備應(yīng)用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率和降低了生產(chǎn)難度，進(jìn)而節(jié)約了人工成本。隨著機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展，企業(yè)對(duì)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化、精準(zhǔn)化方面有了更高的要求。本文立足當(dāng)下機(jī)械機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，分析了機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)常用技術(shù)、機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)用分析并對(duì)這些應(yīng)用提出了優(yōu)化建議。關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)；機(jī)械結(jié)構(gòu)；應(yīng)用分析近年來(lái)，機(jī)械工業(yè)得到快速發(fā)展，企業(yè)對(duì)機(jī)械設(shè)備的要求也不斷提高，企業(yè)不再需要傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備，而是

2、需要那些精準(zhǔn)化、現(xiàn)代化、自動(dòng)化、智能化的機(jī)械設(shè)備1。這些機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，相應(yīng)的設(shè)計(jì)難度也在不斷加大，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式已經(jīng)無(wú)法滿足新的機(jī)械設(shè)計(jì)要求，因此我們必須采用更加高效更加科學(xué)的設(shè)計(jì)方法。機(jī)械產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)的機(jī)械審計(jì)模式，提高了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，更好地為機(jī)械結(jié)構(gòu)的修改提供數(shù)據(jù)支持，大大提高了機(jī)械設(shè)計(jì)的能力和效率，讓機(jī)械設(shè)計(jì)更加具有科學(xué)性和針對(duì)性。一、機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)一般是基于理論或者經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，很難具有針對(duì)性和適應(yīng)性，這種設(shè)計(jì)屬于靜態(tài)設(shè)計(jì)，往往不能充分考慮各種參數(shù)指標(biāo)，這樣設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品很難形成市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。而機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是針對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的各種指標(biāo)進(jìn)行分析，基

3、于產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)載荷作用，構(gòu)建動(dòng)力模型，并將產(chǎn)品的各項(xiàng)參數(shù)加入到模型之中。這種設(shè)計(jì)方法相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法安全又經(jīng)濟(jì)，實(shí)際應(yīng)用性較強(qiáng)2。因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)是一種動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中能充分了解設(shè)計(jì)方案的動(dòng)態(tài)特性，能夠迅速找到設(shè)計(jì)過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié)，找到動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，從而對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行完善，應(yīng)用設(shè)計(jì)過(guò)程中的有效變量信息完善了設(shè)備初始設(shè)計(jì)的不足，進(jìn)而確保了設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品性能。機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提高了設(shè)計(jì)的可靠性、穩(wěn)定性、安全性，對(duì)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)進(jìn)行了強(qiáng)化，是一種比較科學(xué)有效的設(shè)計(jì)方案。二、機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)常用技術(shù)2.1 ansys技術(shù)在機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)中采用了美國(guó)ansys公司研制的fea軟件ansys。

4、ansys作為大型權(quán)威性的有限元分析軟件，對(duì)提高解決動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)能力是有跟大幫助，但ansys是一門(mén)相當(dāng)難學(xué)的軟件，一方面，ansys軟件需要學(xué)習(xí)者有比較扎實(shí)的力學(xué)理論基礎(chǔ)，對(duì)ansys分析結(jié)果能有個(gè)比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和判斷，可以說(shuō)，理論水平的高低在很大程度上決定了ansys使用水平；另一方面，需要學(xué)習(xí)者不斷摸索出軟件的使用經(jīng)驗(yàn)不斷總結(jié)以提高解決問(wèn)題的效率。ansys使用過(guò)程中還需要有著一定的編程能力，還需要設(shè)計(jì)者能夠及時(shí)查看機(jī)械設(shè)計(jì)的反饋結(jié)果，并能根據(jù)非線性變化不斷的修正自己的設(shè)計(jì)誤差，進(jìn)而提升自己設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。2.2 有限元建模技術(shù)機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)另一個(gè)主要設(shè)計(jì)技術(shù)是有限元法（finite e

5、lement method）。由于機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)及其復(fù)雜繁瑣的過(guò)程，為了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，必須對(duì)一些數(shù)值進(jìn)行近似，有限元法就是用來(lái)解決機(jī)械設(shè)計(jì)中那些帶有特點(diǎn)邊界的pde（偏微分方程）問(wèn)題。通過(guò)有限元法的運(yùn)用優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案，使機(jī)械設(shè)計(jì)方案更加完善，這種方法讓機(jī)械設(shè)計(jì)模型變得更加真實(shí)，運(yùn)用有限元法把機(jī)械設(shè)計(jì)劃分成不同的單元踢，進(jìn)而分析出了不同結(jié)構(gòu)數(shù)值的優(yōu)缺點(diǎn)。三、機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)用分析機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)明顯，相比傳統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計(jì)，有著更好的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)效果。因?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的這些先天優(yōu)勢(shì)，所以在機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)中，首先要根據(jù)實(shí)際需要確定一個(gè)比較明確的設(shè)計(jì)目標(biāo)，然

6、后根據(jù)這個(gè)目標(biāo)指定一個(gè)可行性方案，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程都必須嚴(yán)格按照這個(gè)目標(biāo)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果設(shè)計(jì)過(guò)程中脫離目標(biāo)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)很可能出現(xiàn)設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品和我們的需求產(chǎn)品性能出現(xiàn)矛盾，進(jìn)而影響設(shè)計(jì)的成效。在設(shè)計(jì)過(guò)程中要全面考慮，單一問(wèn)題可能會(huì)引發(fā)整體效果。例如一個(gè)參數(shù)出現(xiàn)問(wèn)題，就可能引發(fā)機(jī)械設(shè)備的某一方面出現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而影響設(shè)備的整體性能，還有可能導(dǎo)致安全問(wèn)題。所以我們?cè)谶M(jìn)行機(jī)械設(shè)備的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)要全面考慮、綜合考慮，保證結(jié)構(gòu)的適用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)要通過(guò)動(dòng)態(tài)分析找到系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，把握好機(jī)械結(jié)構(gòu)的頻率、振型、阻尼比等參數(shù)從而減小結(jié)構(gòu)的振動(dòng)幅度，進(jìn)而提高機(jī)械結(jié)構(gòu)的各階模態(tài)剛度，防止共振。在

7、建模前要認(rèn)真比對(duì)圖紙，理解設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖，知道各參數(shù)的具體要求，只有這樣才能保證動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)從一開(kāi)始就不出錯(cuò)。在建立模型之后，接下來(lái)要做的就是求解自由振動(dòng)方程，求解方程至關(guān)重要，這是分析結(jié)構(gòu)固有特性的主要依據(jù)，我們后期對(duì)數(shù)據(jù)的分析也要依賴于這個(gè)結(jié)果。然后做動(dòng)力響應(yīng)分析，分析出影響運(yùn)行的不確定因素，評(píng)估結(jié)構(gòu)振動(dòng)的穩(wěn)定性能，通過(guò)與預(yù)期的效果比對(duì)，對(duì)原來(lái)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能，全面提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。具體的動(dòng)態(tài)修改過(guò)程主要通過(guò)靈敏度分析來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)的修改，要保證工作頻率與固有頻率的距離不能太近。在具體修改中主要采用與結(jié)構(gòu)力學(xué)相似的直接求導(dǎo)法或者利用直接對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析的伴隨結(jié)構(gòu)法這兩種方法

8、進(jìn)行分析。通過(guò)建模保證了精度，同時(shí)要選用好的軟件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，一個(gè)好的軟件可以降低設(shè)計(jì)難度，保證能更好的完成設(shè)計(jì)。四、機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)用優(yōu)化從機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)的應(yīng)用方面進(jìn)行分析，提出如下相關(guān)優(yōu)化措施。機(jī)械產(chǎn)品具有多樣性的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)涉及的工藝技術(shù)復(fù)雜，增加了動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的實(shí)施壓力，因此需優(yōu)化處理動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及及結(jié)構(gòu)修改方面，來(lái)提供動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)整體靈敏度。如在實(shí)施機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)優(yōu)化的措施過(guò)程中，分析設(shè)計(jì)特征為向量，完善動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，確定設(shè)計(jì)中的潛在影響，夯實(shí)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在逆向問(wèn)題主要是指實(shí)施設(shè)計(jì)過(guò)程中雖然可以滿足機(jī)械特征動(dòng)態(tài)需求，但是不能有效融合結(jié)構(gòu)參數(shù)及剛度矩陣。因此在優(yōu)化設(shè)

9、計(jì)中應(yīng)考慮轉(zhuǎn)化機(jī)械機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)參數(shù)為逆特征值，對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象信息推理，常見(jiàn)求解有限元逆特征值，借助線性求解得出機(jī)械機(jī)構(gòu)尺寸整體數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)研究。引入模糊理論來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)，借助時(shí)間里分析探討優(yōu)化設(shè)計(jì)可行性，完善有限元模型建構(gòu)，精確設(shè)計(jì)中存在的逆向問(wèn)題，來(lái)提高動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度。最后優(yōu)化機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的應(yīng)用，加強(qiáng)對(duì)仿真技術(shù)的應(yīng)用及信息化模式的兩者配合，保證動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)體現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的特點(diǎn)-自動(dòng)化和智能化。如在動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析有限元過(guò)程中引入多項(xiàng)研究成果機(jī)械動(dòng)力技術(shù)和虛擬技術(shù)等研究成果你，以保證機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)綜合性能，根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，提供合適的額虛擬環(huán)境，加快產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，借助虛擬環(huán)境快速更改設(shè)計(jì)中存在的虛擬誤差，在保證設(shè)計(jì)水平的基礎(chǔ)上提升機(jī)械產(chǎn)品的進(jìn)準(zhǔn)度。五、結(jié)束語(yǔ)機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)在應(yīng)用過(guò)程中還有很多不完善的地方，我們?cè)谶M(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的過(guò)程中要不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，結(jié)合電子、物理等更多學(xué)科的知識(shí)，用跨學(xué)科的思維去思考我們機(jī)械設(shè)計(jì)中的不足，真正改變我們錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)思路，養(yǎng)成正確的設(shè)計(jì)習(xí)慣，真正實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)滿足行業(yè)需求，真正實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的價(jià)值。參考文獻(xiàn)：1劉曉輝，李嚴(yán)克.芻議如何優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)j.大科技， 2017（20