機械優化設計論文精選(九篇)

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第1篇：機械優化設計論文范文

在當今世界，計算機技術的飛速發展，導致廣告設計越來越機械化、模式化；而在激烈的市場經濟競爭下，廣告的持續發展必然要求設計家要突破各種常規，在注意信息傳達功能的同時，更應該注重獨特風格的發展，用富有創意的設計去打動消費者的心。于是人們發現，將情感融和到設計之中，廣告會獲得更易打動人心的力量。其原因在于，中國是一個具有五千年歷史的文化古國，每個人在其成長的過程中都受到過傳統文化的熏陶和感染，人們在傳統文化中受到最為單純、最為原始的溫暖人性，因此，在廣告設計作品中，如果能巧妙地運用中國傳統文化，會使人倍感親切、溫馨、信任，從而在心靈上引起共鳴，激發消費者消費的欲望。現代廣告設計只有真正引起消費者的情感共鳴，才能實現最佳的廣告效果。

如何將中國傳統文化融合到現代廣告設計中去?其作用又有哪些?這自然不是簡單的問題，對于傳統文化我們是照搬照抄，還是將傳統文化放置一邊，不予理睬?筆者認為好的設計應著重于人與人、人與空間和人與自然的融合上，是對傳統文化的再創造。而這種再創造是在理解的基礎上，用現代的審美觀對傳統的一些元素加以改造、提煉和運用，使其更富有時代的特征：或者把傳統的造型方法與表現形式運用到現代設計中來表達設計的理念，體現民族個性，這是對傳統文化再創造的理解。中國傳統文化對現代廣告設計的融合作用究竟體現在哪些方面呢?

一、中國傳統文化對現代廣告設計構圖的作用

所謂傳統文化，是指中國幾千年文化發展史中在特定的自然環境、經濟形式、政治結構、意識形態的作用下形成、積累和流傳下來，并且至今仍在影響著當今文化的“活”的中國古代文化，這些文化又包含了國畫、剪紙、建筑、皮影、雕刻等等。而傳統文化又與廣告有著不解之緣，兩者在構圖上的融和關鍵在于廣告設計中傳統美學的審美性。之前我們說過；中國是一個歷史文化古國，每個人都受到傳統文化的熏陶，這必然導致我們對“美”的崇拜和追求觀念不同與西方國家，形成具有中國傳統文化獨色的廣告作品。因此，中國傳統美學的審美性影響著廣告設計作品中“美”的體現，也影響著中國傳統文化的繼承和發展。

我們都知道廣告設計是屬于“瞬間藝術”，人們駐足于前的時間短，視線集中的程度有限，要想在這苛刻的條件下給人留有印象，廣告的設計就不能太過于復雜，必須要做到一目了然，簡潔明確，使人在一瞬之間、一定距離外能看清楚所要宣傳的事物。為了達到這個目的，廣告的設計總是盡可能采取假定的設計手法，將不同時間、空間發生的活動組合在一起，并經常運用象征手法，啟發人們的聯想來吸引消費者。所以在廣告構圖中，要突出重點，就要刪去次要的細節，甚至是背景。這種設計手法與國畫處理構圖的手法一致。例如：在國畫構圖中要求“以一當十”、“以少勝多”的精煉：或者“計白當黑”、“無畫處皆成妙境”的簡潔；“疏可走馬，密不透風”的對比關系等。由此我們可以看出，在現代廣告設計中，構圖要概括集中，突出醒目地表達所要宣傳的事物，表現物與物之間的內在聯系，賦予畫面更廣泛的含義并使人們在有限的畫面中能聯想到更廣闊的生活，感受到新的意義。我們只有將中國傳統文化的精髓融合到現代廣告設計的理念中去，才能使民族傳統文化與現代廣告設計真正的融為一體，從而增強廣告設計的傳播效率與文化藝術意蘊。另外，傳統文化與現代廣告設計的融和還可以有效增加廣告的附加價值，傳統文化由于自身特有的功能性和特殊的文化底蘊，本身就具有“滿足人們精神需要”的價值，這種價值可以在現代廣告設計中起到增強附加價值的作用。

二、中國傳統文化對現代廣告設計構思的作用

在現代廣告設計中，我們在跟隨西方現代設計潮流的時候，已不滿足于純粹跟隨，開始對傳統文化進行探索，并應用傳統文化的構思方法來結合現代廣告設計，體現中國傳統文化的意蘊及自身的文化內涵，把握并創造出具有東方特色的廣告設計作品。廣告設計是一種“瞬間藝術”，好的廣告作品不僅要讓人“一目了然”，還要“一見傾心”，為它所吸引，留下深刻的印象。這就要求在廣告設計中要具備精湛的構思。清代一位學者曾說過，一幅畫“與其令人愛，不如使人思”，好的廣告設計作品也是如此。它要讓人聯想、引起人的美好愿望、表現意境，就要有手段，我們稱之為“意匠”。如：“獨具匠心”指的就是別人沒有想到的你想到了，這也是在廣告設計中我們經常提到的一種構思方法。“意匠”具體說來就是選材(先取最精粹部分)、剪裁(去污存清)、夸張(強調形象的特征)、經營位置(構圖)、表現(選項用恰當的技法)等，而這一切，恰恰是我國廣告設計者最為常用的構思手段。

三、中國傳統文化對現代廣告設計內容的作用

傳統文化是現代廣告傳播成功的基礎，而現代廣告傳播則是因為傳統文化的滋養才具備了強勁的精神發散效力，“越是民族的就越是世界的”這句話在一定程度上對于廣告同樣適用。中國傳統文化源遠流長，怎樣在廣告設計的內容上體現傳統文化的精髓??這是我們值得深思的問題。筆者認為應從一個“意”字開始，廣告設計內容上的意字，指的是傳統文化所要表達的意蘊，也是意味深長之意。“意”是傳統文化在內容設計上的關鍵，也適合于現代廣告設計所提出的吉祥如意的設計理念，更符合中國人在廣告設計上的要求。例如：腦白金的廣告語“今年孝敬咱爸媽，送禮還送腦白金”、“今年過節不收禮，收禮還收腦白金”，就是利用了中國傳統文化對“意”的理解。中國自古就有尊老愛幼、孝敬父母的傳統美德，“腦白金”定位成一種禮品，并且是一種能帶給人健康的禮品，極力宣傳送禮更要送健康的“意”念。這個觀念定位恰好順應了中國的傳統，為廣大消費者所能接受，從而有效地樹立了企業、品牌形象。整個廣告根植于中華民族傳統文化，是有強烈的現代氣息，既符合了廣告主的要求，又達到了準確的廣告定位。

我國的傳統文化具有很強的東方文化的表現風格，它能完美地將我國的傳統文化融合到現代廣告設計理念中去。這不僅僅是對中華藝術精神的繼承，更是對中國傳統文化走向世界的一種推廣和弘揚。我們只有不斷加深對傳統文化的理解，將傳統文化融和到現代廣告設計中，才能對傳統文化加以改造、提煉和運用，更好地利用它創造新的富有中國特色的現代廣告設計理念。

第2篇：機械優化設計論文范文

關鍵詞：結構優化設計技術；礦山機械設計；初步

礦山機械中的一些大型設備大部分是結構件。據不完全統計，裝載機、牙輪鉆機、挖掘機等設備，其結構件占60%以上。對這些以結構件為主的設備，采用傳統的設計方法，其結果是很不理想的。慶幸的是，我們這行業的研究設計人員開始關注這個問題，做了一些有益的工作。如對一些機構進行了優化設計，用有限原方法進行結構的靜動強度分析等等。但到目前為止，仍沒見到有關礦山機械結構優化的文獻。

一、礦山機械結構優化的可行性和必要性

1.盡管有這樣那樣的困難，對礦山機械進行結構優化設計還是有可能的。結構優化設計應用有三個前提條件：一是電子計算機的發展和普及，二是有限元理論和方法的發展；三是高效的結構優化方法。從目前情況著，電子計算機特別是微型電子計算機在科研、設計部門已日益普及，作為結構優化基礎之一的有限元理論和方法是比較成熟的，而且有了不少通用的有限元分析程序；結構優化設計理論，經過二十多年的發展也日臻成熟，無論是優化準則法、數學規劃法還是兩者的統一方法，其解題效率都比較高。結構優化技術目前已廣泛地應用于航空部門、土建部門等。在礦山機械領域由于廣大科技工作者的努力，在有限元分析方面已取得了較大的進展。對牙輪鉆機、裝載機、挖掘機等主要礦山機械的有限元分析已全面展開。這就為結構優化提供了直接的便利條件。給礦山機械的優化提供了可靠的保證。

2.礦機中的一些主要設備如牙輪鉆機、裝載機、挖掘機等都具有一個比較明顯的特點，那就是：十分笨重，運輸不便。對這些設備采用傳統方法進行設計時，則往往難以找到一個理想的方案。其應力分布和結構往往是不太合理。而采用結構優化設計方法，可以在對原始設計方案進行有限元分析的基礎上，采用自動尋優方法，就可以找到一個較理想的方案。使結構的應力分布更加均勻，結構更加合理。而且，從現在的文獻來看，設備的自重可以減輕25%左右，其經濟效益是十分顯著的。因此，有必要對礦機結構進行優化設計。

二、 礦山機械設計中結構優化設計技術

1. 最大可靠性結構優化設計。"可靠性"的概念對我們并不陌生，但將可靠性概率引入超靜定結構的設計中，卻鮮為人知。而在工程設計中卻經常希望在給定材料體積下盡可能合理地分布結構材料，使結構的可靠性盡可能地大，或是研究一個用料省、可靠性大的折衷方案。因此在礦山機械結構件設計中，引入可靠性概率（結構在規定的條件下，在規定的時間內完成預定功能的概率）這一衡量結構可靠性的指標，采用一次二階矩概率設計理論，以傳統的安全系數為目標進行優化，就可以提高結構的安全度，而且使結構更為合理。文獻"1"以結構桿件截面積為設計變量進行了可靠性最大的結構優化設計表明這個方法是可行的。

2. 結構模糊優化設計。從目前的有限元程序，對于所給定的計算模型，其結果是比較精確的。但是對實際結構而言，這個結果是不大可信的。這是與模型、載荷，約束的簡化等多方面因素有關。本來，這些因素在實際工作或結構中是不大容易確定的，也就是說具有一定的"模糊性"。另外，對于有限元分析的計算工況的確定也是比較困難的。目前，我們在有限元分析中，一般是選擇典型工況進行，至于這典型工況的"典型性"則是由分析者自己確定。此外，在結構優化設計中，還有許多東西是模糊的，目標函數、約束條件、約束條件的右端項等等均具有一定的模糊性。最后，為了真正地得到滿足所有可能約束的結構最佳組成，我們要對最后的尺寸和形狀作出決策。因為，對每種不同的工況，計算得到的"最優值"是各不相同的，那么，在綜合所有計算工況時，究竟如何確定其最終尺寸呢？顯然，按滿應力法則不大可行，因為滿應力法是要求每一單元至少在一種工況下達到滿應力狀態，這樣綜合的結構就不可能是最輕結構。因此，最后尺寸和形狀的決定也要借助模糊理論來解決。從模糊到精確，再從精確到模糊，這是符合歷史發展規律。

3.研制、推廣、應用CAD軟件。根據現代結構設計的需要，借助計算機輔助設計，不但能對結構的初始方案和改進方案快速地進行結構分析和強度校核。而且還能開展以最輕重量的單目標優化設計和以機器工作性能、節省鋼材和結構強度三大要素為出發點的多目標優化設計。因此加速研制一些多功能的計算機輔助設計軟件，對于提高礦山機械設計的質量，是很有必要的。目前，在農機領域已經有了用于微型機的大型多功能的MAS程序系統，不過，在優化設計等方面，還有待進一步完善。應用CAD軟件，可以在以下幾個方面起到明顯作用：一是提供合理的設計方案、節省鋼材和成本。二是提高產品設計水平。三是可找出結構損壞的原因和有害振動的根源。四是可以對機器系統進行多目標的優化設計。在研制CAD系統時，應該注意的是：一是發掘較為普及的微型機的潛力。二是結構設計和分析的完備性（結構靜動分析、結構靜動優化計算機繪圖等）。三是適用于多種結構型式，即適用于多單元的結構（如桿、梁、板、殼等）。

三、發展方向

1.大力推廣應用結構優化設計的發展方向。航空、國防、造船等行業分別召開了結構優化設計的學術交流會。土建部門還舉辦了結構優化設計的專門講習班。機械工程學會召開的強度學術會議上也交流了結構優化方面的論文。這說明在這些行業和部門，結構優化設計已經受到重視。因此，礦山機械設計部門的工作者（包括設計師、研究生和教師）應該注意推廣和應用結構優化設計技術。可以舉辦結構優化枝術講習班，召開礦山機械結構優化設計學術交流會。學習工程設計人員應該掌握結構優化設計的基本知識，學會使用一些結構優化設計軟件。對具體的結構采用優化設計，以提高整個礦山機械的設計水平。

2.礦機結構從靜力優化向動力優化過渡。首先，我們要大力開展礦機結構的靜力優化設計，推廣應用和完善現有的結構優化程序，研制和發展一些通用性較強而且又適合礦機特點的軟件包。其次，我們應該在結構靜力優化的基礎上，對礦機結構進行動力優化設入計。因為在靜力優化時沒有考慮結構的動力特性。如固有頻率、動態響應等。而這些動力特性對于大部分礦山機械來說是比較重要的。如固有頻率對司機乘坐的舒適性以及共振破壞等都是很重要的。而結構的動力優化設計就是在靜力優化的基礎上引進頻率約束，動強度約束，動剛度約束等。在理論上，進行動力優化是沒有困難的，靜力優化的結果可以作為動力優化的初始值。

我們建議，在近幾年內，應該集中精力著手研究一些具有專業特色的典型的程序包。如底盤、車架、機架等結構件的優一化程序。按照結構的通用性、統一性和組合性原則建立程序包，對結構件進行選型優化設計。當然，如果在程序包中加上對整機參數的優化、液壓系統優化設計、傳動系統優化設計等等，可以使礦山機械的設計更趨自動化。

參考文獻：

[1]程耿東。可靠性最大的結溝優化設計.計算結構力學及其應用.2010，No4

第3篇：機械優化設計論文范文

中圖分類號：K826.16 文獻標識碼：A 文章編號：

本文介紹傳統與現代優化方法近年來在國內機械工程界的應用情況，并展望優化方法應用研究的方向。

1傳統優化方法的應用與改進

1.1傳統優化方法的應用

從近幾年發表的工程優化設計論文可以看出，傳統優化方法仍有較為廣泛的應用，具有不可忽視的作用。在機械工程領域，傳統優化方法主要應用于機構或機械零部件的優化設計，在結構、形狀、性能和可靠性等方面進行優化，改善了機械產品的質量，減輕了重量，提高了性能。在優化設計中，隨機方向法、復合形法、增廣拉格朗日乘子法、懲罰函數法等應用都十分廣泛。

1.2傳統優化方法的改進

針對廣泛采用的基本復合形法存在著搜索不完全、映射系數取值不靈活、復形多樣性保持差等缺陷，提出了相應的改進措施，如動態全域映射收縮算子以及最大冗余點映射準則，形成了一類新型的復合形法，大大提高了尋優成功率。文獻[7]利用改進的離散變量懲罰函數法解決離散變量的工程問題，將整個優化過程分為連續變量懲罰函數法的初始優化、帶離散變量的懲罰函數法優化和網格法檢驗三步進行，消除了優化變量初始值對優化結果的影響，使優化結果更為準確合理。提出了連續變量及非均勻離散變量的均勻離散化處理方法，并借鑒離散變量的搜索優化法，在連續變量的復合形法基礎上，探討了一種求解有約束非線性混合離散變量的優化設計問題的方法――混合離散復合形法，該算法可用于工程結構優化設計中，其結果不需圓整，解題可靠性和效率大大提高。 1.3懲罰函數法

懲罰函數法，是約束優化問題中一種比較常用的間接解法。采用基于Powell的內點懲罰函數法對實際偏心擺式飛剪機剪切機構進行優化設計，使飛剪機的機械參數滿足了剪切過程要求，同時提高了飛剪機剪切性能和軋件的剪切質量。文獻[10]運用內點懲罰函數法將約束優化問題轉化為無約束問題后，用共軛梯度法進行機床主傳動系統中零件參數的優化，使機床主傳動系統方案達到最優，同時可提高設計精度、縮短設計周期。文獻[11]利用懲罰函數法對汽車動力傳動系優化數學模型進行了優化，使整車綜合性能均有顯著改善。文獻[12]針對混合懲罰優化法存在的初始點選擇、可能的局部最優點及計算時間等問題，提出了遺傳懲罰復合算法GPCM。

2現代優化方法的應用

隨著20世紀70年代初期計算復雜性理論的形成，科學工作者發現并證明了大量來源于實際的組合最優化問題是非常難解的問題，其中許多問題如0―1背包問題、旅行商問題（TSP）、裝箱問題等，都被證明為NP完全問題，因而傳統的優化算法就顯得無能為力了。20世紀80年代初期，應運而生了一系列現代優化計算方法，如遺傳算法、模擬退火算法、蟻群算法等，它們的共性是基于客觀世界中的一些自然現象，通過與組合最優化求解進行類比，找出它們的一些共性，建立相應的算法。

2.1遺傳算法

遺傳算法(GeneticAlgorithm簡稱GA)，是20世紀70年代初期由美國密執根（Michigan）大學霍蘭（Holland）教授提出的一種全新概率優化方法。GA是一種非確定性的擬自然算法，它仿造自然界生物進化的規律，對一個隨機產生的群體進行繁殖演變和自然選擇，適者生存，不適者淘汰，如此循環往復，使群體素質和群體中個體的素質不斷演化，最終收斂于全局最優解。

2.2模擬退火算法

模擬退火算法(SimulatedAnnealing簡稱SA)，最早的思想由Metropolis在1953年提出，Kirkpatrick在1983年成功地應用在組合最優化問題。SA是一個全局最優算法，以優化問題的求解與物理系統退火過程的相似性為基礎，利用Metropolis算法并適當的控制溫度的下降過程實現模擬退火，從而達到求解全局優化問題的目的。模擬退火算法是一種通用的優化算法，用以求解不同的非線性問題；對不可微甚至不連續的函數優化，能以較大概率求得全局優化解；具有較強的魯棒性、全局收斂性、隱含并行性及廣泛的適應性；并且能處理不同類型的優化設計變量(離散的、連續的和混合型的)；不需要任何的輔助信息，對目標函數和約束函數沒有任何要求。目前已在工程中得到了廣泛的應用，諸如VLSI生產調度、控制工程、機器學習、神經網絡、圖像處理、數值分析等領域。

2.3蟻群算法

蟻群算法(AntColonyAlgorithm簡稱ACA)，是受自然界中真實蟻群的集體行為的啟發而提出的一種基于群體的模擬進化算法，是1991年由意大利學者M.Dorigo等人首先提出，通過人工模擬螞蟻搜索食物的過程來求解旅行商問題(TSP)。蟻群算法對系統優化問題的數學模型沒有很高的要求，只要可以顯式表達即可，避免了導數等數學信息，使得優化過程更加簡單，遍歷性更好，適合非線性問題的求解。主要應用在：旅行商問題(TSP)、二次分配問題(QAP)、車間任務調度問題(JSP)、車輛路線問題(VRP)、圖著色問題(GCP)、有序排列問題(SOP)、機構同構判定問題、數據的特征聚類過程、集成電路布線設計、電信路由控制、交通建模及規劃等的求解。 2.4三種算法應用的比較分析

遺傳算法、模擬退火算法、蟻群算法都是隨機搜索算法，它們的搜索過程都具有非確定性，具有避免陷入局部最優以收斂于全局最優(或次優)的能力。三種算法的共同特點是魯棒性較強，對基本算法模型稍加修改，便可以應用于其它問題；具有并行性，易于并行實現；很容易與多種啟發式算法結合，以改善算法的性能。在背包問題的求解中，遺傳算法有較強的全局搜索性能，但容易產生早熟收斂的問題，而且在進化后期搜索效率較低。模擬退火算法具有很好的局部搜索能力，但對參數的依賴性較強。因而將它們結合使用，在優化性能、優化效率、可靠性方面具有明顯的優越性。

3結論與展望

優化方法在工程領域的應用已有較長時間的研究，傳統與現代優化方法各有其優點和不足。一般而言，傳統優化方法的理論基礎完整而扎實，算法理論性和通用性強，可靠性、搜索效率較高，但由于算法是基于連續函數和凸規劃構造的，存在著對于非凸優化問題易收斂于局部最優點，全局最優解難以保證，難以處理離散變量等缺點。現代優化方法中，研究與應用最為活躍的是遺傳算法，檢索到的近幾年遺傳算法的文獻量幾倍于傳統優化方法和其他現代優化方法的相關文獻的總和。

參考文獻：

[1]張翔;優化設計方法及編程[M];北京：中國農業大學出版社，2001.7

[2]丁敘生;唐壽剛;無周向回油液體靜壓軸承優化設計[J];制造技術與機床，2001(1)：25－27

第4篇：機械優化設計論文范文

[關鍵詞]鍛造技術、全自動機械式

中圖分類號：F426.4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）04-0028-01

[Abstract]in the manufacturing industry， forging technology and equipment occupies a very important position， is widely used in automobile， aircraft， weapons and instruments. Forging industry， according to the size of the weight or the size of the equipment， the forging is divided into small and medium sized forgings and large forgings.Generally more than 10 mn forging hydraulic press forging is called large forgings， such as power plant rotor， retaining ring， roll， container tube section， head， etc.. The internal quality of heavy forgings is strict and the technical difficulty is large. As a result， the quality and productivity of large forgings are one of the important symbols to measure the level of industrial development in a country

[Key words]forging technology， fully automatic mechanical

1.引言

冷鍛工藝是一種精密塑性成形技術，具有切削加工無可比擬的優點，如制品的機械性能好，生產率高和材料利用率高，特別適合于大批量生產，而且可以作為最終產品的制造方法。在交通運輸工具、航空航天和機床工業等行業具有廣泛的應用。同時相比熱鍛工藝，冷鍛工藝具有節能、高效等特點，與當前的能源政策以及國家發展戰略是一脈相承的，因此，冷鍛技術在近年來具有良好的發展勢頭，同時受到了國家的大力支持。當前汽車工業、摩托車工業和機床工業的飛速發展，為冷鍛這一傳統的技術的發展提供了原動力。冷鍛技術在我國的起步雖然不算太晚，但發展速度與發達國家有很大的差距。到目前為止，我國生產的轎車上的冷鍛件重量不足20kg， 相當于發達國家的一半，開發潛力很大，加強冷鍛技術開發與推廣應用是我國目前的一項緊迫任務。

2.全自動機械式冷鍛生產線設計內容

是一臺肘桿式大行程全自動機械式冷鍛壓力機以及輔助上料、涂油以及堆垛功能的機器人（以下簡稱機器人），并實現聯機全自動控制，設計時需要注意以下幾點：

（1）冷鍛機本體結構設計，應用有限元方法和模態分析方法，對機身的動態精度與動態剛度進行研究，對機身結構進行動態性優化設計。采用獨特的箱形焊接框架結構，增加了機械的高剛性，減少了了噪音和震動，有助于降低能耗，提高效率、生產精度和延長模具壽命，采用寬敞的側面開口有利于配合自動化周邊設備，達到鍛壓自動化的要求；

（2）機械手自動上料裝置、自動送料涂油裝置、定位舉升裝置、堆垛裝置等的研制。

（3）冷鍛機與機械手的聯機設計：機械手與冷鍛機同步運行方面的研究；

（4）冷鍛控制系統設計，用于實現全自動冷鍛生產線的工作流程，從機電一體化的角度將各個子系統有機集成在一起，通過整機調試實現預期目標。

（5）運行精度及整體性能穩定性的研究：以確保生產產品質量的精度與穩定性，提高模具使用壽命；

3.全自動機械式冷鍛生產線關鍵技術要點

由于冷鍛機工作繁重，經常處于長時間連續工作狀態，加工精度及質量要求高，對設備的制造精度以及機械手配置系統的可靠性要求很高，同時機械手配置系統還要適應車間的惡劣環境。這些要求給整體生產線整體方案的擬定、機械手配置系統方案的選擇帶來很大的難度，其中關鍵問題有：

（1）冷鍛機機架的優化設計：本體結構是冷鍛機的重要組成部分，它不僅是冷鍛機主要零件的裝配基體，而且還要承受機器的全部工作載荷，本體結構的承載能力和變形大小及其動態性能將直接影響產品的精度及模具的使用壽命。因此本體機架的設計與優化將是冷鍛機設計的關鍵。

（2）機械手裝置本體及與冷鍛機的聯機運行設計方案：冷鍛機在工作過程中，機械手需配合完成自動上料、移載、輸出及翻轉，這對機械手工作精度以及與冷鍛機的同步性提出了較高要求，因此機械手配置系統的設計是冷鐓機自動生產的關鍵。

（3）滑塊運行精度保證：滑塊的運行精度決定了產品加工質量的好壞，這也將是我們需要解決的問題關鍵。

4.技術特色和創新突破點

（1）采用低慣性、高扭力氣壓式分離器、剎車器，使啟動平穩，降低被動運行機構的機械損失，提高了生產效率及重載、高頻次運行情況下的穩定性。

（2）全自動化：本冷鍛機通過側面開口與機械手配合，實現前部位自動上料、自動涂油、自動移載，自動輸出、翻轉及堆垛功能，實現冷鍛機生產線的全自動化。本機利用智能電腦數控系統控制，可實現單機單動、單機聯動、多機單動及連動自動化。

（3）大載荷：冷鍛機的公稱力為2000T，可加工大型冷鍛零件。冷鍛機本體結構采用超聲波振動處理及整體噴砂處理去應力焊接箱型結構，具有較大的剛性及強度，確保了設備性能的穩定性，可提高產品的精度以及延長模具的使用壽命。

5.結束語

由于冷鍛產品可以實現少甚至無切削加工，可以直接用于裝配，極大的提高了材料利用率及生產效率。因此，其應用面越來越廣泛。隨著我國大噸位冷鍛機的生產技術水平的不斷提高，將大大帶動汽車產業、模具產業的發展，也為我國的節能減排作出極大的貢獻。

參考文獻

[1] 中國農業機械年鑒編輯委員會.中國農業機械年鑒2003-玉米收獲機械化發展概況.北京：2004.

[2] 產業發展計財處.發展專用玉米生a機械化的必要性及對策.2003年山東省農機化工作調研文集.農業機械化管理辦公室，2004年3月.

[3] 劉明祖，安建，張寶文.中華人民共和國農業機械化促進法釋義.北京：法律出版社，2004年8月.

[5] 籍俊杰.對玉米收獲機開發設計的幾點思考.山西省玉米收獲暨秸稈綜合利用機械化學術研討會論文集.忻州：山西省農業機械學會，2003.

[6] 劉振營.透視小麥、水稻聯合收割機.農業機械，2004（1）：14-19.

[10] 中國農業機械年鑒編輯委員會.中國農業機械年鑒2002-玉米收獲機械化發展概況.北京：2003.

[12] 中國農業年鑒編輯委員會.中國農業年鑒（2003）.北京：中國農業出版社，2003年12月.

第5篇：機械優化設計論文范文

關鍵詞：優化設計；泵效；機采系統效率

前言：

有桿抽油作為石油工業傳統的采油方式之一，在采油工程中一直占主導地位，而抽油機是石油開采中重要的機械采油設備。隨著油田開發的不斷深入，采油成本逐年遞增，抽油系統效率成為衡量一個油田開發水平的重要指標。因此，開展抽油機井系統效率影響因素研究，找出影響系統效率的敏感因素，對油田提高采油系統效率及節能降耗具有很重要的意義。

1.抽油機井系統效率及優化設計技術

1.1抽油機井系統效率

抽油機井系統效率是指在原油生產中，抽油機將井下液體舉升到地面的過程中所需要的有效功率（或能量）與拖動抽油機的電動機的輸入功率（或能量）的比值。

要想提高抽油機的系統效率，必須盡量減少功率在液體舉生過程中的各種損耗，盡可能的提高有效功率。在油井產液量和揚程一定的條件下，提高系統效率的途徑有：（1）增大泵徑；（2）提高泵效；（3）降低粘度；（4）采用高強度抽油桿以增大管徑桿徑比；（5）減輕桿柱重量及液柱重量；（6）優選抽油機種類并合理匹配電機，使電機空載功率盡可能低；（7）盡量減少抽油桿經過的井斜段的單位長度桿柱的重量；（8）調整抽油機平衡，防止電機發電（以降低地面損失功率及水擊能耗）。

在這些途徑中抽油機井參數優化設計技術以能耗最低或以成本最低為原則確定泵徑和沉沒度，以經濟效益為目標函數來確定管徑和桿柱鋼級。

1.2 抽油機井優化設計技術

抽油機井優化設計技術是通過開展能量分析，將有桿泵抽油系統輸入功率分為地面損失功率、粘滯損失功率、滑動損失功率、溶解氣膨脹功率、有用功率五部分并建立相應的函數關系。

在油井產液量相對穩定的情況下，計算出不同參數組合所對應的輸入功率。優化設計是在保證油井產液量相對穩定的前提下，以輸入功率最低、系統效率最高為原則，優選最佳設計方案、最優技術和最優生產參數，以提高機采井運行質量與效率。利用“機采參數優化設計”軟件，主要優化設計的參數包括：泵徑、泵深、沖程、沖次、管桿最佳組合等。由于此前大部分機采井機桿泵不配套、管桿組合不合理，所以通過優化設計可以較大提高系統效率。

2.能耗最低機采系統設計軟件應用

所用的能耗最低機采系統設計軟件，具有以下主要功能：（1）進行能耗最低或成本最低機采系統設計；（2）對機采系統的能耗、系統效率、成本現狀進行評價分析；（3）對原機采系統測試數據進行計算處理；（4）對設計的新系統進行跟蹤評估。

2.1能耗最低機采系統設計軟件實施辦法

（1）抽油機井躺井后由采油隊技術人員在24小時內進行設計優化，并報地質隊。

（2）地質隊負責對優化設計進行審核，審核后按照優化內容進行地質設計。對于優化內容有異議的，要及時組織相關人員進行討論。

（3）技術監督股嚴格按照設計要求進行管、桿、泵的配置，做好作業過程中的監督檢查。

（4）采油隊在優化設計完成后，對優化后的地面參數提前落實，制定相應調整措施，確保作業開井一周內按照設計要求調整到位。

（5）采油隊技術員在地質隊完成設計后把設計內容錄入“機采優化”平臺內，并在實施后一周內將效果對比情況一并錄入。每周五上午將本周工作完成情況及效果分析按要求報采油股，由采油股匯總統計后報注采科。

2.2 能耗最低機采系統設計軟件設計方法

以尚店油田SDS46X10為例，進行優化設計。動態數據：日產液量30.4t/d，含水93.1%，動液面413m，油壓0.78MPa，套壓0.1 MPa；靜態數據：地層原油密度0.8772 kg/m?，汽油比33，原油飽和壓力9.51 MPa，油層溫度55.72℃，結蠟溫度30℃，地層原油粘度41.8mPa?s。

2.3.能耗最低機采系統設計軟件應用效果

2013年11月份至今尚店油田作業檢泵17井次，優化設計17井次，檢泵井設計優化率達到100%；按設計作業施工15井次，設計實施率88%。

從整體上看，按優化設計施工且沖次符合設計要求的15口檢泵井單井平均泵徑降低9.9mm，泵掛加深13.4m，動液面加深30m，沖次降低到2.6次，日產液量提高3.6t/d，泵效提高8.3%，輸入功率下降0.85 kW，單井平均日節電20kW?h，降耗率12.69%，平均系統效率提高到10.1%，效果明顯

3. 結論與認識

（1）取全取準各項參數是進行油井優化設計的前提條件，是保證優化設計質量的根本，必須加強對基礎數據采集、錄入的管理。在動態參數中，動液面波動大的油井，應結合多個月的油井動態情況分析，再選取合適的動液面。

（2）日常管理和維護抽油機井優化設計軟件數據庫應及時更新。

（3）及時調參，防止井下管桿承受不住快沖次導致斷裂，重復作業。

（4）如果完全按照“功率最低原則”選擇的設計結果進行施工，有時會出現“節能”與“增加成本”間的矛盾（因過多改變井下管柱組合增加的成本比優化后節約電費多）。

（5）提高抽油機系統效率是一個系統工程， 需要從整體上進行分析和調整，實現最優化的配置，才能最大限度地提高系統效率。只有通過改善地層供液狀況，優化生產參數， 合理配置地面拖動系統，精細設備設施的維護管理，才能有效提高抽油機井的系統效率， 實現抽油機井的高效生產[2]。

參考文獻

第6篇：機械優化設計論文范文

【論文摘要】：對變頻調速器在實踐應用中容量的正確選擇、傳動系統的優化設計以及外接制動電阻等方面的問題，總結了一些經驗。

隨著電力技術的迅速發展，交流電機變頻調速技術取得了突破性的進步，進入了普及應用階段。在我國，變頻調速器也正越來越廣泛地被采用，與此同是地，如何正確地選好、用好已成為廣大用戶十分突出的問題了。

1.關于容量選擇

在變頻調速器的說明書中，為了幫助用戶選擇容量，都有"配用電動機容量"一欄，然而，這一欄的含義卻不夠確切，常導致變頻器的誤選。

各種生產機械中，電動機的容量主是根據發熱原則來選定的。就是說，在電動機帶得動的前提下，只要其溫升在允許范圍內，短時間的過載是允許的。電動機的過載能力一般定為額定轉矩的1.8-2.2倍。電動機的溫升，所謂"短時間"至少也在十幾分鐘以上。而變頻調速器的過載能力為：150％，l分鐘。這個指標，對電動機來說，只有在起動過程才有意義，在運行過程中，實際上是不允許載。

因此，"配用電動機容量"一欄的準確含義是"配用電動機的實際最大容量"。實際選擇變頻器時，可按電動機在工作過程中的最大電流來進行選擇，對于鼓風機和泵類負載，因屬于長期恒定負載，可直接按"配用電動機容量"來選擇。

2.傳動系統進行優化設計

交流異步電動機經變頻調速后，其有效轉矩和有效功率的范圍。配用變頻調速器時，必須根據生產機械的機械特性以及對調速范圍的要求等因素，對傳動系統進行優級化設計，優化設計的主要內容和大致方法如下：

2.1確定電動機的最高運行頻率

（1）鼓風機和泵類負載，這類負載的阻轉矩TL與轉速n的平方成正比TL=KTn2，輸出功率PL與轉速的在次方成正比PL=KPn3，（KT和KP為常數），由此可知，如轉速超過額定轉速，負載的轉矩和功率將分別按平方律和立方律增加，因此，在一般情況下，不允許在額定頻率以上運行。

（2）一般情況下，各種機械的強度、振動以及耐磨性能等，都是以電動機轉速不超過3000r／min為前提設計的。因此，在沒有對機械重新進行設計的情況下，2級電機的最高運行頻率不要超過額定頻率太多。

（3）當異步電機在額定頻率以上運行時，由于電源電壓是恒定的，其在調到fx時電磁轉矩Tx近乎和頻率調節比Kf的平方成反比，即T≈TN/Kf2（而TN為額定頻率fN時的轉矩）。因此，最高運行頻率不宜超過額定頻率

（4）異步電機在低頻下運行時，為了獲得足夠的轉矩，常需進行轉矩補償。而轉矩補償將使電機的磁路趨于飽和，從而增加附加損失，降低了效率，因此，只要情況許可，應尺可能地提高運行頻率的上限。

2.2確定傳動系統的傳動比并校核電動機的容量

（1）鼓風機和泵類負載，一般均為直接驅動，不必考慮傳動比的問題。

（2）恒轉矩負載，首先，根據有效轉矩線以及所要求的頻率調節范圍，確定電機運行的最高頻率和最低頻率。

假設已經確定的電動機最高運行頻率為fmax最低運行頻率為fmin與此對應的轉矩相對值為tTL，則電動機的額定轉矩Tn=TL/qTL（TL負載轉矩）。如果原選電機并未留有余量的話，則配用變頻調速器后，電動機的容量應擴大1/tTL倍。傳動系統的傳動比入等于電動機在最高運行頻率下的轉速nDmax負載所需求的最高轉速nLmax之比。

（3）恒功率負載：和恒轉矩負載類似，首先根據有效功率線和頻率調節范圍，求出電動機運行頻率的上、下限。

同樣，在求出最高和最低運行頻率的同時，得到對應的功率相對值tPL，而電動機的額定功率PN≥PL／tPL（PL為負載要求功率）。

在設計恒功率負載時，應注意兩點：（1）盡量多利用額定頻率以上的部分；（2）當調整范圍較大時，盡量采用兩檔傳動比。因為當傳動比分成兩欄時，頻率范圍αf與αn轉速范圍之間的關系為。可見，在轉速范圍相同的情況下，頻率范圍將大為減小，從而可減小電動機的容量。

負載的機械特性，因是恒功率負載，故曲線上任一點的橫坐標與縱坐標的乘積均相等，且與負載功率成正比，即PL=KPTLnL=KPTLmaxLmin。全部轉速都在額定頻率以下調節時的有效轉矩線，在這種情況下，所需電動機的容量PN=KPTNnLmax>KPTLmaxLmax=αnPL。這說明，所需電動機的容量比負載功率的On倍還要大，是很不經濟的。

⑴當最高運行頻率為額定頻率的2倍，傳動比只有一檔時的情形。在這種情況下，所需電機的容量PN=KPTN1/2nLmax1/2αnPL。可見，所需用容量只要大于負載功率的On/2倍就可以了。

⑵當最高運行頻率為額定頻率的2倍，傳動比為兩檔時的情形。這時，所需電機的容量PN1/2PL。可見，對于恒功率負載，當αn>4時，這種方案是比較理想的。

3.自配外接制動電阻

各種變頻調速器都允許外接制動電阻，加快制動速度，外接電阻。但配套的制動電阻價格昂貴，不易買到，自動配置時，其阻值與功率可如下決定：

直流電路的電壓值UP=×380=53V；制動電流Is一般以不超過電機的額定電流IDN為原則，即Is≤IDN，故制動電阻Rs≥UD/Is。

因Rs內通過電流的時間只有幾秒鐘，故其功率PR可按工其工作時的（1/10-1/8）選擇，即PR=(0.1-0.125)UD2/Rs。

因Rs接入電路時，應注意將變頻調速器內部的制動電阻切除，如不能切除，則應適當加大Rs的值，以免出現制動電流過大的情形。

在外接制動電路時，為了避免燒毀變頻器內部的放電用大功率晶體管（GTR）有時也可以外接整個制動電器（即包括制動電阻和放電晶體管，這時，GTR應選取其VCEX≥700伏；ICN≥（1.2-1.5）IDN安。

參考文獻

[1]馬新民，礦山機械，徐州：中國礦業大學出版社，2002

[2]李紀等，煤礦機電事故分析與預防，北京：煤炭工業出版社，1997

第7篇：機械優化設計論文范文

關鍵詞：機械類專業；畢業設計；民族班；改革

畢業設計是學生在校學習期間最后一個實踐性教學環節，是學生學習、研究與實踐成果的全面總結，是學生綜合素質與工程能力培養的全面檢驗。其主要目的是培養學生綜合應用所學知識和技能解決工程實際問題的能力，進行創造性工作的基本訓練，培養學生獨立工作和團隊協作能力，是對學生學習成果的一次全面考驗。新疆是個多民族地區，少數民族的基礎教育比較薄弱，考入新疆大學的多數少數民族學生均來自邊緣地區。雖然在四年的學習過程中，嚴格地按照教學大綱和教學計劃完成教學內容，但是由于學生本身基礎較差、漢語接受能力有限，大部分學生對于系統性、實踐性較強的專業課程很難全部理解透徹，使學生在學習中總處于被動狀態。為加大民族班教學改革的力度，提高教學質量，在以往實踐性教學環節中所積累的經驗的基礎上，通過采取有效的改革措施，取得了較好的成果。

一、設計手段

機械制圖是機械工程專業最基本的工具，是表達設計思路和設計方案的語言。以往我們都是采用手工繪圖，其缺點是：繪圖速度慢、出錯率高、不易修改、圖面質量差。國家早就規定要甩掉圖板，利用計算機二維繪圖解決以上問題，但其設計思路仍然建立在手工繪圖的基礎上。機電產品的配合性和可裝配性是設計人員容易出現錯誤的地方，以往要到產品最后裝配時才能發現，導致零件的報廢和工期的延誤，造成巨大的經濟損失和信譽損失。采用3D平臺下的計算機輔助裝配技術可以在設計階段就進行驗證，確保設計的正確性，避免損失。三維設計方法與人的思維方式比較接近，較為直觀，可以大大地提高設計速度，并且可以進行裝配干涉檢驗、機構運動仿真及有限元計算、優化設計等。尤其對于空間想象力不高的學生來說，更是一種比較理想的設計方法。此外，三維設計后可以立即轉化為二維（平面）圖形，因此從三維到二維的整個過程不一定比直接畫二維圖要慢。我們從2000年（95級民族班）起，要求學生在畢業設計過程中盡量采用計算機繪圖，并在答辯中采用多媒體答辯，這在當時全校民、漢班級中是比較少見的。直到2004年，采用三維設計已經較普遍，這方面已經達到了內地同類大學的水平。

二、設計題目

選題是否合適，其難易程度直接決定學生畢業設計的質量。我們在近幾年的畢業設計選題上，淘汰了以前過時的老題目，而盡量選擇指導教師的科研課題和當前的生產實際相結合的題目，充分體現教學與科研、生產實際相結合的原則，培養學生綜合應用所學知識和技能解決工程實際問題的能力。如2001年機械制圖96-2班兩名學生參加了由指導教師主持的橫向課題“數控塑料切粘機的研制”，并以之作為畢業設計題目，完成了產品的設計、零件的加工到整機的調試全過程，獲得了難得的實踐經驗，并完成了整機的CAD繪圖工作。長期以來，機械強度分析與計算一直沿用材料力學、理論力學和彈性力學所提供的公式來進行。由于在計算過程中有許多的簡化條件，因而計算精度較低；在設計中，為了保證設備或構件的安全可靠性，常采用加大安全系數的方法，結果使結構尺寸加大，浪費材料，有時還會造成結構性能的降低。有限元分析技術是最重要的工程分析技術之一，它廣泛應用于彈塑性力學、斷裂力學、流體力學、熱傳導等領域。有限元法在產品結構設計中的應用，使機電產品設計產生革命性的變化，理論設計代替了經驗類比設計。以前由于其理論性較強，有限元法僅僅用在碩士論文中，但從2002年起，在本科班中嘗試應用有限元強度分析作為畢業論文題目。同時，由于我們所用的有限元分析軟件在Linux平臺上運行，所以學生必須掌握Linux操作系統，使學生在計算機方面也有了全方面的提高。

三、創新實踐

近幾年，我們在學生當中廣泛進行了課外學術活動和機械創新設計實踐，并把這些內容與學生的畢業設計相結合，獲得了可喜的成績。依布拉音、西克熱木等學生完成的“油罐車注油自動控制系統”項目在西北地區比賽中獲得一等獎，全國大賽中獲得三等獎。努爾比亞等學生完成的“上下樓梯搬運機器人”項目在西北地區比賽中獲得一等獎，全國大賽中獲得三等獎。通過這些設計大賽及幾年的教學改革實踐，學生不僅從設計中得到了鍛煉，學到了設計技能，而且在做設計時的動手機會多了，培養了他們科學的思維方法與創新能力，加深了學生對機械制造專業的認識，促進了課程設計、畢業設計質量的提高。要實現教育改革和建設的目標，關鍵是教師，教師不但要有高度的敬業精神和教學責任心，還要有較高的教學業務素質。為使青年教師提高工程素質，增加實踐經驗，鼓勵青年教師積極參與實際科研工作和實驗室建設，并對青年教師制定了嚴格的培養計劃。教師梯隊建設及青年教師培養有了明確的規劃，結合課程建設，個人業務素質提高較快。

四、結論

第8篇：機械優化設計論文范文

關鍵詞：人工智能;電氣;自動化

人工智能是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法 技術及應用系統的一門新的技術科學。人工智能是計算機科學的一個分支 它企圖了解智能的實質，并生產出一種新的能以人類智能相似的方式作出反應的智能機器．該領域的研究包括機器人．語言識別、圖像識別 自然語言處理和專家系統等。電氣自動化是研究與電氣工程有關的系統運行、自動控制，電力電子技術、信息處理、試驗分析 研制開發以及電子與計算機應用等領域的一門學科。實現機械的自動化，讓機械部份脫離人類的直接控制和操作自動實現某些過程是電氣自動化和人工智能研究的交匯點。積極運用人工智能的新成果無疑有利于電氣自動化學科特別是自動控制領域的發展．也有利于提高電氣設各運行的智能化水平．對改造電氣設備系統，增強控制系統穩定性．加快生產效率都有重大意義。

1、人工智能應用理論分析

人工智能(Artificial Intelligence)，英文縮寫為AI。它是研究、開發用于模擬，延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。人工智能是計算機科學的一個分支，它企圖了解智能的實質．并生產出一種新的能以人類智能相似的方式作出反應的智能機器 該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別 自然語言處理和專家系統等。自從1956年“人工智能 一詞在Dartmouth學會上提出以后，人工智能研究飛速發展，成為以計算機為主．涉及信息論．控制論， 自動化、仿生學、生物學、心理學、數理邏輯、語言學、醫學和哲學的一門學科。人工智能研究的一個主要目標是使機器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復雜的工作。

當今社會，計算機技術已經滲透到生產生活的方方面面．計算機編程技術的日新月異催生自動化生產，運輸 傳播的快速發展。人腦是最精密的機器，編程也不過是簡單的模仿人腦的收集、分析、交換、處理、回饋．所以模仿模擬人腦的機能將是實現自動化的主要途徑。電氣自動化控制是增強生產．流通、交換、分配等關鍵一環．實現自動化，就等于減少了人力資本投入，并提高了運作的效率。

2、人工智能控制器的優勢

不同的人工智能控制通常用完全不同的方法去討論。但Al控制器例如：神經、模糊、模糊神經以及遺傳算法都可看成一類非線性函數近似器。這樣的分類就能得到較好的總體理解．也有利于控制策略的統一開發。這些Al函數近似器比常規的函數估計器具有更多的優勢．這些優勢如下：

(1)它們的設計不需要控制對象的模型(在許多場合，很難得到實際控制對象的精確動態方程，實際控制對象的模型在控制器設計時往往有很多不確實性因素，例如：參數變化，非線性時，往往不知道)。

(2)通過適當調整(根據響應時間 下降時間、魯棒性能等)它們能提高性能。例如模糊邏輯控制器的上升時間比最優PID控制器快1.5倍 ，下降時間快3.5倍， 過沖更小。

(3)它們比古典控制器的調節容易。

(4)在沒有必須專家知識時．通過響應數據也能設計它們。

(5)運用語言和響應信息可能設計它們。

總而言之，當采用自適應模糊神經控制器、規則庫和隸屬函數在模糊化和反模糊化過程中能夠自動地實時確定。有很多方法來實現這個過程，但主要的目標是使用系統技術實現穩定的解，并且找到最簡單的拓樸結構配置．自學習迅速，收斂快速。

3、人工智能的應用現狀

隨著人工智能技術的發展，許多高等院校及科研機構就人工智能在電氣設備的應用方面展開了研究工作，如將人工智能用于電氣產品優化設計，故障預測及診斷、控制與保護等領域。

3.1 優化設計

電氣設備的設計是一項復雜的工作 它不僅要應用電路、電磁場、電機電器等學科的知識，還要大量運用設計中的經驗性知識。傳統的產品設計是采用簡單的實驗手段和根據經驗用手工的方式進行的．因此很難獲得最優方案。隨著計算機技術的發展，電氣產品的設計從手工逐漸轉向計算機輔助設計(CAD)，大大縮短了產品開發周期。人工智能的引進．使傳統的CAD技術如虎添翼．產品設計的效率及質量得到全面提高。用于優化設計的人工智能技術主要有遺傳算法和專家系統。遺傳算法是一種比較先進的優化算法，非常適合于產品優化設計。因此電氣產品人工智能優化設計大部分采用此種方法或其改進方法。

3.2 故障診斷

電氣設備的故障與其征兆之間的關系錯綜復雜，具有不確定性及非線性．用人工智能方法恰好能發揮其優勢。已用于電氣設備故障診斷的人工智能技術有：模糊邏輯、專家系統、神經網絡。

變壓器由于在電力系統中的特殊地位而備受關注，有關方面的研究論文較多。目前對變壓器進行故障診斷最常用的方法是對變壓器油中分解的氣體進行分析．從而判斷變壓器的故障程度。人工智能故障診斷技術在發電機及電動機方面的研究工作也較為活躍。

3.3 智能控制

人工智能控制技術在自動控制領域的研究與應用已廣泛展開．但在電氣設備控制領域所見報道不多。可用于控制的人工智能方法主要有3種：模糊控制、神經網絡控制、專家系統控制。由于模糊控制是其中最為簡單、最具實際意義的方法．因而它的應用實例最多。

第9篇：機械優化設計論文范文

論文關鍵詞：擋泥板，模態分析，拓撲優化，HyperWorks

 

0 引言

汽車覆蓋件在拉延成型時，由于其塑性變形的不均勻性，往往會使某些部位剛性較差。剛性差的覆蓋件受振動后會產生空洞聲，用這樣零件裝車，汽車在高速行駛時就會發生振動，造成覆蓋件早期破壞，因此覆蓋件的剛性要求不可忽視。如圖1所示，為某國產轎車的擋泥板模型。擋泥板作為汽車覆蓋件的一種，在實際應用過程中發現其剛度不夠而導致故障，必須予以提高。鑒于此，在Solidworks中建立實體模型，在HyperWorks環境中對該擋泥板進行了有限元建模和模態分析，得到此覆蓋件的固有頻率以及相應振型，并運用HyperWorks的結構拓撲優化技術對該發動機罩進行了拓撲優化分析，得到最優的加強筋布局，并重新建模，然后對新模型進行模態分析機械論文，發現優化之后的結果提高了該覆蓋件的低階固有頻率。

圖1 擋泥板的三維實體模型

1 擋泥板模態分析

1.1 模態分析基本理論

模態分析是動力學分析的基礎，模態分析的最終目的是確定描述結構動態特性的固有頻率、阻尼比以及振型等參數，為結構系統的振動特性分析、振動故障診斷和預報以及結構動力特性的優化設計提供依據。

N自由度無阻尼系統的自由振動可表示為：

（1）

由于彈性體的自由振動可以分解為一系列簡諧振動的疊加，因此可設式(1)的解為:

（2）

式中,實數,為簡諧運動的頻率;任意常數。

將式（2）代入式（1）得：

（3）

將它展開可得到關于的n 次代數式:

（4）

頻率方程的n個根均為正實根,它們對應于系統的n個自然頻率,假定各根互不相等,即沒有重根,由小到大按次序排列為

（5）

將求得(r=1,2，n)分別代入方程(3)求得相應的，這就是系統的模態向量或振型向量。

1.2 擋泥板有限元模型模態分析結果

圖2 擋泥板有限元模型

在Hypermesh中對結構件中進行有限元網格劃分，根據擋泥板為板殼結構的特點，采用了高精度的四邊形單元和三角單元進行網格劃分，得到的單元總數為1258個，剛性體單元2個，節點數為1976個，其中四邊形單元1200個，三角形單元58個論文開題報告。擋泥板有限元總成模型，如圖2所示。

對結構件單獨進行動力學模態計算時，結構件的彈性模量為2.06GPa ,泊松比為0.3,材料密度為7900kg/m3，擋泥板的厚度為0.3mm，在結構件的兩個螺孔處通過剛性單元建立約束條件，約束其6個自由度,然后在OptiStruct 中進行動力學振動模態的計算, 提取前6階模態頻率。同時在HyperView中瀏覽相應的模態振型,得到前6階模態頻率,其模態振型依次如圖3所示。

圖3 擋泥板初始模型的前六階模態振型

由模態分析結果可知，第1階頻率（整體彎曲）為43.61Hz。而實際工作環境中要求該擋泥板的第一階固有頻率不得低于50Hz，因此不符合條件，這是導致故障的直接原因。提高擋泥板的剛度，可考慮在發動機罩上設置加強筋，提高低階模態頻率，增加擋泥板的剛度。因此，在設計方案的優化過程中，根據實際制造工藝以及成本控制的要求，通過優化擋泥板加強筋位置，提高低階固有頻率，增加擋泥板的剛度。

表1 擋泥板前6階固有頻率

階次

固有頻率(Hz)

1

43.6

2

68.7

3

98.27

4

110.9

5

154.7