目前國(guó)內(nèi)外在進(jìn)行結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)過(guò)程中，無(wú)論單個(gè)零部件還是裝配體部件都 要面臨一個(gè)問(wèn)題一結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題一般需要從四個(gè)方面進(jìn)行解決： 結(jié)構(gòu)應(yīng)力方面、材料力學(xué)性能方面、強(qiáng)度理論^[2()]和振動(dòng)理論。當(dāng)前，大部分固 體力學(xué)計(jì)算將結(jié)構(gòu)應(yīng)力方面的問(wèn)題作為重點(diǎn)，而材料力學(xué)性能是通過(guò)材料實(shí)驗(yàn) 結(jié)合材料結(jié)構(gòu)條件進(jìn)行解決，強(qiáng)度理論則是在兩者聯(lián)合研究的基礎(chǔ)上創(chuàng)建與之 相應(yīng)的強(qiáng)度理論。具體而言，就是研究材料在復(fù)雜應(yīng)力下發(fā)生破壞的規(guī)律，并 建立一套與之相適應(yīng)的強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則及理論^[2()]，振動(dòng)理論是在強(qiáng)度理論的基礎(chǔ) 上進(jìn)行模型建立、振動(dòng)分析、參數(shù)識(shí)別等。

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的兩個(gè)階段：傳統(tǒng)設(shè)計(jì)階段和優(yōu)化設(shè)計(jì)^[21]階段。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是依靠工程師或設(shè)計(jì)師自身具備的理論和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)根 據(jù)客戶的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，此過(guò)程需要不斷的修改和完善，主要過(guò)程包括：設(shè)計(jì)人 員根據(jù)客戶要求首先進(jìn)行概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)和材料選擇等準(zhǔn)備，然后按 照手冊(cè)要求進(jìn)行受力分析開始進(jìn)行初始方案設(shè)計(jì)，再根據(jù)結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果再去 校核結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度等，如果設(shè)計(jì)的成本不符合要求還要進(jìn)行修改，該過(guò)程 效率太低、耗時(shí)太長(zhǎng)、成本太高，已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前市場(chǎng)快節(jié)奏的變化需求。

正是對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的不滿足，才有了對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的迫切追求。 優(yōu)化設(shè)計(jì)采用發(fā)散性思維，為達(dá)到目的“不擇手段”。根據(jù)客戶要求，在進(jìn)行設(shè) 計(jì)時(shí)，不再僅局限于機(jī)械工程領(lǐng)域，還要從其它領(lǐng)域進(jìn)行考慮，總之就是要快 速、高效的完成任務(wù)。這正是國(guó)外機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化快速發(fā)展的核心。

2、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的發(fā)展

從1960年論文開始提及“結(jié)構(gòu)優(yōu)化”算起，到今天結(jié)構(gòu)優(yōu)化發(fā)展成為一門獨(dú) 立的學(xué)科已有五十多年^[22]。從原來(lái)只是將不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較得到最好的 一個(gè)方案到現(xiàn)在不同理論進(jìn)行交叉運(yùn)用得到的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的 發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)主要階段[^23]。第一階段是采用有限元數(shù)值分析手段，以結(jié)構(gòu)截 面尺寸作為設(shè)計(jì)變量，以常規(guī)單元(如桿件截面積、梁?jiǎn)卧叽?、膜或板以及殼?元的厚度等)的幾何變量作為參數(shù)，以減輕結(jié)構(gòu)重量或減小結(jié)構(gòu)尺寸，充分發(fā)揮材 料的機(jī)械性能為優(yōu)化目標(biāo)。其研究和應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，此階段被稱為截面尺 寸優(yōu)化設(shè)計(jì)階段。第二階段主要研究如何確定連續(xù)體結(jié)構(gòu)的邊界形狀或內(nèi)部結(jié) 構(gòu)，例如桿系結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)位置優(yōu)化，連續(xù)體結(jié)構(gòu)應(yīng)力或溫度場(chǎng)分布優(yōu)化等。目前， 在連續(xù)體結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)中，只有在特別簡(jiǎn)單的區(qū)域形狀中，才能對(duì)給定區(qū)域 形狀或邊界條件的微分方程求得解析解。因此，還沒有真正解決連續(xù)體結(jié)構(gòu)的形 狀優(yōu)化問(wèn)題是幾何形狀優(yōu)化階段。第三階段是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)階段。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè) 計(jì)就是通過(guò)一定的算法使得設(shè)計(jì)結(jié)果在滿足約束的條件下派生出一個(gè)或一組結(jié) 構(gòu)，因?yàn)榕缮慕Y(jié)構(gòu)可能在幾何形式、單元形式等方面突破了初始結(jié)構(gòu)的布局， 故稱其為結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。在近二十年，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)研究更是得到了快速發(fā)展, 研究出了多個(gè)優(yōu)化模型，包括：變質(zhì)量、變密度及均勻化等。優(yōu)化模型開始朝著 以結(jié)構(gòu)的剛度最大(也即柔順度最小)為目標(biāo)，以體積或重量為約束的方向發(fā)展^[25]。

目前，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部件比較多，而且各零部件之間有許多的連 接方式，包括：電機(jī)與蝸桿通過(guò)聯(lián)軸器進(jìn)行的連接，蝸輪蝸桿的連接，蝸輪與 工作轉(zhuǎn)臺(tái)之間的連接，工作轉(zhuǎn)臺(tái)與轉(zhuǎn)臺(tái)座通過(guò)圓柱滾子軸承的連接等^[26]。所有 對(duì)于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化需要采用“動(dòng)力學(xué)模型修正^[27] ”是非常困難的。 當(dāng)前對(duì)于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基本方法和思路可以總結(jié)歸納為：先在 CAD三維軟件環(huán)境中，如SOLIDWORKS,進(jìn)行實(shí)體建模，以抓大放小的簡(jiǎn)化原則，對(duì)模型進(jìn)行合理簡(jiǎn)化；其次利用CAD三維軟件和有限元軟件的兼容性， 建立工作臺(tái)的有限元模型；接著對(duì)有限元模型進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析得到系統(tǒng)的固 有頻率和振型；根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)設(shè)置工作臺(tái)的目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計(jì)變量和約束條件， 得到更符合實(shí)際的有限元模型，提高工作臺(tái)工作性能，從而達(dá)到優(yōu)化的目的。

本文采摘自“加工中心回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的動(dòng)態(tài)性能研究及優(yōu)化設(shè)計(jì)”，因?yàn)榫庉嬂щy導(dǎo)致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無(wú)法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章！本文由伯特利數(shù)控整理發(fā)表文章均來(lái)自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明！ span>