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1.2.3工作臺結構優(yōu)化的研究現(xiàn)狀

目前國內外在進行結構體設計過程中，無論單個零部件還是裝配體部件都要面臨一個問題一結構強度問題。結構強度問題一般需要從四個方面進行解決：結構應力方面、材料力學性能方面、強度理論^[2()]和振動理論。當前，大部分固體力學計算將結構應力方面的問題作為重點，而材料力學性能是通過材料實驗結合材料結構條件進行解決，強度理論則是在兩者聯(lián)合研究的基礎上創(chuàng)建與之相應的強度理論。具體而言，就是研究材料在復雜應力下發(fā)生破壞的規(guī)律，并建立一套與之相適應的強度計算準則及理論^[2()]，振動理論是在強度理論的基礎上進行模型建立、振動分析、參數(shù)識別等。

1、結構設計的兩個階段：傳統(tǒng)設計階段和優(yōu)化設計^[21]階段。

傳統(tǒng)設計主要是依靠工程師或設計師自身具備的理論和豐富的實踐經(jīng)驗根據(jù)客戶的需求進行設計，此過程需要不斷的修改和完善，主要過程包括：設計人員根據(jù)客戶要求首先進行概念設計、結構尺寸設計和材料選擇等準備，然后按照手冊要求進行受力分析開始進行初始方案設計，再根據(jù)結構分析的結果再去校核結構的剛度、強度等，如果設計的成本不符合要求還要進行修改，該過程效率太低、耗時太長、成本太高，已經(jīng)不適應當前市場快節(jié)奏的變化需求。

正是對現(xiàn)有結構設計方法的不滿足，才有了對結構優(yōu)化設計的迫切追求。優(yōu)化設計采用發(fā)散性思維，為達到目的“不擇手段”。根據(jù)客戶要求，在進行設計時，不再僅局限于機械工程領域，還要從其它領域進行考慮，總之就是要快速、高效的完成任務。這正是國外機床結構優(yōu)化快速發(fā)展的核心。

2、結構優(yōu)化的發(fā)展

從1960年論文開始提及“結構優(yōu)化”算起，到今天結構優(yōu)化發(fā)展成為一門獨立的學科已有五十多年^[22]。從原來只是將不同的設計方案進行比較得到最好的一個方案到現(xiàn)在不同理論進行交叉運用得到的結構優(yōu)化方案，結構優(yōu)化設計的發(fā)展經(jīng)歷了三個主要階段[^23]。第一階段是采用有限元數(shù)值分析手段，以結構截面尺寸作為設計變量，以常規(guī)單元(如桿件截面積、梁單元尺寸、膜或板以及殼單元的厚度等)的幾何變量作為參數(shù)，以減輕結構重量或減小結構尺寸，充分發(fā)揮材料的機械性能為優(yōu)化目標。其研究和應用已經(jīng)比較成熟，此階段被稱為截面尺寸優(yōu)化設計階段。第二階段主要研究如何確定連續(xù)體結構的邊界形狀或內部結構，例如桿系結構的節(jié)點位置優(yōu)化，連續(xù)體結構應力或溫度場分布優(yōu)化等。目前，在連續(xù)體結構形狀優(yōu)化設計中，只有在特別簡單的區(qū)域形狀中，才能對給定區(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)體結構的形狀優(yōu)化問題是幾何形狀優(yōu)化階段。第三階段是結構優(yōu)化設計階段。結構優(yōu)化設計就是通過一定的算法使得設計結果在滿足約束的條件下派生出一個或一組結構，因為派生的結構可能在幾何形式、單元形式等方面突破了初始結構的布局，故稱其為結構結構。在近二十年，結構結構優(yōu)化的設計研究更是得到了快速發(fā)展, 研究出了多個優(yōu)化模型，包括：變質量、變密度及均勻化等。優(yōu)化模型開始朝著以結構的剛度最大(也即柔順度最小)為目標，以體積或重量為約束的方向發(fā)展^[25]。

目前，回轉工作臺系統(tǒng)的結構部件比較多，而且各零部件之間有許多的連接方式，包括：電機與蝸桿通過聯(lián)軸器進行的連接，蝸輪蝸桿的連接，蝸輪與工作轉臺之間的連接，工作轉臺與轉臺座通過圓柱滾子軸承的連接等^[26]。所有對于回轉工作臺系統(tǒng)的結構優(yōu)化需要采用“動力學模型修正^[27] ”是非常困難的。當前對于回轉工作臺系統(tǒng)結構優(yōu)化的基本方法和思路可以總結歸納為：先在 CAD三維軟件環(huán)境中，如SOLIDWORKS,進行實體建模，以抓大放小的簡化原則，對模型進行合理簡化；其次利用CAD三維軟件和有限元軟件的兼容性，建立工作臺的有限元模型；接著對有限元模型進行試驗模態(tài)分析得到系統(tǒng)的固有頻率和振型；根據(jù)優(yōu)化目標設置工作臺的目標函數(shù)、設計變量和約束條件，得到更符合實際的有限元模型，提高工作臺工作性能，從而達到優(yōu)化的目的。

本文采摘自“加工中心回轉工作臺的動態(tài)性能研究及優(yōu)化設計”，因為編輯困難導致有些函數(shù)、表格、圖片、內容無法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡中查找相關文章！本文由伯特利數(shù)控整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡僅供學習參考，轉載請注明！ span>

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