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機械產品與人們的生活以及生產活動的開展緊密相連，但是隨著社會的快速發展，市場經濟成為主導，機械生產企業之間競爭加劇，很多企業遭遇到越來越多的挑戰，比如居高不下的生產成本以及較長的生產周期，都成為這些企業急需突破的關鍵要點。越來越多的機械生產企業在通過應用結構優化設計方法以后，發現能夠在保證質量的前提下實現成本的下降與生產周期的縮短，大大提升了企業的上產效率以及經濟效益。本文就將借用《機械結構優化設計（第2版）》一書，重點挖掘下機械結構優化設計的應用以及探討其發展趨勢，以供大家參考。

由北京理工大學出版社出版、姚壽文，崔紅偉所著的《機械結構優化設計（第2版）》一書共有八個章節的內容。第一章是本書的緒論部分，主要講解了結構優化的基本思想、結構設計基本過程、結構優化問題的通用數學描述、三種類型的結構優化問題以及離散和分布參數系統；第二章是有關離散結構優化建模與分析的內容，該章重點講解了何時應力約束兩桿桁架質量最小、應力和穩定約束兩桿桁架質量最小、應力和位移約束兩桿桁架質量最小、應力約束三桿桁架質量最小、剛度約束三桿桁架質量最小；第三章是有關凸規劃基本理論的內容，主要涉及優化設計問題的極值、局部極值和全局極值、函數的凸性、KKT條件、拉格朗日對偶法；第四章介紹了序列顯式凸近似方法，該章主要內容有嵌套問題的一般求解過程、序列線性規劃、序列二次規劃方法、凸線性化、移動漸近線法；第五章介紹了離散結構柔度優化問題，主要講解了問題描述的方法、嵌套方程及其特性以及嵌套方程數值解；第六章是靈敏度分析的基本方法講解，具體有數值法與解析法，同時也指導了如何對虛載荷進行解析計算第七章是二維形狀優化的講解，該章主要內容有形狀表達方法、幾何設計約束的處理、網格劃分和結點靈敏度計算以及二維形狀優化的靈敏度分析總結；第八章是對二維連續體拓撲優化的講解，該章具體內容有二維彈性體、優化設計問題、99行拓撲優化MATLAB程序。

本書結構簡單，內容安排合理，適合作為機械類專業高年級本科生、研究生的教材使用，也可供相關研究人員或技術人員參考。針對當下機械機構優化設計的應用方法，結合《機械結構優化設計（第2版）》一書，筆者將從以下幾點闡述機械結構優化設計的應用及趨勢研宄。第一，機械結構優化設計的應用。機械結構優化設計的初衷是為了提升機械產品的性能，降低生產成本以及縮短生產周期，而機械結構作為實物，具有形狀、尺寸、材質等天然特性，因此機械結構優化方向也會以其特性調整作為優化基礎，甚至會配以相互間的整合，實現優化效果的完成。具體的優化方法有：結構設計形狀優化、結構設計尺寸優化、結構設計拓撲優化、結構設計動態性能優化、多學科結構的優化設計等等。但是選用那種優化方法，或者是否進行多元優化方法的融合，則是需要遵循一定的科學步驟才行。

首先需要確定機械結構優化設計的目標函數，以作為優化設計的技術指標要求；其次需要確認好設計函數變量，這些變量一般取值于產品的弧度、長度、厚度等；再者設定好優化條件，確保優化設計可控、可實現；最后再進行方案評定，對多個設計方案進行評價分析，以確定最佳方案。第二，機械結構優化設計的發展趨勢。隨著計算機技術的快速發展，機械結構優化設計將計算機技術做為設計輔助將能夠獲得很好的助力。比如借助計算機的建模能力，能夠更加全面且直觀地獲得產品優化設計中的各類參數，從而能夠更為快速的發現設計中的局部不足，從而能夠進行調整和替換，進一步提升優化設計的效率；比如借助計算機機的計算能力，將設計優化限定條件、優化函數方程導入計算機，能夠準確快速地獲得設計函數的值，并且在此過程中，通過對比，能夠快速獲得最優解，實現勞動力的釋放，提升設計優化工作效率以及成本的控制。同時隨著科學的發展，人們越來越注重多學科的知識疊加，以實現處理能力的提升。

機械產品本身涉及物理、化學、數學等多學科領域的知識，產品的生產涉及經濟學等，因此需要設計者進一步提升自身多學科協同優化設計的能力，能夠在不同的階段，結合產品需求、外圍環境，制定機械結構設計優化的多元化、協調化方案，從而真正實現結構設計優化設計的最大價值，提升機械企業的核心競爭力。

作者：滕碩 吳小平