论文关键词:动态设计  动力学模型  有限元法  ANSYS软件

　　论文摘要:阐述了机械系统动态优化设计的概念、内容,介绍了机械系统动态优化设计相关技术。分析说明了机械系统动态优化设计是一项涉及现代动态分析,计算机技术,产品结构动力学理论,设计方法学等众多科学领域的高新技术,能把问题解决在设计阶段、代价小、周期短,能满足机械设备动态特性要求,能够适应当前激烈的市场竞争的需要。

　　随着高速切削技术的发展推动了各种数控机床的出现及迅速发展。新颖的机械结构系统使现代数控机床比传统的数控机床的运动速度提高了5-10倍，与此相应它对动态性能的要求比传统机床提高了很多倍。这就使得我国数控机床的水平与国际先进水平的差距更大。主要表现在:可靠性差、应变能力差、产品开发周期长、设计手段落后等，并且业内人士意识到我国数控机床的薄弱环节已从数控系统转移到机械系统。但传统的机床设计主要是经验设计和实验相结合，其步骤是:经验设计-样机试制--样机测试-改进设。这种方法耗费大量的人力和财力，且周期长，效果差。因此长期沿用的以经验设计为主的落后设计方法必须改变。

　　1 机械结构动态设计的发展

    传统的设计方法越来越难以满足市场的迅速变化，同时，很难综合考虑各方面的约束条件，得到的往往只是复杂问题的可行方案，而非最优方案，也难以很好的满足机械设备动态特性要求。对产品进行动态优化设计，可以在很大程度上解决此类问题，其特点是把问题解决在设计阶段;其优点是代价较小，能够适应当前激烈的市场竞争的需要。机械结构动态设计是一项涉及现代动态分析，计算机技术，产品结构动力学理论，设计方法学等众多科学领域的高新技术。其基本思想是对按功能要求设计的结构图纸或要改进的机械结构进行动力学建模，并做动特性分析。根据对其动特性的要求或预定的动态设计目标，进行结构修改，再设计和结构重分析，直到满足结构动特性的设计要求。

    1.1 机械结构动态设计的内容

    1.1.1 建立一个切合实际的动力学模型

    机械结构的动力学模型有着极其重要的作用。在机床设计阶段，建立动力学模型，可以进行动态分析和设计;预估机床结构的动态特性，分析薄弱环节，寻求改进措施;用数字仿真方法，比较各种设计方案和结构，并为设计自动化打下基础。建模的方法有:有限元法、传递矩阵法、实验模态法、混合建模法、利用人工神经网络理论建模。

    1.1.2 选择有效的结构动态优化设计方法

    结构动态优化设计是对系统设计变量的初始参数，通过计算，作出必要的修改，使机械机构的动态性能在规定的约束条件下达到最优。目前，动态设计的优化正处于发展与完善阶段，从现有的资料来看，系统的动态优化设计方法可分为3类:基于模态柔度和能量平衡的动态优化设计、基于变分原理的动态优化设计和基于最小值原理的动态优化。

    1.2 机械结构动态设计的关键技术

    机械结构动态设计的关键技术有:结构结合部参数的辨识;系统中阻尼矩阵的确定;模型的修正方法;以设计变量直接作为优化变量，实现结构动力学的求解方法;寻求更快速、更准确的结构动态特性重分析模型与方法。结构动态设计的发展主要集中在对关键技术的研究上，结合面在整机性能研究中的主要作用，最早是在1939年，德国柏林工业大学的一篇论文中提到的，而真正的研究则是1959年，前苏联的Reshetov和Levina所进行的，从此以后，世界各国的众多学者对其进行了大量的研究，也取得了大量的研究成果。随着人工神经网络技术和模糊设计技术的发展，国、内外许多研究人员把神经网络技术和模糊设计技术引人动态设计过程中，为结构动态设计提供了全新的思路。

　　2 相关技术

    对于复杂机械结构的动态设计，有限元法是一种应用广泛的理论建模方法。分析软件中最有名的是ANSYS公司的ANSYS。下面针对有限元法和ANSYS软件作一简单的介绍。