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工程设计与数学科学，对机械结构设计的效率与质量产生重要的积极影响。因此，机械结构动态设计就成为一项急需研究的重要课题。
1 机械结构动态设计的要求
最近几年，机械产品的振动、噪声等问题日益突出，设计者日益重视提升机械产品的性能。但为提升机械结构设计质量与水平，要求设计者必须重视分析机械产品试验模态，清楚了解机械动态特性，全面考虑输入速度波动、原动机激励影响、构件弹性变形以及运动副间隙等因素，考虑机械产品固有的频率和阻尼特性，对机械产品动强度以及运行振动状况进行分析。机械结构动态设计主要在于设计者要结合产品使用特性、性能要求，科学构建动力模型，优化设计流程，改进机械产品阻尼系数、弹性系数以及结构形式、构件尺寸等，在机械结构动态设计实践中细致分析薄弱环节，有机结合模型模拟状态，有目的、有针对性地改进[1]。同时，设计者在机械结构动态设计中要坚持完善各种各样的参数，合理选择变量信息，实现机械结构动态设计的最优化，并做好实践工作，使设计满足机械结构精细化的要求，构建高效的、稳定的机械结构模型，依托科学设计持续提高机械结构动态设计水平。
2 机械结构动态设计的策略建议
2.1 解决好机械结构逆向型问题
在机械结构动态设计中，逆向问题时最主要的问题之一，部分机械产品设计尽管与动态设计要求相符，但结构的相关参数无法和刚度矩阵有效结合在一起，因而设计者要重视解决好机械结构逆向型问题。逆向型问题指的是在机械结构设计中能满足动态特征需要，将系统结构参数转变成逆特征值，推理设计对象的信息，以便有效结合机械结构刚度矩阵与参数[2]。常用的方法是求解有限元逆特征值，通过对结构设计参数进行研究，采取线性求解方法得到机械结构尺寸的数值。
2.2 科学地应用计算机信息技术
为提高机械结构动态设计水平，设计者还应重视科学地应用计算机信息技术，将仿真技术引入动态设计，配合信息化建模充分体现出机械结构动态设计的自动化与智能化特性。具体而言，设计者在分析机械结构动态设计有限元时，要注意融合多学科知识，包括机械动力技术、虚拟技术等，增强机械结构动态设计综合性，在计算机环境里实现机械结构动态设计。与此同时，设计者依托计算机信息技术，按照机械结构动态设计要求，形成虚拟环境状态，促进人们开发、发展虚拟机械设备，即便在机械结构动态设计中存在误差，也可迅速在虚拟计算机环境里更改，减少设计计算量，在保证提高机械结构动态设计效率与质量的同时提高机械产品的精确度。
2.3 加强机械结构动态设计应用
现阶段，很多机械均在连续大震动的情况下工作，所以在应用机械动态动态设计时要考虑利用振动，消除有害振动，一般流程图如下图1所示。
具体而言，在应用机械结构动态设计方法设计机械产品时，设计者先要科学设定结构设计目标，明确设计的思路与策略，并在后续设计实践中全面贯彻落实所提目标[3]。如果某一个目标参数有问题，将会造成机械结构的某个部分或方面发生问题，从而对机械结构的整体性能产生直接影响，严重时还会引发安全与质量问题。所以设计者在实践中必须考虑全面，站在全部結构性能层面考虑部分结构性能，确保机械结构的安全性、无害性、耐久性、适用性、优越性与经济性。尤其是在对机械结构的改进设计中，设计者要在动态设计阶段正确把握结构固有的阻尼比、振型、频率，减小整体振动幅度，同时提高各阶模态刚度，预防构件出现疲劳破坏问题，预防机械结构失稳，预防发生共振。
在构建动力学模型之前，设计者务必要对设计图纸进行严格的核对，了解设计意图，同时明确参数要求，尽可能降低模型的误差；在有效建立动力模型之后，设计者要对自由振动方程进行求解，并对结构振动特性进行分析；按照分析结果，依托外部激励分析动力响应，对结构振动的稳定性做出评估，消除不确定的运行因素，全面提升机械结构的稳定性，显著优化机械结构的性能。如果在分析时发现机械机构中的某一项指标无法适应动态设计的要求，或无法达到机械结构动态性能标准，就需要按照相应的要求改进机械结构设计，直到满足要求、达到标准。如果某阶固有频率和工作频率的间距较近，就要改变机械结构的物理参数，采取灵敏度分析方法实施修改与分析操作，主要包括直接求导法、伴随结构法。直接求导法指的是分析系统特征值，目标明确、推导简单，而伴随结构法的原理类似于结构力学虚工作原理，需要设计者基于机械结构动态特性科学选择具体的分析方法。如果某阶模态振型有较大的变形，就表示该部位较为敏感，要修改其物理参数。只是在对机械结构动态设计的实践应用中要注意选择好的软件，避免软件性能对设计效率产生不利影响。因为一旦软件界面出现问题，不但对设计有干扰，还会使设计难度有所增加，必须科学选择具备模块化特征的、界面友好且集成度高的软件。
3 结束语
机械结构动态设计是一个十分专业的、复杂的过程，广泛涉及电子、数学、动力等知识，且技术结构的多样性使得机械结构动态设计获得重要技术支撑，促进机械制造事业的快速发展。今后，机械结构动态设计还需要人们不断思考、分析、探索，只有坚持完善和提升技术力量，才能不断优化机械结构动态设计，使机械结构设计更好地适应科技的变化，推动机械制造行业蓬勃发展。
参考文献
[1] 房灿.机械结构优化设计应用与趋势研究[J].科技创新与应用，2016，（18）：137.
[2] 乔石，邵婉.当前机械结构设计中的创新设计分析[J].中国新技术新产品，2015，（22）：189.
[3] 葛建伟.数控机床机械结构设计与制造技术的发展新动态[J].工业设计，2016，（07）：152，154. |
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发表于 2022-2-27 19:41:37