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摘要：随着社会的发展，我国的机械工程建设的发展也有了进步。机械生产企业想要提升市场竞争力，需加强产品优化设计和研发，加强产品性能，并及时更新换代。随着市场快速发展，单一化生产模式逐渐转变为多样化生产方式，通过优化机械结构设计，可以有效降低产品成本，并缩短生产周期，提升企业的市场占有率，在满足市场需求同时提升企业自身竞争力。
关键词：机械结构；优化设计；应用；趋势探究
引言
在机械工程领域存在着大量复杂机械结构，它们具有以下特点：零部件较多且连接方式复杂，而且它们通常工作于复杂的工作环境，工作时会受到各种静动载荷、温度、噪声等作用。用传统的整体优化方法对这些复杂结构进行优化设计时会涉及到很多错综复杂且耦合在一起的设计变量和约束，导致求解非常困难，而且会耗费大量的计算时间，常常得不到期望的结果。因此，针对复杂结构的合理优化设计一直是工程实际的迫切需求。分层优化是解决复杂机械结构优化问题的一种有效手段，采用分层优化可以将一个大型复杂的结构的优化问题分解为相对较简单的子层问题，子层问题相对于整体问题来说计算规模较小且易于求解，然后通过合理的层间协调得到整体优化问题的结果。
1机械结构设计中的创新设计必要性
随着我国社会经济的进一步发展，科学技术也在不断创新。因此人类在开展各项活动中对于相关机械设备的要求很高，这就要求各行各业在开展及其应用的过程中，应当推动机械结构设计创新，通过应用一系列创新设计方法，最终提高机体结构的设计效果，从而满足人类对于这些设备的需求。通过对机械结构设计进行创新，也能够减少机械设备在运行过程中出现的问题，工作人员也能够对机械设计相关理念以及要求有全面地了解，除此之外，在进行机械结构设计创新的过程中，应当与思维两者相结合，通过强化机械结构模块与模块之间的衔接，最终优化机械结构的相关性能，保证机械设备能在应用过程中能够发挥自身的最大效用。与此同时，在机械结构设计的过程中也会受到一些外界因素的干扰，通过加强机械结构的创新设计，能够提升机械结构的最终设计效果，在确保设计水平的同时，也能够提高设备的安全质量。
2机械结构优化设计应用现状研究
随着社会发展需求变化以及科学技术发展，市场对产品的需求种类和质量要求有很大提升，各个企业都在加强自主创新，产品更新换代速度较快，多品种化的生产模式成为了市场主流。企业为了能提升市场占有率，不仅需考虑产品制作成本，还需考虑生产周期，因此，需从机械结构设计方面着手，提升生产效率。科学优化机械结构设计，通过改变结构形式增强机械功能，可以帮助企业快速的攻占市场，缩短生产周期，提升产品质量，满足市场的需求。机械功能优化设计从上世纪就已经被提出，其属于一种新型的学科，是将优化理论与结构设计相结合，结合生产实际在多个方案中选择最为科学合理的设计方案，保障机械结构质量有所提升。在我国建筑行业、交通、冶金以及航空等领域中优化设计被广泛应用，其社会经济效益显而易见。因此，机械结构优化设计的应用具有广阔的前景，需要专业人员加强技术研究和掌握。
3机械结构设计中的创新设计
3.1材料
在进行机械结构设计的过程中，材料对设计的整体效果具有十分重要的作用，因此作为设计人员应当通过全面的调研，明确周围环境，并选择与环境相吻合的材料，只有这样才能够确保机械结构设计的最终效果。
在进行机械结构设计之前，作为工作人员应当对机械结构材料进行整体全面的分析，通过对比材料的使用价值以及性能，使其能够迎合机械结构创新设计的要求，选取与之相对应的材料，一些机械结构十分复杂，因此，在进行设计之前，也应当加强对于机械结构设备的材料创新，避免在设计过程中由于材料不对应从而最终影响机械的应用性能，提升最终的设计效果。工作人员应当严格把控在机械结构创新设计过程中可能出现的问题，如果发现存在设计不合理的情况，应当立即加强对于收集材料的优化处理工作，通过全面落实机械结构创新设计的合理化，保证机械结构在运行过程中状态，确保结构与结构之间能够相互衔接，最终形成一个整体，推动机械设备制造的可持续发展。
3.2零件数量
在进行机械结构设计的过程中会包含很多零件。而这些零件在结构、作用、效果等各方面都存在着很大的差异性，因此相关设计人员在进行机械结构创新设计的过程中，一定要了解这些零件数量，只有这样才能够真正体现这些零件在机械结构设计过程中的真正作用，作为设计人员在进行设计之前，应当对可能出现的数据进行计算和推演，了解零件的性能和作用，并按照规定的程序展开设计，对于一些不合理的零件，应当及时更换或是改进，避免在机械结构设计的过程中由于零件质量或许数量出现问题，而导致机械在使用过程中存在误差。因此相关工作人员在进行机械结构创新设计时，应当从零件性能、零件数量等各方面进行创新，从而减少由于零件缺少或者是合并而产生的问题，最终提升机械结构的整体性效果，这对提高机械结构应用综合性有着十分重要的意义。在进行创新的过程中，工作人员应当全面考虑到设计要求以及机械具备的使用价值，只有这样才能够保证机械数量的合理性，确保最终的规模满足相关部门的要求，通过降低设计的难度，从而提高机械应用的实际效果。
3.3按结构优化层次进行分层优化
机械结构优化设计要综合机械结构各方面的要素、安装要求、工作条件等等，从而对结构进行优化设计。复杂结构的组成单元较多且类型较复杂，而且结构通常会受到行业规范、材料和工作环境等多方面的限制，所以大多数结构都属于多工况下离散变量结构优化设计，导致这些复杂结构的目标函数和约束函数错综复杂，因而增加了问题的求解难度。而且，在一个复杂机械结构问题中进行整体优化求解，其弊病不仅是因为变量太多、问题规模太大而难于求解，更重要的是由于截面、节点和拓扑结构所对应结构优化不同层次，对结构力学性态影响的大小与性质的不同，导致各层次变量收敛速度不一致。在优化问题中，给定参数越多越重要，而可变参数（或称设计变量）越少或越次要，那么优化层次就越低。反之，则优化层次越高。因此可将结构优化问题按优化层次的高低分为尺寸优化层、形状优化层和拓扑层优化层。尺寸优化层，即在结构的类型、材料、几何外形以及结构拓扑已经给定的前提下，以构件的截面尺寸为设计变量进行优化设计。形状优化层，即给定结构的类型、材料以及结构拓扑的前提下，以构件截面尺寸和节点坐标为设计变量进行的优化设计。拓扑优化层，即给定结构的类型和材料的前提下，以构件的截面尺寸、节点坐标、单元和节点的存在标志以及数量为设计变量进行的优化设计。然后通过层间优化结果相互协调得到优化问题的最终结果。
结语
创新设计对于机械结构设计的可靠性以及实用性具有十分重要的作用，这能够直接提现当下我国机械设计的水平，因此通过将创新设计应用于机械设计中能够对传统的机械设计进行优化，进而推动机械制造业健康发展。
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．
［2］杨天平，唐宏．机械结构优化设计应用与趋势分析［J］．电子制作，2013．
［3］张钟文．试析机械结构优化设计的应用及趋势［J］．装备制造技术，2016．