矿泉水瓶脱标机结构优化设计思路

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　　矿泉水瓶脱标机结构设计过程中首先是定义概念设计阶段结构的设计原则，即确定基于载荷、先决条件以及可选设计空间内的一个初始设计解(原型结构)。该初始设计解在满足设计要求如强度、刚度或频率等约束的基础上，实现优化目标是重量最轻或者成本最优。概念设计阶段可以采用拓扑优化技术得到结构的基本形状，因为拓扑优化能够在给定的可设计空间(区域)内，根据指定的加载和边界条件计算出一个最优的初始设计方案，该方案即可作为一个设计样机，在满足矿泉水瓶脱标机性能的前提下采用尺寸或形状优化改善结构体重量或成本的详细设计过程打下基础。可以看出。拓扑优化和形状优化能够为结构方案设计提供科学的依据，使复杂结构及部件在概念设计阶段即可灵活地、理性地优选方案，这对工程界更具吸引力。
　　矿泉水瓶脱标机针对不同的结构优化设计方法有相近步骤，但是又在具体的优化方法及算法、优化重分析以及优化结构判断等有所不同。
　　针对结构优化，给出优化步骤和思路简略如下：
　　(1)指定允许优化的最大设计区域。
　　(2)对设计区域进行细密的有限元网格划分。
　　(3)设定所有几何和运动约束，施加载荷，设定单元材料属性。
　　(4)指定载荷和支撑之间最少的材料，或在最大设计区域内指定合适材料分布。
　　(5)指定优化参考标准，比如Von Mises应力。
　　矿泉水瓶脱标机结构优化最理想的目标是用某种方法能同时得到最优的拓扑、形状和尺寸，这也称为兰斟勾布局优化。结构布局优化可以理解为包含了前3种优化的主要内容，综合考虑结构件的尺寸、形状和拓扑的优化;既考虑外力的最佳作用位置及分布形式，结构的支承条件等，也考虑结构单元类型的优化。然而结构布局优化是一个非常困难的问题，其数学模型描述更为复杂，求解更困难。目前结构布局优化处于较低的研究水平，国内外很少见文献报道，是一个难以研究的领域。
　　目前，国内外对结构优化做了大量理论研究工作，侧重于方法和算法的研究。国外也出现的一些结构优化分析软件，如美国Altair公司的OptiStruct，德国Fe-design公司的Tosca，日本Quint公司的OptiShape以及ANSYS和NASTRAN中的优化模块等，往往也存在一些缺陷。如计算结果中易产生数值不稳定现象，优化求解效率不高(只能适用于中小规模的求解计算，大规模计算所花费的时间很长)，计算分析的对象存在一定限制(对目标响应函数和约束响应函数有一定的限劁，对于多目标和复杂目标函数适用范围有限)，优化应用的范围较窄，应用领域有待于进一步扩展(只能应用于结构静力学和动力学优化分析，对于温度场、流场、藕合场和柔性机构的优化还有待扩展)。不少国内研究机构目前在结构优化领域做了一些工作，如国内自主开发的结构优化程序DDDU和MCADS，能够处理尺寸优化、离散杆系结构优化和形状优化。


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