摘要：隨著社會的進(jìn)步，生活水平的提高，人們對交通工具的要求也越來越高，這體現(xiàn)在對交通工具乘坐舒適性、安全性、外觀的美觀性等。

　　目前，我國大力發(fā)展高速列車的研究和使用。據(jù)報(bào)道，2010年5月27日，新一代高速列車“和諧號”380A首輛車在長春下線，最高時(shí)速可達(dá)380公里。對于高速列車這樣的復(fù)雜系統(tǒng)，傳統(tǒng)的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法已經(jīng)失去了作用，深層次動態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)法成為了必然的理論基礎(chǔ)。

　　振動機(jī)械是泛指利用振動原理而工作的機(jī)械，它是化工、冶金、建筑等領(lǐng)域常見的設(shè)備，雖種類繁多，但基本工作原理相同 。隨著振動機(jī)械向大型化發(fā)展，對機(jī)械性能的要求越來越高。例如對冶煉設(shè)備中的關(guān)鍵設(shè)備——振動篩的動負(fù)荷的要求隨即增大，所以在振動狀態(tài)下常會引起篩體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度不足，導(dǎo)致篩體變形過大，甚至使篩體出現(xiàn)斷梁、側(cè)板斷裂等故障，造成嚴(yán)重后果。以往對這種設(shè)備結(jié)構(gòu)上的不合理設(shè)計(jì)可能引起的故障缺少測試手段，因此往往在故障發(fā)生后才被重視，造成難以挽回的損失。隨著振動機(jī)械性技術(shù)的發(fā)展和社會對振動機(jī)械要求的不斷提高，傳統(tǒng)的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足要求，以非線性理論為基礎(chǔ)的深層次動態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的研究和應(yīng)用將會成為振動機(jī)械領(lǐng)域的主流方向。

　　隨著科技的發(fā)展，動態(tài)設(shè)計(jì)的廣度與深度正發(fā)生變化，總體上分為以下三個(gè)方向：1)就廣度而言，由狹義的向廣義的方向發(fā)展;2)就深度而言，由傳統(tǒng)的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)向深層次的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)展;3)就內(nèi)容而言，從一般機(jī)械的動態(tài)設(shè)計(jì)擴(kuò)展到包括振動機(jī)械在內(nèi)的動態(tài)設(shè)計(jì)。

　　深層次的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是以非線性動力學(xué)理論為基礎(chǔ)，使產(chǎn)品能夠獲得優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能，研究內(nèi)容包括以非線性動力學(xué)理論為基礎(chǔ)的動態(tài)設(shè)計(jì)和以非線性可靠性理論為基礎(chǔ)的機(jī)器及其零部件可靠性設(shè)計(jì)。

　　動態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容中最重要和最具廣泛性的問題。而目前機(jī)械設(shè)計(jì)中，以靜態(tài)設(shè)計(jì)為主，或采用傳統(tǒng)動態(tài)設(shè)計(jì)方法。但這對大型機(jī)械裝備來說，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要的。對重大機(jī)械產(chǎn)品設(shè)備進(jìn)行深層次的動力學(xué)設(shè)計(jì)，引入非線性動力學(xué)理論與方法，是十分必要的 。

　　現(xiàn)代機(jī)床要求高的加工精度和表面質(zhì)量，并具有高的生產(chǎn)率。由于加工過程存在各種振動，機(jī)床主軸受迫振動的干擾力主要來自軸上不平衡旋轉(zhuǎn)零件所產(chǎn)生的周期變化的慣性力和不均勻切削時(shí)時(shí)變的切削力。機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于強(qiáng)迫干擾諧振力引起主軸上工件或刀具切削部位的振幅等，使加工過程達(dá)不到預(yù)定的加工精度和表面質(zhì)量。

　　在汽車領(lǐng)域，汽車在行駛時(shí)，路面的不平度會引起汽車的振動。為提高汽車的平順性，減少其振動，一方面要改善路面質(zhì)量，減少振動的來源;另一方面要求汽車對路面不平度有良好的隔振特性。車輛的減振一般有三個(gè)環(huán)節(jié)，即輪胎、懸架和座椅，其中，起重要作用的是由彈性元件和阻尼元件構(gòu)成的車輛懸架系統(tǒng)。而車輛懸架系統(tǒng)是典型的非線性模型，只有利用深層次動態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)法才能建立其準(zhǔn)確的模型。

　　在機(jī)床設(shè)計(jì)方面，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法也得到了應(yīng)用，取得了一定的成果。在國外，Michigan大學(xué)的T.jiang和M.Chiredast[6]在應(yīng)用有限元法和動態(tài)分析的基礎(chǔ)上，提出一種數(shù)學(xué)模型來模擬機(jī)床結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)形式，建立整機(jī)的模型并對機(jī)床結(jié)合面的聯(lián)接件的位置和數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在國內(nèi)，西安交通大學(xué)張波、陳天寧[7]等在ANSYS環(huán)境中建立了機(jī)床主軸部件的有限元動力學(xué)模型，并對主軸部件進(jìn)行了靜、動態(tài)特性的計(jì)算和動態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)。他們建立了簡化的有限元動力學(xué)模型，在ANSYS中分析其前8階的模態(tài)頻率，確定動態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)，然后設(shè)計(jì)和修改主軸的結(jié)構(gòu)使之達(dá)到預(yù)期的動態(tài)特性。