结构优化设计和创新设计新方法之变元法

结构优化设计的前提是要能结构出有大量可可供替代性的可能性方案，即结构出大的优化解法空间，这也是结构设计最不具创造性的地方。大量可可供搭配的可行性方案的取得并不是凭空想要出来的，必须用创造性的创意思维方法来系统的，有逻辑性的取得。创造性思维方法有多种：特性列出法、输出一输入法、形态分析法、启动时词法、类比法、移情法、检验表法、智囊团法等等。

下面我们只非常简单讲解结构设计逆元法。结构设计变元（结构设计变元思路：数量变元、形状变元、顺序变元、材料变元、方位变元、相连变元、尺寸变元、工艺变元）：结构设计方案空间（称作解法空间）是结构创意设计与优化设计的最重要前提。

结构设计变元有两层含义：其一，什么是机械结构的基本元素，其二，如何系统地、有规律地转变这些元素，从而产生多个可能性设计方案。点是线的基本元素，线是面的基本元素，面是构件、零件的基本元素，构件零件是部件的基本元素，部件继而构成机械设备。这些基本元素能用数量、大小、形状、方位、相互连接方式、表面特性、材料和工艺等变元来叙述，因此，结构设计解法空间的结构可以通过对基本元素的变元展开变化及其变化人组来构建。

用于结构设计逆元法可以通过转变以下基本元素来得出结论有所不同的解决方案：1）转变工作面的数量；2）转变工作面的方位；3）转变工作面的方位、形状和数量；4）转变工作面方位、形状和大小；5）转变工作面形状、方位和数量；6）转变工作面方位和形状；结构设计变元方法具体操作实例：摩擦轮副结构设计时，用于逆元法得出结论多种不同的可行性方案：结构设计变元的变化性质小结：1）数量变元数量是结构设计的一个基本变元，通过转变结构基本元素例如线、面、零部件的数量可以转变产品的功能和性能。2）形状变元：转变构件棱边或表面的形状也能获得多种可能性结构设计方案。表面形状种类多样：平面、柱面、球面、锥面、环面、椭圆面、双曲面、抛物面、渐开面、摆线曲面、螺旋面和各种自由面。

在机械结构中，平面、柱面用于得最多，因为，它们加工便利。多种形状的棱边、表面、元件、部件。

3）材料变元：材料变元有两种：一是转变材料的物性；二是转变材料相对于工作面的方位。转变材料的物性，即搭配有所不同的工程材料，往往同时预示着加工工艺的转变。钢的弹性模量比塑料小得多，所以某种程度柔度的弹簧结构上区别相当大。

4）顺序变元：通过转变结构元素的排序顺序，可以获得若干新的结构设计方案。5）方位变元：通过方位变化也可以获得新的结构设计方案。6)相连变元：相连变元有两层意思：一是连接结构，二是相连方式（工艺）。相连方式指有所不同的相连工艺。

机械中常用的相连工艺有：螺栓相连、銲接、焊、胶接、热压、冲压相连等。相连方式有所不同，结构设计方案也有所不同。7）尺寸变元：尺寸可以明显地转变结构。尺寸可以是长度距离，也可以时角度，也还包括圆的半径，椭圆的长短轴这些类似尺寸。

8）工艺变元：结构设计和工艺密切相关。有所不同的工艺，其生产成本、质量、承载能力有可能差异相当大。

少见的工艺有：工件、铸、切削、焊、剪切、锡焊、冲压、粘合等。

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