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由于人類可利用的資源是有限的，因此，優(yōu)化結構占據(jù)越來越重要的地位，已經陸續(xù)應用到建筑、造船、化工、冶金、交通、航空、機械制造、自動控制等領域.結構優(yōu)化的目的是以最少的材料，最低的造價，最簡單的工藝，實現(xiàn)結構的最優(yōu)性能，包括強度、剛度、穩(wěn)定性等目標。實踐表明，將有限元分析優(yōu)化方法應用于設計，不僅可以大大地縮短設計周期，顯著地提高設計質量，還可以解決傳統(tǒng)設計方法無法解決的復雜設計問題。
隨著結構優(yōu)化技術的發(fā)展以及與三維CAD技術的有機結合，傳統(tǒng)的機械結構設計流程正在悄然改變。在產品設計中，如能在產品設計中的各個階段靈活運用各種結構優(yōu)化技術，對于輕量化設計和創(chuàng)新設計具有非常重要的經濟意義。張軍指出CAE仿真分析在產品設計中的重要意義，提出企業(yè)應加強數(shù)字化設計；魏軍英討論了現(xiàn)代設計理論和方法在煤礦機械設計中的應用前景。
CAE (Computer Aided Engineering)是以計算機為工具，采用數(shù)值計算方法對產品結構的性能進行數(shù)值模擬，獲取結構的強度、剛度、穩(wěn)定性和疲勞壽命等性能指標，優(yōu)化結構的設計，為產品研發(fā)提供指導，為解決實際存在的工程問題提供改善的依據(jù)。隨著計算機技術的提高，在工程模擬仿真領域以及汽車、飛機、輪船、醫(yī)療設備、橋梁、消費類電子和機械等復雜產品的設計制造中，這些制造業(yè)的企業(yè)可以通過CAE縮短產品的面世時間、節(jié)約成本、提升產品性能等。
有限單元法是與彈性力學密不可分的，彈性力學是彈性體的力學問題的解析解法，而有限單元法是彈性體力學問題的數(shù)值解法之一，且應用靈活方便，適用范圍廣泛。有限元法在工程中最主要的應用形式是結構的優(yōu)化，如結構形狀的最優(yōu)化，結構強度分析，振動分析等等。有限元法在超過50年的發(fā)展歷史中，解決了大量的工程實際問題，創(chuàng)造了巨大的經濟效益。有限元法的出現(xiàn)，使得傳統(tǒng)的基于經驗的結構設計趨于理性，設計出的產品越來越精細，可靠性越來越高；李海鵬等人以I-DEAS軟件為分析工具，提出了既能夠提高其承載能力又能夠滿足生產工藝要求的“井”字形加強筋強化檢修孔蓋。張錫愛應用數(shù)學規(guī)劃法對邊坡壓實機的構件進行了結構優(yōu)化設計，使整機在具有較好的穩(wěn)定性的前提下，重量減輕12%。王洪欣采用人工神經網絡以及遺傳算法對龍門起重機結構系統(tǒng)進行優(yōu)化，獲得很好的設計效果。
隨著有限元計算建模理論、技術及分析軟件的發(fā)展，對實體進行有限元建模的研究不斷深入，并取得長足的進展。從最初的大量采用板單元或板、梁、簡單實體單元的組合方式，發(fā)展到目前廣泛采用的三維六面體、四面體單元，單元個數(shù)從很粗糙的以百計發(fā)展到較為精細的數(shù)以十萬計。有限元分析的精度不斷提高，也為本文所研究的軌座實體的拓撲優(yōu)化和強度分析打下了堅實的基礎。目前有限元建模主要存在兩個問題：1)模型的規(guī)模與計算的精度之間的協(xié)調，要想提高分析精度，就需要精確的模型，這樣問題的規(guī)模就非常大，對于計算條件的要求非常高，而且建模和計算所耗用的時間很長。而過度的簡化，則有損分析的精度。目前在網格的密度與計算精度之間沒有可供參考的量化關系，只能通過試驗驗證和局部模型修改的方法來進行處理。如何合理地簡化模型，簡化后模型如何修改，才能與實際吻合，成為研究中需要解決的問題；2)邊界約束條件的處理。
專業(yè)從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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