动态优化方法在农业机械设计中的应用研究

李玉芹

（宿州职业技术学院 安徽 宿州 234000）

0.前言

随着现代农业机械化发展，社会各界对机械设备振动过程中造成的损害及事故重视度也愈发提升。农业机械属于农业技术路线的选择核心，可实现农业生产水平的提升，凸显农业机械设备的应用优势，受到了社会各界的广泛关注与重视。就实际情况而言，传统农业机械设计，选择的是模拟优化方式，其目的是实现农业机械设备结构设计的优化[1]。但在实际应用中，这类设计方式会造成较大的误差，难以有效适应市场需求，无法保障农业机械生产质量与生产效率。动态优化方式属于一种新型的技术，能够实现机械振动的消减，及时消除噪声[2]。在农业机械设计中应用动态优化方式，可实现结构设计的最优性，实现模型深入研究，以此明确模型的动态特征，凸显出农业机械的动态性特点。

1.研究对象与方法

1.1 研究对象

以某区域的农业生产为研究对象，分析、阐述动态优化方法在农业机械设计中的应用，通过开展100 张问卷调查，总结其动态优化法的应用价值，其目的是实现农业机械设计最优化、最佳化，推动相关行业得到更好的发展提供有效指导意见。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

通过中国知网检索查阅近10年有关农业机械设计现状、农业机械设计未来发展等研究成果，分析了动态优化法的应用优势，翻阅了有关动态优化方法在农业机械设计中的应用书籍与资料，这为本研究提供有力的理论依据[3]。

1.2.2 问卷调查法

根据本研究需要，遵循问卷设计的有关规则和基本要求，设计了《农业机械设计现状调查表》、《农业机械设计动态优化法应用满意度》、《农业机械设计动态优化方案应用有效率》[4]。通过现场和邮寄的形式发放与回收。

1.2.3 专家访谈法

根据农业机械应用现状问题，通过与机械设计专家、动态优化方式研究学者开展有效访谈，帮助指导了问卷的制定及相关概念的界定。

1.2.4 实地考察法

对部分地区农业机械设备应用进行考察，对农业机械数学模型建设、动态优化方法在农业机械设计中的应用等方面获取直接资料。

1.2.5 数理统计法

运用EXCEL 软件，对调查结果统计与分析。

1.3 应用方案

约束条件优化方案、数字变量优化方案，对比两种方案的应用效果。

1.3.1 约束条件优化方案

严格遵循农业机械设计核心原则，确定机械结构特性参数，明确各项参数的变化范围。在满足农业机械设计荷载需求，约束条件情况下，应当先将机械设计结构质量参数、机械结构刚度参数、机械设备阻尼最优分布参数，以此保障机械设计结构优良具备动态性特点。

约束条件优化方案主要包括：（1）在变分原理基础上，将泛函数视作目标函数，在满足相关约束条件的基础上，设定函数极值；（2）遵循最小值原理，确定机械结构动态性能形状函数，在约束条件下求解，确保机械设备处于最优形状；（3）保障模态柔度与能量均衡，借助这类方式，将机械结构与机械刚度作为约束条件指标，满足柔度最优目标，以此保障机械设备抗振性能的良好性。

1.3.2 数字变量优化方案

就实际情况而言，大部分的农业机械均是连续振动，开展长时间工作。数字变量优化方案，通过与其他机械设计相比，可充分考虑农业机械设计振动情况，实现农业机械振动现象的消除，以此延长农业机械设备使用寿命，提升农业机械运行效率。

1.4 数学模型建设

1.4.1 有限元法

在农业机械设计阶段，动态优化方式得到了广泛应用，通过离散农业机械结构，在弹性力学基础上，遵循变分原理，实现机械结构荷载、几何、材料的约束，将机械结构划分为不同的小单位，构建动力学运动方程，以此求解机械结构，并实现计算结果的输出。通过实现输入结果的评估与分析，可为农业机械优化设计提供协助。需要注意的是，在有限元数学模型建设阶段，需要实现有限元数学模型的修正。

1.4.2 传递矩阵

传递矩阵方式与有限元法模型建设方式相比，前者更为简单，能够实现质量集中，确保连续系统模型分布质量。在实际应用中，传递矩阵能够为计算机程序编写提供便捷性，且计算规模并不会逐步增加。传递矩阵是在轴类组件基础上，研究结构的弯曲振动、扭转振动，遵循基本原理，参照相关原则，分别写出各自的矩阵，参照顺序，将传递矩阵相乘，以此获得轴类组件传递矩阵，逐步获取整个机械结构的数学模型[5]。

1.4.3 实验模态

实验模态法能够精准识别模态模型系统参数，简化系统内的数学运算流程、实验模态分析法主要应用在振动测量、机械结构动力学分析中，在实际应用中，可获得机械结构的频率、阻尼、质量、刚度等。实验模态方式能够与有限元法结合应用，实现有限理论模型的修正，确保农业机械设计更加合理、科学。农业机械设计阶段，应用实验模态能够实现机械动力学修改，机械运行灵敏度分析、机械荷载识别等。

2.结果与分析

2.1 问卷调查回收率

本文共发放100 份问卷，回收100 份问卷，问卷回收率为100.0%。

2.2 两种方案应用效果对比

常规设计方案调查问卷50 份，方案应用有效率为88.0%，无效占比12.0%，动态优化设计方案调查问卷50 分份，方案应用有效率为100.0%。因此，动态优化设计方案应用效果显著，值得推广应用。

表1 两种方案应用效果对比

动态优化设计方案之所以应用效果显著，考虑是因为动态优化设计方案设计较多的领域，包括：现代动态分析、机械结构动力学、计算机技术等。动态优化方案，在制定的运动参数条件下，保障工艺指标的理想型，以此确保动态优化设计阶段，运动学参数趋于最优值，动态优化设计方案主要包括：约束条件优化方案、数字变量优化方案。

2.3 两种方案使用满意度对比

常规设计方案使用满意度为90.0%，动态优化设计方案满意度100.0%，动态优化设计方案满意度优于常规设计方案使用满意度，组间数据对比，差异具有统计学意义，P＜0.05，如下表2所示。

表2 两种方案使用满意度对比

3.结论与建议

随着社会经济的迅速发展，科学技术水平得到了显著提升，在现代农业机械设计内应用动态优化设计方案，可实现现代农业机械设备应用范围的扩展。在产品研发与应用阶段，动态优化方式能够实现可靠性分析，安全性计算，明确设备的疲劳强度与工作寿命，以此实现现代农业机械设计、应用结构性能的提升，满足农业生产需求[6]。随着经济全球化发展，动态优化方式的应用愈发重要，可实现设计阶段各类问题的解决，切实减少生产成本，实现现代农业机械设计适用性的提升，以此确保我国农业在激烈的市场竞争中占据有利地位，以此推动农业得到更好的发展。

通过优化约束条件，可实现机农业机械设备柔度最优化，提升机械设备的抗振性能，以此促使农业机械设备处于最优结构状态。比如：想要实现农业机械设备结构抗振性能的提升，需要保障机械设备内部的各个零部件避免共振，采取有效措施，减少各个阶段模态柔度，以此实现模态阻尼增加。在这类情况下，设计人员可在无阻尼的情况下，不断优化机械设备的刚度与质量，以此实现阻尼配置的间接优化，以此满足机械结构特性需求。

数字优化方案是参照数字变量需求，在此基础上实现农业机械设计动态优化，以此实现农业机械运行质量的提升，保障农业机械运行效率。一般情况下，借助数字变量优化方案，能够优化设计方案。参照行业标准，依据传统设计经验，能够实现农业机械结构强度、规格数值的确定，以此保障农业机械设计的规范性，提升农业机械运行效率，保障农业机械使用阶段的安全性。总而言之，数字变量优化方案的应用，可实现数据精准性的提升，有农业机械现代化、信息化发展有十分重要的意义。

综上所述，动态优化方式的应用，可实现现代农业机械设计阶段的有效调节，在相关数学模型基础上，选择各种数学优化方式，可促使农业机械设计更加科学、合理。随着农业机械设计的迅速发展，需要保障现代农业机械设计的可行性，提升现代农业机械设计质量与效率。通过合理、科学应用优化设计方案，能够实现现代农业机械设计水平的提升，应用前景显著。