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由于人类可利用的资源是有限的，因此，优化结构占据越来越重要的地位，已经陆续应用到建筑、造船、化工、冶金、交通、航空、机械制造、自动控制等领域.结构优化的目的是以最少的材料，最低的造价，最简单的工艺，实现结构的最优性能，包括强度、刚度、稳定性等目标。实践表明，将有限元分析优化方法应用于设计，不仅可以大大地缩短设计周期，显著地提高设计质量，还可以解决传统设计方法无法解决的复杂设计问题。
随着结构优化技术的发展以及与三维CAD技术的有机结合，传统的机械结构设计流程正在悄然改变。在产品设计中，如能在产品设计中的各个阶段灵活运用各种结构优化技术，对于轻量化设计和创新设计具有非常重要的经济意义。张军指出CAE仿真分析在产品设计中的重要意义，提出企业应加强数字化设计；魏军英讨论了现代设计理论和方法在煤矿机械设计中的应用前景。
CAE (Computer Aided Engineering)是以计算机为工具，采用数值计算方法对产品结构的性能进行数值模拟，获取结构的强度、刚度、稳定性和疲劳寿命等性能指标，优化结构的设计，为产品研发提供指导，为解决实际存在的工程问题提供改善的依据。随着计算机技术的提高，在工程模拟仿真领域以及汽车、飞机、轮船、医疗设备、桥梁、消费类电子和机械等复杂产品的设计制造中，这些制造业的企业可以通过CAE缩短产品的面世时间、节约成本、提升产品性能等。
有限单元法是与弹性力学密不可分的，弹性力学是弹性体的力学问题的解析解法，而有限单元法是弹性体力学问题的数值解法之一，且应用灵活方便，适用范围广泛。有限元法在工程中最主要的应用形式是结构的优化，如结构形状的最优化，结构强度分析，振动分析等等。有限元法在超过50年的发展历史中，解决了大量的工程实际问题，创造了巨大的经济效益。有限元法的出现，使得传统的基于经验的结构设计趋于理性，设计出的产品越来越精细，可靠性越来越高；李海鹏等人以I-DEAS软件为分析工具，提出了既能够提高其承载能力又能够满足生产工艺要求的“井”字形加强筋强化检修孔盖。张锡爱应用数学规划法对边坡压实机的构件进行了结构优化设计，使整机在具有较好的稳定性的前提下，重量减轻12%。王洪欣采用人工神经网络以及遗传算法对龙门起重机结构系统进行优化，获得很好的设计效果。
随着有限元计算建模理论、技术及分析软件的发展，对实体进行有限元建模的研究不断深入，并取得长足的进展。从最初的大量采用板单元或板、梁、简单实体单元的组合方式，发展到目前广泛采用的三维六面体、四面体单元，单元个数从很粗糙的以百计发展到较为精细的数以十万计。有限元分析的精度不断提高，也为本文所研究的轨座实体的拓扑优化和强度分析打下了坚实的基础。目前有限元建模主要存在两个问题：1)模型的规模与计算的精度之间的协调，要想提高分析精度，就需要精确的模型，这样问题的规模就非常大，对于计算条件的要求非常高，而且建模和计算所耗用的时间很长。而过度的简化，则有损分析的精度。目前在网格的密度与计算精度之间没有可供参考的量化关系，只能通过试验验证和局部模型修改的方法来进行处理。如何合理地简化模型，简化后模型如何修改，才能与实际吻合，成为研究中需要解决的问题；2)边界约束条件的处理。
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