结构优化设计和创新设计新方法之变元法

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、位置变元、连接变元、尺寸变元、工艺变元）： 结构设计方案空间（称为解空间）是结构创新设计与优化设计的重要前提。结构设计变元有两层含义：其一，什么是机械构造的基本元素，其二，如何系统地、有规律地改变这些元素，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，部件继而组成机械设备。这些基本元素可用数量、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描述，因此，结构设计解空间的构造可以通过对基本元素的变元进行变化及其变化组合来实现。

使用结构设计变元法可以通过改变以下基本元素来得出不同的解决方案：

1）改变工作面的数量；

2）改变工作面的位置；

3）改变工作面的位置、形状和数量；

4）改变工作面位置、形状和大小；

5）改变工作面形状、位置和数量；

6）改变工作面位置和形状； 结构设计变元方法具体操作实例：  摩擦轮副结构设计时，使用变元法得出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，通过改变结构基本元素例如线、面、零部件的数量可以改变产品的功能和性能。

2）形状变元：

改变构件棱边或表面的形状也能得到多种可能性结构设计方案。表面形状种类繁多：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、柱面使用得最多，因为，它们加工方便。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：一是改变材料的物性；二是改变材料相对于工作面的位置。改变材料的物性，即选用不同的工程材料，往往同时伴随着加工工艺的改变。钢的弹性模量比塑料大得多，所以同样柔度的弹簧结构上区别很大。

4）顺序变元：

通过改变结构元素的排列顺序，可以得到若干新的结构设计方案。

5）位置变元：

通过位置变化也可以得到新的结构设计方案。

6)连接变元：

连接变元有两层意思：一是连接结构，二是连接方式（工艺）。连接方式指不同的连接工艺。机械中常用的连接工艺有：螺栓连接、铆接、焊接、胶接、热压、冲压连接等。连接方式不同，结构设计方案也不同。

7）尺寸变元：

尺寸可以显著地改变结构。尺寸可以是长度距离，也可以是角度，也包括圆的半径，椭圆的长短轴这些特殊尺寸。

8）工艺变元：

结构设计和工艺密切相关。不同的工艺，其制造成本、质量、承载能力可能差别很大。常见的工艺有：切削、铸造、锻造、焊接、剪切、锡焊、冲压、粘结等。