汽车座椅强度仿真分析及优化
Static Strength Analysis and Structure
Optimization by FEM in Vehicle Seat
宋广晶，李翠萍，朱莉，牟雪雷，刘加林，王志奇
（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，保定071000，中国）摘要：本文基于HyperMesh软件建立座椅强度仿真分析的有限元模型，通过 HyperView 后处理提取分析结果，得到了整个分析过程中座椅的变形过程及应力分布情况，并对模拟结果进行了优化，同时对优化结果进行了计算验证。
关键词：汽车座椅；强度；仿真分析；优化;HyperMesh
Abstract：A finite element model of an automobile seat strength was established using HyperMesh. The distortion and stress distribution was displayed by HyperView . The model was optimized , while the optimization results was verify by calculations.
Key words：Automobile seat；Strength ;Simulation analysis；Optimization；HyperMesh 前言
随着汽车保有量的日益增加，人们对汽车安全性能的要求越来越高。汽车安全性能分为主动安全性和被动安全性，被动安全性在汽车工业中更是发展迅速的领域。汽车座椅强度是汽车被动安全的一个重要指标。
GB 15083-2006标准中要求[1]，当座椅处于制造厂所规定的正常使用位置时，构成行李舱的座椅靠背或头枕应具有足够的强度以保护乘员不因行李的前移而受到伤害。试验的过程中及试验后，如果座椅及其锁止装置仍保持在原位置，则认为满足此要求。
在试验期间，允许座椅靠背及其紧固件变形，但是被测座椅靠背向前方移动的距离不能超过座椅的R点前方100mm处的一横向垂面，被测座椅头枕向前方移动的距离不能超过座椅的R点前方150mm处的一横向垂面。
一、模型搭建
利用HyperMesh中MidSurface（提取中面）功能抽取中面[2]建立有限元模型。搭建被测汽车座椅骨架模型和地板模型，在不影响正常分析结果的前提下适当简化了运算模型见图1。
钣金件之间的焊点和螺栓用刚性连接模拟。其中座椅骨架采用壳单元进行网格划分，单元长度基准为10mm，最小单元长度不小于5mm，最大单元长度不大于13mm的规则来划分网格。建立完成的有限元模型共有节点28640个，壳单元23477个，体单元7718个，刚性连接694个。
表1座椅骨架材料 材料 厚度/mm 直径/mm
Q195 2.0
Q195 5.0
SPHC 1.5
SPFH780 3.0
SAPH44
2.6 QSTE42
4.0 QSTE34
0 3.0
Q235 6.0
DC06 1.4
B340LA 1.0
利用HyperMesh 软件LS-DYNA 模块对图1模型进行边界条件的加载及其附属性（材料参数和厚度），其中座椅骨架所用材料及厚度/直径见表1。模型的加载过程按照标准GB15083-2006《汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法》4.15.1中的要求进
4.1
5.1中的要求进行加载，发生碰撞前，行李箱模块以50km/h 的初速度做减速运动，减速
度为
20g 。
二、仿真分析
经Ls-dyna 求解计算[3]，通过HyperView 后处理提取分析结果，后排座椅的运动趋势如图2所示。其中（a ）～ （d ）表示 0～0.12s 后排座椅的运动趋势，从（d ）图中靠背骨架及头枕靠背骨架均超出标准平面，靠背骨架超出参考平面43mm （x 方向垂直距离），头枕骨架超出参考平面70mm （x 方向垂直距离），不能满足法规要求。
三、原因分析
图3为行李箱模块与座椅靠背发生碰撞后，模型的应力云图[4]。从图中可以看出，应力最大值为500MPa 以上，主要集中在座椅调角器的支架位置，最大值为510.8MPa ，其余部
后排座椅运动趋势 （a ） （c 70mm
位的应力均处于400MPa以下。
图4为行李箱模块与座椅靠背发生碰撞后，模型的位移云图。从图中可以看出，最大位移发生在头枕骨架，位移量为1321mm，且超出参考平面，不满足法规要求，并且座椅靠背骨架中上部严重变形，位移量较大，影响了座椅乘坐安全性。
图5为座椅的严重变形区域，其中图（a）为调角器支架的变形图，图（b）为调角器
主板的变形图，从图5中可以看出，调角器支架、调角器主板都发生严重变形，是导致行李箱与座椅发生碰撞后座椅头枕和骨架超过参考平面的主要原因。
造成座椅骨架损坏件较多的原因主要有：
1）座椅靠背骨架整体结构强度不够、调角器支架材料强度及主板结构强度差，不足以提供行李箱在碰撞过程中的支撑力；2）调角器强度差，降低了调角器主板和调角器支架的整体刚度。
（a）调角器支架变形（b）调角器主板变形
图6优化后座椅骨架
图4 后排座椅位移云图
图5 后排座椅严重变形区域
图3后排座椅应力云图
调角器支架
（新增翻边结构）
调角器主板
（新增加强筋结构）新增加强管梁
四、优化与计算验证
参考模拟结果，对座椅骨架进行优化如图6所示，其中1）合理增强座椅靠背的强度，采用在座椅靠背骨架增加加强板方案；2）合理增强调角器主板的结构方案，采用增加加强筋；3）合理增强调角器支架，增加翻边方案，还可采用材料屈服强度较大的材料。
并对优化后的模型进行计算验证，验证结果如图7所示，改进后头枕杆及座椅骨架均未超出参考平面，靠背骨架距标准平面77mm （x 方向垂直距离），头枕骨架距参考平面98mm （x 方向垂直距离），满足法规要求。
图7改善后座椅强度分析有限元模型
五、结论
针对被测汽车座椅，利用HyperMesh 、LS-dyna 、HyperView 有限元软件，依据GB15083法规进行了座椅强度仿真分析，从中可以观察整个碰撞过程中座椅系统各部件的形状、应力等变化过程，从而方便设计人员对其结构及材料进行优化和改进。利用有限元分析的方法，在产品开发前期，设计阶段避免设计重复，缩短产品开发的周期、节约产品成本。 参考文献
[1] 中华人民共和国国家质量监督检查检疫总局，中国国家标准化管理文员会. GB
15083-2006汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法[S]. 北京：中国标准初版社，2007
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[3] 韩峰 陈现岭 座椅行李箱冲击仿真分析[J]. 汽车工程师, 2012（11）：45-47.
[4]徐中明 郝炜雅 张志飞等 汽车座椅强度及碰撞仿真分析[J].重庆大学学报2009（5）513-515 98mm
77mm
用r o m a x软件进行齿轮强 度分析及齿形优化流程-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
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图2.2 增加一个轴组件 (3) 建立轴各段的截面形式、直径和长度，如图2.3。 设置轴各段的长度、截面直径、圆 图2.3 建立轴各段的直径、长度及截面形式 (4)当建完轴后，点击增加轴承按钮，打开轴承增加页面，选择符合要求的轴承。
增加轴承按 选择轴承界 图2.4 增加轴承界面 (5) 指定轴承安装在轴上的位置，如图2.5。 设定轴承在轴上位 图2.5 设置轴承位置截面
试验优化设计与分析(教材) 成果总结 成果完成人：任露泉，丛茜，杨印生，李建桥，佟金成果完成单位：吉林大学 推荐等级建议：二等奖
1.立项背景 在现代社会实现过程和目标的最优化，已成为解决科学研究、工程设计、生产管理以及其他方面实际问题的一项重要原则。试验优化技术因其具有设计灵活、计算简便、试验次数少、优化成果多、可靠性高、适用面广等特点，已成为现代设计方法中一个先进的设计方法，成为发达国家企业界人士、工程技术人员、研究人员和管理人员的必备技术，它对于创造利润和提高生产率起着巨大的作用。因此在我国为了赶超世界先进水平，促进科研、生产和管理事业的发展，编著相关教材，大力推广与应用试验优化技术，不仅具有普遍的实际意义，也具有一定的迫切性。 20世纪80年代初，鉴于国民经济建设实践和科学技术研究中对试验优化技术的广泛需求，为推动教学改革、提高教学质量，任露泉教授对试验优化理论与技术进行了深入系统研究，为本科生开设了“试验设计”课程，为研究生开设了“试验优化技术”课程，并于1987年由机械工业出版社出版了教材《试验优化技术》，产生了很高的学术与技术影响。 2001年任露泉教授在《试验优化技术》一书的基础上编著了《试验优化设计与分析》教材，由吉林科技出版社出版发行。该教材是对1987年出版的《试验优化技术》的修改、补充和发展。作者根据对试验优化的教学和科研应用的多年实践与体会，为适应读者学习与使用的实际需要，调整修改了原书中的部分内容和一些方法的设计程式；补充了一些试验优化设计的新方法、新技术；增添了试验优化的一些最新应用实例；并增加了试验优化分析一篇。 本教材2001年获吉林省长白山优秀图书一等奖，2002年被遴选为教育部全国研究生教学用书，再次出版发行，2004年获吉林省教学成果一等奖。 2.教材内容 本教材万字，共分三篇二十一章。第一篇试验设计，除正交设计、干扰控制设计与数据处理等常用技术外,还介绍SN比设计、均匀设计、广义设计、调优运算及稳健设计等正交试验设计技术的拓广应用和现代发展的最新方法；第二篇回归设计，除各种回归的正交设计、旋转设计、饱和设计、多项式设计、还介绍多次变换设计、交互作用搜索设计、混料设计以及D-最优设计等回归设计技术的进一步完善与最新应用技术；在第三篇试验优化技术分析中,介绍了试验数据处理过程中经常遇到的难题及其解决办法，数据分析的最新研究成果及其应用实例。例如：有偏估计、PPR分析、探索性数据分析等；此外还介绍了试验优化的常用统计软件。 3.教材特点
用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程 （吕浚潮） 目录 1.建立流程目的 2.用romax软件建模过程 3.强度分析过程 4.齿轮优化过程 4.1 齿向优化 4.2 齿廓优化 5.结论 1.建立流程目的 用romax软件对齿轮及轴进行建模，首先进行强度分析。由于轴、轴承、齿轮的变形及受载，必然导致轮齿变形及及错位，减小单位啮合长度的最大载荷及传递误差（减小啮合噪声），对轮齿进行齿向及齿形修形，这样可以有效减小啮合线单位长度上的载荷，减小载荷突变，可减小啮合噪声。 2.用romax软件建模过程 本部分简要地阐述了用romax软件建立换挡机构的过程，按先后顺序建立轴、轴承、齿轮，然后装配到一起，最后设置边界条件，建立分析工况。具体过程如下： (1) 通过菜单栏的components按钮增加一个组（add New assemble/component），弹出图2所示对话框。 图2.1 为模型增加一个部件 (2) 首先增加一个轴组件，如图2.2，单击ok按钮。
图2.2 增加一个轴组件 (3) 建立轴各段的截面形式、直径和长度，如图2.3。 图2.3 建立轴各段的直径、长度及截面形式 (4)当建完轴后，点击增加轴承按钮，打开轴承增加页面，选择符合要求的轴承。 设置轴各段的长度、截面直径、圆锥方向
增加轴承按钮 图2.4 增加轴承界面 (5) 指定轴承安装在轴上的位置，如图2.5。 设定轴承在轴上位置 图2.5 设置轴承位置截面 (6) 按上述方法，把换挡机构的主轴、副轴全部建完。然后按图2.1，增加一个齿轮部件，如图2.6。
增加一个齿轮部件 图2.6 (7) 继第6步，出现齿轮参数选择界面，如图2.7，选择齿轮类型（直齿或斜齿），螺旋角，螺旋方向，模数，主动齿轮或被动齿轮，压力角等参数。 设置齿轮的模数、压力角、直(斜)齿、主被动形式 图2.7 齿轮参数选择界面 (8) 单击next，进入齿轮参数设置页面，设定齿轮的齿宽、变位系数、齿顶高系数、齿根高系数、齿顶倒角、齿根倒角、跨齿数等参数。
例题3 钢框架结构分析及优化设计 1
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例题钢框架结构分析及优化设计1.简介 本例题介绍midas Gen的优化设计功能。例题模型为带斜撑的六层钢框架结构。(该例题数据仅供参考) 基本数据如下： 轴网尺寸：见图2 柱:HW200x204x12/12 主梁：HM244x175x7/11 次梁：HN200x100x5.5/8 支撑：HN125x60x6/8 钢材：Q235 层高：一层 4.5m 二～六层 3.0m 设防烈度：8o（0.20g） 场地：II类 设计地震分组：1组 地面粗糙度；A 基本风压：0.35KN/m2； 荷载条件：1-5层楼面，恒荷载4.0KN/m2，活荷载2.0KN/m2； 6层屋面，恒荷载5.0KN/m2，活荷载1.0KN/m2； 1-5层最外圈主梁上线荷载4.0KN/m； 6层最外圈主梁上线荷载1.0KN/m； 分析计算考虑双向风荷载，用反应谱分析法来计算双向地震作用 3
例题钢框架结构分析及优化设计 4图1分析模型图2结构平面图
摘要 减振器是汽车悬架系统的一个重要组成部件，特别是座椅减振，其良好的阻尼可调性，技术发展与理论研究早已引起了人们的广泛关注.本论文对减振器及其试验进行了分析和概述，根据国家机械工业部标准的要求选取了传感器、试验台，减振器等试验部件和设备。主要任务是设计一个减振器试验台，试验台结构简单，拆装方便，便于采集信号进行座椅减振的阻尼特性试验，文中主要对立柱、横梁、托盘等重要部件进行了多次的改进和分析，同时对横梁及其连接螺栓、圆柱销等重要部件的受力进行了校核。设计采用力传感器和位移传感器采集信号，通过计算机对信号进行处理得出座椅减振的示功特性、速度特性、温度特性等特性曲线。该减振器试验台同时可进行四分之一悬架试验。 关键词：试验装置；座椅减振；阻尼特性；
目录 1汽车悬架及减振器 1．1汽车悬架系统的概述 (1) 1．2汽车悬架的分类 (1) 1．3减振器的概述 (3) 1．3．1被动液阻减振器技术的发展 (5) 1．3．2可调阻尼减振器技术的发展 (7) 1．4座椅减振 (10) 1．4．1座椅液及其特征 (11) 1．4．2座椅减振的工作原理 (12) 1．4．3座椅减振的构造及工作示意图 (14) 1．4．4座椅阻尼器在悬架系统中的应用和发展情况 (16) 2．座椅减振试验 2．1汽车振动系统对减振器特性的要求 (19) 2．2座椅减振试验内容和意义 (20) 2．3座椅减振试验方法及试验系统 (23) 2.3.1示功试验 (23) 2.3.2速度特性试验 (24) 2.3.3温度特性试验 (25) 2.3.4试验系统 (26) 3．实验装置的设计 3．1振动台等设备的选取 (27) 3.1.1减振器 (27) 3.1.2振动台 (27) 3.1.3力传感器 (27) 3.1.4导轨的选用 (30) 3.1.5位移传感器 (30) 3.1.6螺栓及螺钉 (31) 3．2立柱的设计 (32) 3．3托盘的设计 (33)
住宅建筑设计优化的措施分析孔素美 发表时间：2019-09-22T01:00:57.860Z 来源：《基层建设》2019年第19期作者：孔素美 [导读] 摘要：在住宅建筑当中，设计优化也是其中的重要的部分。 杭州市建筑设计研究院有限公司 310016 摘要：在住宅建筑当中，设计优化也是其中的重要的部分。对于建筑来说，设计优化不仅是对建筑的风格进行设计，还包括对建筑的户型、结构、功能等多种方面进行优化设计。这些设计也包含了很多的要求，文章对现代建筑的优化设计要求进行简单的介绍，对住宅建筑设计优化的措施进行分析。 关键词：住宅建筑设计；设计优化；户型；建筑功能 随着经济的发展，人们的生活水平也在不断提高，人们对各方面的要求也在不断提高，开始注重住宅质量。而设计对于住宅建筑来说，不仅是外形，更多的是对房屋的功能、结构的设计。因此，对于住房建筑设计来说，不断地向专业正规方向发展，实现住房设计优化尤为重要。 1 住宅建筑设计优化的要求 1.1 安全性要求 房屋建筑的质量好坏直接关系到居住居民的日常生活，财产安全和人身安全。因此不容忽视。其实房屋建筑的质量，还影响到建筑公司的业绩以及名誉。房屋建筑的质量低不仅影响到人们平时居住的舒适度，还对居民的财产安全和人身安全造成隐患，因此，在房屋建筑中质量是关键并且核心步骤。但由于在房屋建筑中所完成的时间长，因此受自然因素的影响大，这就增加了提高建筑质量的难度。因此，在对房屋进行设计时，首先就要保证房屋建筑的安全性问题，提高房屋建筑的质量安全等级，确保建筑中的每一个结构都能够有严格的安全保障。 1.2 功能性要求 对于建筑的设计，另一个重要的要求就是对于房屋建筑功能性的要求，随着现在科学技术的不断进步，人们的生活水平得到了很大程度的提高，人们对于住所的功能性问题也越来越看重，因此，设计人员在进行房屋建筑的设计时，就必须结合住户的需要，对建筑进行优化设计，从而保证能够给用户带来更好的体验，这对于设计人员的要求是非常高的，要将房屋建设的各项功能考虑全面，从而是建筑的功能性更强，满足用户需求。 1.3 环保性要求 随着现在人们的环保意识越来越高，在房屋设计方面，人们也开始不断要求 要保证环保，并且，随着国家可持续发展战略的提出，人们在科学观念的指导下，对于建筑的要求也是越来越高，在实际的建筑设计工作中，要保障建筑的环保功能，就要在设计工作中，尽量使用环保型材料，，对于这些环保型材料的选材，首先要从材料自身的性能来看，其次，要从建筑的整体进行考虑，使这些环保材料能够对建筑进行优化，并且对于建筑的细节设计，也需要做到绿化环保。 2 住宅建筑设计优化的措施 2.1 户型的优化设计 在用户选择住宅建筑时，最在意的就是户型。生活条件普遍提高，人们对于户型的要求也越来越多。对于户型的要求还与年龄有关，例如，对于需要在家庭进行办公的用户来说，对于起居室和书房的要求就比较高。因此，对于这部分用户，就应该适当的加大起居室的功能，如果可以，也可以兼并书房的功能，这样会让用户能够更加的满意；对于家中有小孩子，并且有老人看护的家庭来说，用户在对房屋进行选择时，就会更加看重卧室以及生活空间的独立性和私密性，这也需要设计者在对建筑进行设计时要充分考虑的问题。并且，随着时代的发展各个家庭对于住宅结构以及功能的要求会不断增多，这就需要设计者在进行设计时，要充分考虑当前的时代变化，与时俱进。 2.2 功能的优化设计 （1）设计空间尺度合适的住宅空间。随着人们对于建筑的要求越来越高，设计时要对每个房间的尺寸进行合理地规划，并且，对于人来说，在每个空间内的活动尺度都是存在一定的比例的，因此，设计者在进行设计时，必须要遵从这种比例规定，使得空间尺度合理，既能够满足客户要求，又不会显得空旷。 （2）设计合理的住宅舒适度。舒适度也是人们在进行住房建筑选择时的一个重要的标准，对于人来说，在家中的时间是很长的，因此，相比较其他建筑，住宅建筑对于舒适度的要求更高，对于建筑设计来说，要想保证其舒适度能够更加符合人体的要求，就要从之前的建筑设计中找经验，找不足，利用新型的材料与技术，不断满足人们的需求，并且，在使用材料是，多使用环保材料也能够增加用户的舒适度，同时，水这技术的不断发展，在进行建筑设计时也可以应用先进的生产技术，从而使建筑更能够符合用户的要求，提高住宅的舒适度。 2.3 居住环境的优化设计 对于住宅周围环境的设计，也是用户选择的一大条件，好的居住环境能够让人心旷神怡，自然买的人也会更多，因此，设计者在进行设计时，也要对周围的环境进行良好的规划，同时与周围的生态环境相结合，在不破坏原有环境的基础上，将住宅周围的环境设计的更加让人感到舒适。同时，住宅周围也要配以必要的功能性建筑，例如：保安室、锅炉房、停车场等，并让这些必要组成部分与周围环境相互协调，共同构建舒适的居住环境。 2.4 室内装修的优化设计 住宅的室内设计，在现在的社会市场中十分普遍，但是，这些设计也同样有很多的规定，并且需要通过科学的手段，根据人体的活动、休息、娱乐等的规范，对家具尺度、空间尺度以及室内的色彩规范等进行设计，这样的设计成果才能够真正符合人体的要求。在进行室内设计时，要根据人体的站立、坐卧等尺度来进行家具房间的尺度的规划设计，同时，还要根据气候特点，充分利用太阳能，以节省其他能源的消耗。对于室内的色彩设计来说，也是需要根据住户的情况而定的，对于不同的用户，就需要进行不同的设计，例如，若用户将房屋作为婚房使用，那么，在色彩选择上，就应该更加偏向暖色以及年轻靓丽的颜色，对于中老年人居住的房屋，就要适当采用素雅的色彩，而且进行设计时也要充分考虑到装修拆墙、补墙给用户的影响。当外墙有出挑构件及附墙构件时（如阳台、雨篷等），外保温系统应该包覆这些位置，以此来减小热桥影响。项目中挑空楼板采用100 后岩棉作为保温层。计算得出传热系数为0. 47，不满足标准中对挑空楼板
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机械结构优化设计分析 摘要：机械结构优化设计具有综合性和专业性的特点，在设计过程中涉及方面很多，对设计人员的综合素质很高。因此，本文就结合实际情况，如何做好机械结构优化设计展开论述。 关键词：机械结构；设计流程；优化设计 一、机械设计的流程 机械的设计是开发和研究重要组成部分。设计人员在设计过程中，要提高自身设计水平，加快技术创新，为社会发展设计出质量优良的生产和机械。第一，要确立良好的设计目标。机械设计与开发要满足实际需要，能够发挥其自身的功能。第二，要严格遵守设计标准和要求，对具体的内容进行提炼，从而有效的设计任务和目标。第三，在承接设计任务书以后，要坚持合适的原则，明确设计责任；还要组织设计方案，对设计方案进行讨论，重视设计样品机械的关键环节和重要步骤，从而形成最初的设计。第四，要组建优秀的项目团队，对方案进行深入讨论，不断优化设计方案，控制方案变更。第五，要组织专家对设计图纸进行严格的审核，保证设计质量，在图纸完成交付以后，要针对存在的问题做好记录，为以后设计提供借鉴和帮助。第六，在机械创建完成后，要做好机械的验收，设计师要对机械进行检查，保证在发现问题能够及时有效的解决，只有在质量验收合格后，才能进行最后的交付使用。第七，在进行机械安装过程中，设计人员要在安装现场进行全程的监督和控制，做好技术指导。第八，为了保证机电和安装质量，要进行生产鉴定和调试，根据机械使用的效果进行合理的评价和鉴定。在以上设计流程中，缺一不可，需要设计人员不断提高自身设计水平，采用先进的设计理念，保证设计质量。 二、机械设计过程中需要注意的问题 为了保证机械设计质量，设计人员要不断总结经验教训，根据实际情况，树立质量第一的理念，实现机械结构的优化设计。 （一）在机械制造阶段，设计水平直接影响到预期的效果，甚至导致机械不能正常投入使用。因此，在设计过程中，设计人员要与制造人员进行协调，多深入生产现场，认真听取制造工人和设计人员的意见、建议，不断优化机械结构，提高机械的精密度。
目录 目录 (1) 1. 优化设计基础 (2) 1.1 优化设计概述 (2) 1.2 优化设计作用 (3) 1.3 优化设计流程 (3) 2. 问题描述 (4) 3. 问题分析 (5) 4. 结构静力学分析 (6) 4.1 创建有限元模型 (6) 4.2 创建仿真模型并修改理想化模型 (7) 4.3 定义约束及载荷 (7) 4.4 求解 (8) 5. 结构优化分析 (9) 5.1 建立优化解算方案 (9) 5.2 优化求解及其结果查看 (11) 6. 结果分析 (13) 7. 案例小结 (14)
1.优化设计基础 1.1优化设计概述 优化设计是将产品/零部件设计问题的物理模型转化为数学模型，运用最优化数学规划理论，采用适当的优化算法，并借助计算机和运用软件求解该数学
模型，从而得出最佳设计方案的一种先进设计方法，有限元被广泛应用于结构设计中，采用这种方法任意复杂工程问题，都可以通过它们的响应进行分析。 如何将实际的工程问题转化为数学模型，这是优化设计首先要解决的关键问题，解决这个问题必须要考虑哪些是设计变量，这些设计变量是否受到约束，这个问题所追求的结果是在优化设计过程要确定目标函数或者设计目标，因此，设计变量、约束条件和目标函数是优化设计的3个基本要素。 因此概括来说，优化设计就是：在满足设计要求的前提下，自动修正被分析模型的有关参数，以到达期望的目标。 1.2优化设计作用 以有限元法为基础的结构优化设计方法在产品设计和开发中的主要作用如下： 1）对结构设计进行改进，包括尺寸优化、形状优化和几何拓扑优化。2）从不合理的设计方案中产生出优化、合理的设计方案，包括静力响应优化、正则模态优化、屈曲响应优化和其他动力响应优化等。 3）进行模型匹配，产生相似的结构响应。 4）对系统参数进行设别，还可以保证分析模型与试验结果相关联。 5）灵敏度分析，求解设计目标对每个设计变量的灵敏度大小。 1.3优化设计流程 不同的优化软件其操作要求及操作步骤大同小异。一般为开始、创建有限元模型、创建仿真模型、定义约束及载荷，然后进行结构分析，判断是否收
目录 目录 (1) 1.优化设计基础 (2) 1.1优化设计概述 (2) 1.2优化设计作用 (2) 1.3优化设计流程 (2) 2.问题描述 (3) 3.问题分析 (3) 4.结构静力学分析 (4) 4.1创建有限元模型 (4) 4.2创建仿真模型并修改理想化模型 (5) 4.3定义约束及载荷 (5) 4.4求解 (6) 5.结构优化分析 (7) 5.1建立优化解算方案 (7) 5.2优化求解及其结果查看 (8) 6.结果分析 (11) 7.案例小结 (11)
1. 优化设计基础 1.1 优化设计概述 优化设计是将产品/零部件设计问题的物理模型转化为数学模型，运用最优化数学规划理论，采用适当的优化算法，并借助计算机和运用软件求解该数学模型，从而得出最佳设计方案的一种先进设计方法，有限元被广泛应用于结构设计中，采用这种方法任意复杂工程问题，都可以通过它们的响应进行分析。 如何将实际的工程问题转化为数学模型，这是优化设计首先要解决的关键问题，解决这个问题必须要考虑哪些是设计变量，这些设计变量是否受到约束，这个问题所追求的结果是在优化设计过程要确定目标函数或者设计目标，因此，设计变量、约束条件和目标函数是优化设计的3个基本要素。 因此概括来说，优化设计就是：在满足设计要求的前提下，自动修正被分析模型的有关参数，以到达期望的目标。 1.2 优化设计作用 以有限元法为基础的结构优化设计方法在产品设计和开发中的主要作用如下：1）对结构设计进行改进，包括尺寸优化、形状优化和几何拓扑优化。 2）从不合理的设计方案中产生出优化、合理的设计方案，包括静力响应优化、正则模态优化、屈曲响应优化和其他动力响应优化等。 3）进行模型匹配，产生相似的结构响应。 4）对系统参数进行设别，还可以保证分析模型与试验结果相关联。 5）灵敏度分析，求解设计目标对每个设计变量的灵敏度大小。 1.3 优化设计流程 不同的优化软件其操作要求及操作步骤大同小异。一般为开始、创建有限元模型、创建仿真模型、定义约束及载荷，然后进行结构分析，判断是否收敛，如果是的话，即结束操作；若不是，再进行灵敏度分析、优化求解、优化结果、更新设计变量，重复结构分析。
绿色建筑方案设计优化分析 摘要随着社会经济的不断发展，人们的物质生活得到了极大丰富，对生活质量也有了更高的要求。当前，环保意识日益深入人心，也因此对各行各业提出了新的要求。在建筑设计过程中，人们对于绿色建筑的重视程度越来越高。绿色建筑设计，不仅是为了满足人民群众的居住需求和使用需求，也是为了自然环境的保护和城市生态的优化。节能减排、绿色环保是当前可持续发展战略的必由之路。本文首先对绿色建筑的设计理念展开阐述，进而深入探讨绿色建筑方案的设计优化策略，提供给相关从业者以借鉴和参考。 关键词绿色建筑；方案设计；优化 当前，人们对环境保护的重视程度越来越高，绿色环保也成为很多行业的发展趋势。就建筑行业来说，在我国经济高速发展的推动下，一直保持着稳定的增长步伐。然而，近些年来，建筑业对环境造成的影响也被人们广泛关注。因此，绿色建筑逐渐成为新兴设计理念，绿色建筑以环境保护为基础，在建设过程中减少垃圾排放，降低能源消耗，实现节能降耗，促进绿色环境建设。所以，绿色建筑设计逐渐成为建筑设计的发展趋势[1]。 1 绿色建筑的设计理念 当前，世界各国对于节能降耗的重视程度与日俱增。全球气候变暖，让世界各国意识到，保护环境已经成为事关人类生存和发展重大课题。在引发全球气候变暖的众多因素中，建筑工程使用的能源产生了二氧化碳是重要原因之一。基于此，建筑设计的节能减排行为人们关注的焦点，绿色建筑为建筑设计的发展趋势。 所谓绿色建筑，就是在建筑的生命周期内，能够实现最大程度的节约资源（包括节水、节地、节材和节能）、保护环境、降低污染、较少排放，提供给人们健康、舒适、经济的生活空间，与自然和谐共处的建筑。绿色建筑作为一种新型设计理念，主要集中体现在以下三个方面： 1.1 能源节约理念应用于建筑设计 随着社会的不断发展，人们也越来越意识到能源的重要性，生态节能逐渐成为人们广泛关注的问题。如何才能有效提升能源的利用率，降低能源的消耗是每一个国家所面对的重要问题。就我国当前实际状况来说，能源利用率较低，浪费现象较为严重。近些年来，国家一直在大力倡导的节能减排，就是为了要进一步提升能源利用率，减少对能源的浪费。绿色建筑设计理念是基于节约能源应运而生的。 在绿色建筑设计理念中，要充分利用自然能源采用节能的建筑围护结构，达到节能的目的。尤其是对采暖和空调的设计，更是要充分利用自然条件，降低采暖和空调设备使用率，从而有效节约能源。比如，在冬天时尽量多利用自然光照
优化设计的方向分析 [摘要]当前，优化设计作为降低施工项目成本的重要方法之一，已经得到公司普遍认同。但是，面对业主采用的合同类型和计价方法往往不同，选择优化设计的方向不同，进行优化设计产生的优化效果就不同。本文将根据我们的工作思路和原则、业主习惯采用的合同类型及特点对优化设计方向确定加以分析。以便项目经营管理人员能够尽快准确把握优化设计方向，采取多种方式积极协助设计工作，达到优化设计，从而在设计环节使成本处于受控状态，以达到建设单位、设计单位、施工单位三方共赢的目的。 [关键词]工作思路、合同类型、优化方向 1、工作思路、原则及重点 1.1优化设计工作的思路 项目部往经常去（或派驻）设计院专业过硬、现场实践经验丰富的技术专家负责辅助设计工作，利用我单位较为完善的物资采购、咨询体系、多电厂施工积累的丰富经验，从而将我们在其它同类电厂施工中汲取的先进经验、失败教训糅合到设计工程师的设计工作中去，协助设计工程师少走弯路，进一步优化设计，从而降低施工成本，特别是变更给工程建设带来的额外支出。利用我们的物资供应体系，为设计工程师提供尽可能多的物美价廉的备选材料，从而使设计作品更合理、更经济，间接降低施工单位的工程直接费。 1.2优化设计工作的基本原则 确保质量，提前预控，经验共享，合理选材，优化设计，减少变更，加强沟通，实现共赢。切忌仅考虑降低施工单位成本、干扰设计、降低建设产品质量和安全性。 1.3优化设计工作的重点 通过优化设计直接降低材料成本，例如：使用细石砼替代自流平二次灌浆料，效
果基本相同，但材料成本可节省75%左右；钢梁现浇板结构中采用栓焊钉代替剪力钉，效果相同，但材料成本可节省80%左右； 通过优化设计减低施工措施成本，例如：将普通现浇水磨石变为彩色耐磨地面，成品成本及档次基本一样，但可节省现浇水磨石施工倒流、挖坑沉淀、清槽排水、成品保护、文明施工等措施成本，特别是高寒地区施工时效果更明显。但应注意降低施工措施成本时比较材料成本的增加值。 2．合同类型和计价方法划分及特点 2．1固定总价合同 固定总价合同，俗称“闭口合同”、“包死合同”。所谓“固定”，是指这种价款一经约定，除业主增减工程量和设计变更外，一律不调整。 固定总价合同，附加一些苛刻的、不容易通过变更取费的条件。 所谓“总价”，是指完成合同约定范围内工程量以及为完成该工程量而实施的全部工作的总价款。 其特点：它的特点是以图纸和工程说明书为依据，明确承包内容和计算包价，并一笔包死。具体特点如下： 1、工程造价易于结算。 由于总价固定，因此只要业主（发包方）不改变合同施工内容，合同约定的价款就是承发包双方最终的结算价款。对于业主来说，这样的价款确定形式可以节省大量的计量、核价工作，从而能集中精力抓好工程进度和施工质量。 2、量价的风险主要由施工单位承担。
浅谈建筑设计与结构设计优化分析 摘要当前城市内部建筑工程数量不断增加，但是随之而来的安全性、稳定性问题也日益突出，为了保证建筑工程健康发展，做好建筑设计与结构设计优化具有现实意义。本文主要以此为基础，对建筑设计与结构优化设计策略展开探讨，希望为相关人士提供一些参考。 关键词建筑设计；结构设计；设计优化；结构优化 前言 在新经济时代，建筑行业不仅要满足人们日常的居住需求，还要从安全性、稳定性、功能性多方面入手，实现个性化的发展。作为城市经济发展的重要代表，建筑设计必须符合城市规划建设要求，随着绿色建筑、智能建筑的发展，越来越多的新技术、新工艺、新材料得到应用，这对于建筑结构设计的整体质量的提高奠定了良好的基础保障。但是从目前来看，在实践中还存在很多问题亟待解决，只有通过建筑结构优化设计才能实现建筑行业的全面發展。 1 建筑设计与结构设计优化的重要性 目前，人们生活水平不断提高，对建筑物的需求也有所转变，新时期人们的审美能力和个性化越发明显，房屋建筑除了要满足基本的功能性需求，还要适应时代的发展，在保障工程质量的同时实现建筑成本的节约，做好建筑设计与结构设计优化是实现质量目标、成本目标的有效途径。通常情况下，建筑结构设计对质量安全方面非常重视，但很多时候设计人员将重点过于放在质量安全上，而忽略了成本投入的考虑，导致造价费用成本超高。另外，现代化建设设计更加重视观赏性价值，传统的设计风格、保守的结构设计不能满足多元化的发展需求，这就需要建筑设计能够尽可能的优化外观质量。建筑设计与结构设计优化能够提高资源的利用效率，在现有的条件下达到节约成本的目的，可以减少10%～20%的建设成本。建筑设计与结构设计优化过程中还存在很多问题，对结构优化方法的运用造成很大影响，加强这方面的研分析与研究具有重要意义[1]。 2 建筑结构设计中存在的问题 2.1 结构设计图纸信息表达不全面 建筑结构设计图纸是后续施工的重要参考依据，如果图纸设计存在问题很可能导致后续施工的质量隐患，不利于建筑工程的顺利完成。当前很多设计人员在图纸设计的过程中缺乏相应的工作标准，由于人员业务能力不强、经验不足，对施工中所需要的信息表述不清楚或者存在遗漏，比如：材料属性、建筑标高、梁柱编号、抗裂等级等等，这些因素直接导致施工人员的盲目操作，容易造成建筑质量问题。
内支撑有限元分析和优化 有限元试验软件和优化软件为ANSYS。模型为科研项目安全轮胎内支撑结构之一，本文主要对零压续跑下内支撑的强度做静力学分析，并在满足内支撑强度要求的前提下，进行拓扑优化使内支撑最轻。 一.有限元模型的前处理 1模型的建立 模型是由PRO/E软件建立，由于结构比较复杂需要做一定简化，并转换成IGES 格式倒入到ANSYS中。 2单元类型的选择 根据实际情况，分析单元类型选用SOLID45单元。SOLID45单元用于构造三维实体结构.单元通过8个节点来定义,每个节点有3个沿着X、Y、Z方向平动的自由度。 3材料属性的定义 模型的材料为镁合金，材料属性具体数值下表。 表镁合金属性 4施加载荷和约束 在零压续跑下，内支撑分体所承受的载荷与约束有以下几种： 由于存在预紧力，内支撑内圈与轮辋之间的相对运动很小，因此内支撑内圈简化为固定约束。 初始速度：由国外安全轮胎标准知，零压续跑下安全轮胎的角速度标准值为91.63rad/s。将该角速度以初始速度施加到内支撑上。 重力加速度：重力始终作用与内支撑上，以初始惯性力的形式施加重力加速 度。在ANSYS中加速度方向要与重力方向相反，加速度大小为9810 2 s mm。 车体载荷：。取轮胎常压下的标准载荷615kg进行计算，并取内支撑10°包角区域作为接地区域。用车体载荷除以接地面积算出10°包角区域的压强。在ANSYS中以压强的形式施加到10°包角区域。 预紧力：内支撑是分体结构，相互之间用螺栓连接，通过计算得出预紧力为：5123N。该力施加与螺栓孔上，方向沿内支撑切线方向。
经过有限元前处理后，模型如图1所示。 图1前处理模型 二.求解并查看结果 在安全轮胎零压续跑的情况下，内支撑分体的位移与应力分布如图2和图3所示： 由位移分析图可知零压续跑时，内支撑分体变形最大区域主要集中在螺栓连接端，而且在锁紧端出现最大位移0.029977mm，而且位移从两端到中间逐渐减小。 由内支撑应力分布图可以看出应力分布主要集中在两端的螺栓连接处，最大应力出现在锁紧端，并从螺栓空向四周扩散，在离两端较远的位置应力比较小。内支撑的最大应力值108.281MPa。
GSM网络优化方案设计及调整 1、网络优化的手段和流程 网络优化过程主要包括：网络普查、数据采集、数据分析、制定方案、实施方案、总结和微调。它是一个长期的循序渐进的过程。 发现了网络问题以后，就要解决这些问题，优化主要从两方面，一个是参数的优化，一个是频率的优化。参数优化主要是调整基站天线的增益、极化方式、下倾角、波束宽度、高度和方向角，频率优化主要是调整频率复用方式以及各小区的BCCH和TCH载波的频率。有的问题还要调整GSM系统的一些参数比如小区优先级别等。 参数调整主要解决两类问题，一类是静态问题，即通过实测网络各个地区的平均话务量和信令流量，对系统设计中采用的话务模型进行修正，解决长期存在的普遍问题。另一类则解决一些突发事件和随机事件造成的局部地区话务量过载和信道拥塞现象。对参数进行调整以前要对参数的意义、调整方式由很深刻的了解。一般这些参数是通过操作维护中心（OMC-R）和实际测量获得。在网络局部出现问题时，要先确定不是硬件故障才可以进行参数调整，频率优化也是一样。参数的调整没有统一的标准要根据各地的实际情况来调整获得最佳效果。 2、系统普查 系统普查阶段主要是对全网的了解，它是优化的准备阶段。在此阶段要了解网络结构，网络中MSC、BSC、BTS的数量的位置，用户数和密度分布情况，话务分布情况。 2、数据采集 数据采集主要包括OMC话务统计数据采集、路测数据采集、CQT测试数据采集、用户申告情况收集及其他仪表测试结果等。 3.1 OMC数据采集 OMC采集的数据主要包括BSS和NSS各种软硬件参数，如基站个数，基站小区结构和话音信道数；基站的BSIC、小区号、小区系统类型、信道类型；小区的CGI、BCCH载频号、小区载频数和跳频方式；邻区关系定义；切换数据；功率控制数据以及系统消息数据等。现实应用中我们是通过LAN将数据服务器与OMC相连，将OMC的数据下载到数据服务器在转换成我们需要的格式。具体地OMC是sun salaries 主机，其数据库是informix,本想MARS的各个模块直接访问与informix相连的SQLSERVER数据库，从中读取数据，但是经过一段时间的应用发现SQLSERVER在这种大数据量的情况下工作很不稳定（OMC每天形成的数据很多）于是通过ODBC将informix与SQLSERVER相连，再通过SQLSERVER 的数据转换服务使MARS的LOADER模块能够从SQLSERVER数据库中取到合适格式的数据。然后这些数据再导入到ORACLE数据库，最终MARS各个模块读取ORACLE数据库中的数据。 在LOADER中通过添加设备、配置设备信息、配置数据库设置等步骤就可以实现自动从OMC中获取数据（在数据缺失的时候可以自动补取）。一般获取的数据主要有性能数据PMC、配置数据CFG、交换数据HO、CDR数据。不同厂商的设备其文件名称、格式、版本、数据形成时间、补取设置都是不同的。要作相应的设置。 3.2 路测数据采集 路测即驱车测试，一般是针对用户申告和话统数据显示出来的问题比较集中的地区进行路测。是实地对网络进行测试得到的结果比较准确。路测设备主要包括装有特殊软件的测试手机、全球定位系统GPS、笔记本电脑及专用测试软件等，测试手机内部装有特殊软件可以依靠网络完成一些功能，如锁频、强制切换、显示网络信息等，同时可以通过电缆与计算机连通，接受计算机的指令或者将采集的数据存储到计算机以便作进一步处理。全球定位系统GPS和数字化地图配合可以把路测数据放在地图上，显示出测试路线，并标出掉话等事件点，更便于问题分析和道路覆盖的宏观把握。目前的测试手机主要有爱立信公司的TEMS
装配式结构设计优化浅析 随着我国市场经济的不断发展，国民经济水平的不断提升，市场经济对建筑制造业的迫切需求，从而对装配式结构的需求进一步加大。建筑行业作为我国市场经济中的一个非常重要的 核心领域，采用装配式结构对于建筑行业的发展有着非常重要的意义。采用这种新型的建筑 施工方法不仅能够替代传统的现场施工作业方法，对于降低建筑工程造价和材料费用，提高 建筑工程的整体建设进度是非常重要，进一步保障建筑施工质量安全是非常重要的。在建筑 工程领域中采用装配式结构能够进一步对结构构件的生产、施工、安装、设计等环节进行有 效地完善，充分实现建筑工程中“绿色建筑”的发展理念。 1 装配式结构设计的要求 由于装配式结构设计具有使用性和可行性，这就意味着设计的标准有着一定的要求，装配式 结构设计的要求体现在其专业和精细的设计上，在其设计的过程中要遵循以上标准。在进行 装配式结构设计之前，首先要对建筑结构的安全进行保证，保证建筑结构安全是一切设计的 前提，在设计的时候就要将隐患予以根除。其次就是对建筑功能的保证，进行装配式结构设 计时不能忽略建筑功能的设定，需要在保证建筑功能的基础上来进行相应的装配式结构设计。装配式结构设计需要对节能减耗的问题进行考虑，从设计的角度来实现对建筑施工成本与能 源的节约，符合我国相关政策的要求，让建筑设计符合精细化设计的理念与标准化管理的要求。 2 关于建筑工程中装配式结构的相关发展概述 2.1 关于装配式结构建筑的基本概述 装配式结构建筑主要体现的是“绿色建筑”的施工理念，它所涉及到的范围是十分广泛的，其 中大体上包括施工安装、生产、设计等环节。通过进一步采用工厂化的生产结构，一方面不 断地缩短设计周期，对构件内力和构件几何尺寸进行快速修复，还能够在制作构件的过程中，将三维模型与数控机床进行组合，从而保证在提升建筑工程精确度的基础上，缩短建筑工程 的设计周期，提高装配式结构的施工效率。除此之外，对于建筑钢结构和预制钢板而言，通 过采用装配式结构，从而将设计和安装进行有机结合，加强工程项目之间的协调性，最终提 升建筑工程的生产效率。 2.2 关于装配式结构建筑的特点 2.2.1 加强施工和设计之间的紧密结合，提高生产效率 在进行建筑工程装配式结构施工的过程中，由于预制板和建筑工程的钢构件能够在工厂中进 行制作，进一步进行施工安装操作。因此，装配式结构建筑能够有效地将施工和设计紧密地 联系起来，是建筑工程施工项目中各个环节之间进行密切联系的粘合剂，从而有效地提高了 工程施工的生产效率。 2.2.2 标准化生产进一步提升了建筑施工的工业化 随着我国信息科技的进一步发展，建筑施工过程中采用装配式结构构件工厂化制作方式比传 统工艺更为先进。对于一些预制构件可以直接通过焊接螺栓进行相关的配套安装，对其工程 进行相关的标准化生产进一步推动了我国建筑施工的工业化进程。这对于提升我国建筑行业 的长远发展是非常重要的。 2.2.3 进一步缩短建筑工程的设计周期