海洋平台设计原理复习 一、思考题 1.海洋平台按运动方式分为哪几类？列举各类型平台的代表平台。各类型的优缺点有哪些？ 1）固定式平台（导管架平台、重力式平台）： 优点——整体稳定性好，刚度较大，受季节和气候的影响较小，抗风暴的能力强。缺点——机动性能差，较难移位重复使用。 2）活动式平台（坐底式平台、自升式平台、半潜式平台、钻井船、FPSO）： 优点——机动性能好 缺点——整体稳定性较差，对地基及环境有要求。 3）半固定式平台（张力腿式平台、Spar平台）： 优点——适应水深大，优势明显。 缺点——较多的技术问题有待解决。 2.海洋平台设计所涉及的关键技术问题有哪些？各关键技术的必要性及其可采用的研究方法？ 1）总体布置与优化设计研究 2）环境载荷研究 3）平台极限承载能力研究： 必要性——评价平台的安全性、强度储备、优化 研究方法——试验方法、数值方法 4）平台稳性研究： 必要性——研究海洋平台支撑在海底的抗倾覆能力 研究方法——规范校核（CCS、ABS)、软件分析(NAPA、ANSYS) 5）关键结构或节点的疲劳性研究： 必要性——结构疲劳影响结构使用寿命，要考虑海洋环境和波浪载荷作用，能判断易疲劳部位，优化结构并预测结构寿命。 研究方法——疲劳试验、疲劳仿真 6）平台模块化技术研究： 必要性——便于安装、拆装改造、达到多功能要求，主要设计模块化结构的联接方式并分析联接结构的动、静态响应。 研究方法——疲劳性能试验、计算分析 7）焊接工艺与结头韧性评定技术研究： 必要性——焊接接头韧性不足会导致焊接结构破坏，因此需优化焊接工艺。 研究方法——CTOD试验、数值仿真 （CTOD指的是裂纹体受到张开型载荷后原始裂纹尖端处两表面所张开的相对距离，CTOD值得大小反映了裂纹尖端材料抵抗开裂的能力） 8）振动、噪声预报与控制研究 必要性——振动噪声会使结构疲劳、影响健康 研究方法——振动分析、噪声预报 9）平台碰撞分析和防撞技术研究 必要性——平台碰撞会威胁平台安全，该技术主要研究防护装置的设计
开题报告 船舶与海洋工程 海洋平台的安全性与规范设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义： 最近几年，我国海上石油开采已从近海浅水走向深海.未来5 年~10 年内，我国海洋石油的开采水深有望达到500 米-2000 米.由于导管架平台和重力式平台自重和工程造价随水深大幅度增加，已经不能适应深水海域油气开发的要求.因此，研究、发展深海采油平台的有关技术势在必行. 而深海石油平台的设计，建造及相关技术是深海油气资源开发中的关键技术之一，及早了解和和掌握国外深海平台的建造和使用情况，探讨国外深海平台设计和使用中积累的经验和存在的问题，对我国海洋油气开发具有重要意义。 对深水开采，钢质导管架平台的造价会随水深增加而急剧增长，以致增加到在经济上不可行。这就促使我们在深海开发中使用新的结构形式，如混凝土结构和浮式结构。典型的浮式结构是FPSO，半潜式平台，张力腿平台（TLP）和SPAR平台。 海洋平台结构复杂，体积庞大，造价昂贵，特别是与陆地结构相比，它所处的海洋环境十分复杂和恶劣，风、海浪、海流、海冰和潮汐时时作用于结构，同时还受到地震作用的威胁。在此环境条件下，环境腐蚀、海生物附着、地基土冲刷和基础动力软化、材料老化、构件缺陷和机械损伤以及疲劳和损伤累积等不利因素都将导致平台结构构件和整体抗力的衰减，影响结构的服役安全度和耐久性。另外，操作不当、管理不当等人为因素也直接影响海洋石油平台的安全性。随着对海洋平台复杂性的深入了解，造成了重大的经济损失和不良的社会影响。例如，1965年英国北海的“海上钻石”号钻井平台支柱拉杆脆性断裂导致平台沉没；1968年“罗兰角”号钻井平台事故；1969年我国渤海2号平台被海冰推倒，造成直接经济损失2000多万元；1997年渤海4号烽火平台倒毁；1980年北海Ekofisk油田的Alexander L Kielland 号五腿钻井平台发生倾覆，导致122人死亡；以及2001年巴西油田的P-36平台发生倾覆。 1982年7月交通部烟台海难救助打捞局，经过一年多的努力，将“渤海2号”沉船分割成10大块打捞上岸。主甲板上共有10个通风筒，其中，泵舱的四个通风筒—两个进风风筒和两个排风风筒，全部被风浪打掉。事故分析报告给出三个主要原因，原因
基于多学科优化的船舶结构设计研究 发表时间：2017-09-21T14:15:44.680Z 来源：《防护工程》2017年第12期作者：叶帆[导读] 满足其实际设计要求，建立健全相关管理机制，合理解决其中存在的设计问题，提高优化设计工作效果。 武汉船舶设计研究院有限公司湖北省武汉市 430000 摘要：在船舶结构设计的过程中，设计者需要积极应用多学科优化设计方式，建立专门的框架体系，在继承有限元建模与分析软件优化技术的支持之下，科学开展船舶设计工作，逐渐提高设计质量与可靠性，增强其工作成效。 关键词：多学科；船舶结构；优化设计 在船舶设计的过程中，设计人员应用多学科优化设计方式，可以有效提高设计工作质量，建立科学的计算结构，对其进行校核处理，应用专门的软件设计技术，明确约束条件，提高结构的耐波性与操控性，满足其实际设计要求，建立健全相关管理机制，合理解决其中存在的设计问题，提高优化设计工作效果。 一、优化设计模型的构建措施 在建立优化设计模型期间，需要对船舱区域结构进行重点分析，主要因为其占有整个船体重量的70%左右，决定着船舶的造价与费用，因此，需要对其进行全面的处理，提高结构设计的优化型，做好区域结构设计工作。 第一，设计模型范围。对于模型范围而言，需要根据船舱实际情况，对其货仓进行划分处理，利用先进的定位技术，明确船舱的各类区域。一方面，需要建设完善的有限元模型，按照工作要求，对其进行优化处理。另一方面，需要建设有效分析区域模型，根据传承的设计要求，对其设计质量进行控制。且在结构优化设计期间，需要对燃油舱与淡水舱等重量进行检验，通过多点约束的方式，对其进行等效划分处理，全面调节空船重量与实体船舱重量之间的关系，及时发现其中存在的差值问题，采取有效措施对其进行改革，以此增强设计成效。 第二，边界条件的明确。设计者需要科学明确边界条件，按照国家《钢制海船入级规范》等条例，对船舱模型进行独立点约束，明确独立点的位置，对其横剖面与轴高速进行分析，提高前后端面约束处理工作质量。 第三，荷载调节措施。为了做好简化设计工作，需要对于船舱的装载情况进行分析，及时发现危险荷载中存在的问题，例如：静水荷载、波浪荷载等，科学计算船舱压力数据信息，以此提高优化设计工作效果。 二、舱段优化设计模型 在结构优化设计的过程中，需要对舱段优化设计模型进行全面分析，在严格控制的情况下，提高设计质量。 第一，设计变量的分析。在多学科优化设计期间，需要利用多个学科对船舶主尺度进行全面的分析，明确结构优化设计要求，在获取相关确定值之后，科学开展设计工作。首先，对于船体而言，可以利用高级强度钢对其进行建造处理，例如：AH32强度钢材料，对于货仓区域而言，需要对其纵向构件进行处理，利用AH36级强度的钢材料开展制作工作，提高优化设计工作质量，增强其工作效果[1]。其次，在有限元软件的限制之下，板单元的应力数据信息分析工作受到广泛重视，需要相关设计者对其设计参数进行全面的处理，在参数改变的情况下，提高系统设计质量。最后，需要对各类板单元的厚度进行控制，根据实际设计情况，对设计方案进行简化处理，在减少计算时间的基础上，提高设计工作效率与质量，满足其实际发展需求。同时，需要规范计算方式，选择离散设计变量开展优化设计工作，提高工作成效。 第二，边界条件的明确。设计者需要科学明确边界条件，按照国家《钢制海船入级规范》等条例，对船舱模型进行独立点约束，明确独立点的位置，对其横剖面与轴高速进行分析，提高前后端面约束处理工作质量。 第三，荷载调节措施。为了做好简化设计工作，需要对于船舱的装载情况进行分析，及时发现危险荷载中存在的问题，例如：静水荷载、波浪荷载等，科学计算船舱压力数据信息，以此提高优化设计工作效果。 二、舱段优化设计模型 在结构优化设计的过程中，需要对舱段优化设计模型进行全面分析，在严格控制的情况下，提高设计质量。 第一，设计变量的分析。在多学科优化设计期间，需要利用多个学科对船舶主尺度进行全面的分析，明确结构优化设计要求，在获取相关确定值之后，科学开展设计工作。首先，对于船体而言，可以利用高级强度钢对其进行建造处理，例如：AH32强度钢材料，对于货仓区域而言，需要对其纵向构件进行处理，利用AH36级强度的钢材料开展制作工作，提高优化设计工作质量，增强其工作效果[1]。其次，在有限元软件的限制之下，板单元的应力数据信息分析工作受到广泛重视，需要相关设计者对其设计参数进行全面的处理，在参数改变的情况下，提高系统设计质量。最后，需要对各类板单元的厚度进行控制，根据实际设计情况，对设计方案进行简化处理，在减少计算时间的基础上，提高设计工作效率与质量，满足其实际发展需求。同时，需要规范计算方式，选择离散设计变量开展优化设计工作，提高工作成效。 第二，约束条件分析。对于约束条件而言，需要参考屈服应力数据信息，对其进行全面的处理，满足相关工作要求。在此期间，需要根据国家规范，对其强度进行计算，如果将刚才的屈服应力条件作为约束条件，就要对其最小值进行计算，获取合理的优化设计成果。同时，在货仓区域优化设计期间，由于材料等级存在差异，系数也会有所不同，因此，在实际设计期间，需要制定针对性的约束条件设计方案，提高优化设计工作的合理性与有效性[2]。 第三，目标函数的分析。对于目标函数而言，在实际分析期间，需要科学设定重量值，对其进行最小化的优化处理，将表达式设置为： ×X2....X6]7 minFX 三、多学科优化船舶结构设计实现措施 （一）工作流程分析 第一，做好准备工作。首先，需要利用相关软件，建立有限元的模型，明确相关材料与各类属性，对荷载问题进行全面的分析与处理。其次，需要对属性进行分析，在强度检验的情况下，生成文件。再次，需要利用计算方式，对文件中的各类数据信息进行全面的计算，以此提高优化设计质量。最后，需要计算质量与应力报告，对各类模型进行分析[3]。
复合材料结构稳定性约束优化设计 纤维增强复合材料结构, 以高的比强度和比刚度, 在航空航天领 域得到了广泛的应用。许多空天结构的设计, 均利用复合材料结构特殊的屈曲特性, 以达到提高稳定性和降低结构重量的目的, 如机身、航天器的承力筒、直升机地板等。复合材料具有较强的可设计性, 可通过优化铺层参数, 如层数和纤维铺设角, 提高结构的临界屈曲载荷, 在满足稳定性要求的前提下减轻结构重量。有关复合材料结构稳定性优化以及稳定性约束优化的研究不断发展, 如文献[ 1] 研究了层合板临界屈曲载荷的优化方法及灵敏度分析方法, 文献[ 2] 通过引入层合板刚度矩阵求解过程的中间变量,对屈曲载荷进行了优化; 近年来遗传算法也逐渐被应用于该问题, 扩大了研究对象的结构形式范围,提高了优化设计的效率。但是, 多数复合材料稳定性方面的优化工作采用的是确定性的优化设计方法, 即不考虑材料及载荷的不确定性, 得到的优化结果濒临失效边界, 难以满足结构的可靠性要求。纤维增强复合材料, 材料性能离散度大, 工作环境复杂, 各向异性的特点使其对载荷相当敏感。20 世纪90 年代, 设计者们逐渐意识到不确定性因素给复合材料结构带来的影响[ 3], 因此复合材料结构的可靠性优化设计越来越多地受到工程界的重视, 并开展了相关研究。文献[ 4, 5] 基于层合板临界屈曲载荷的解析表达式, 构建极限状态方程, 计算结构的失效概率。但是, 工程实际中的结构通常需要使用有限元等方法进行结构分析, 缺少显式的极限状态函数, 造成可靠度计算困难。对此, 一些学者提出了结构可靠性分析的响应面 法, 使 可靠度计算得以简化，并且一般能够满足工程精度
结构优化设计是在满足规范要求、保证结构安全和建筑产品品质的前提下，通过合理的结构布置、科学的计算论证、适度的构造措施，充分发挥材料性能、合理节约造价的设计方法。结构优化设计在当前竞争日益激烈的建筑设计市场成为大势所趋。如何在满足建筑功能的前提下，保证结构安全并控制含钢量成为摆在结构设计工程师面前的现实课题。本文总结了以往的设计经验，参考了相关文献，给出了结构优化设计的步骤和一些具体措施，供设计人员参考。 1结构优化设计的步骤 笔者认为，结构优化设计的合理步骤应该是：①在方案阶段，通过与建筑专业的充分沟通，对建筑的平面布置、立面造型、柱网布置等提出合理的建议和要求，使结构的高度、复杂程度、不规则程度均控制在合理范围内，避免抗震审查，为降低含钢量争取主动权；②在初步设计阶段，通过对结构体系、结构布置、建筑材料、设计参数、基础型式等内容的多方案技术经济性比较，选出最优方案，整体控制含钢量；③在具体计算过程中，通过精确的荷载计算、细致的模型调整，使结构达到最优受力状态，进一步降低用钢量；④在施工图阶段通过精细的配筋设计抠出多余钢筋，彻底降低含钢量。 在进行多方案的技术经济性比较时，应综合考虑材料费、模板费、基坑开挖降水支护费用、措施费、施工难易、工期长短等因素，与甲方协商后择优选用。 2结构体系与布置优化 结构体系和布置对造价影响很大，应予重视。 1)应根据建筑布置、高度和使用功能要求选择经济合理的结构体系。比如，异形柱框架比普通框架用钢量大，在可能的情况下尽量采用前者；短肢剪力墙比普通剪力墙含钢量高，在可能的情况下尽量采用后者。 2)应选择比较规则的平面方案和立面方案。尽量避免平面凸凹不规则或楼板开大洞，控制平面长宽比，合理设缝，使结构刚度中心与质量中心尽量靠近。竖向应避免有过大的外挑或内收，同时注意限制薄弱层、跃层、转换层等不利因素，使侧向刚度和水平承载力沿高度尽量均匀平缓变化。 3)应选择合理、均匀的柱网尺寸，使板、梁、柱、墙的受力合理，从而降低构件的用钢量。柱网大则楼盖用钢量大，柱网小则柱子用钢量增大，应根据建筑实际情况和经验合理布置。例如，住宅中小开间结构中墙柱的作用不能得到充分发挥，过多的墙柱还会导致较大的地震作用，可考虑采用大开间结构体系，既节约造价，又便于建筑灵活布置。 4)应选择经济合理的楼盖体系。楼盖质量大，层数多，占整体造价比重高，对楼盖的类型、构件的尺寸、数量、间距等应进行对比分析，选择最优的方案。一般住宅宜采用现浇梁板楼盖，预应力楼盖的预应力钢筋容易被二次装修破坏，井字梁楼盖影响室内美观，均不推荐。办公楼等大空间结构宜采用十字梁、井字梁、预应力梁板方案。双向板比单向板经济，应多做双向板。板的厚度，双向板宜控制在短跨的1／35，单向板宜控制在短跨的1／30，此时板易满足强度和变形要求，经济性好。 5)剪力墙结构的优化空间很大，应下大力气优化。剪力墙的布置宜规则、均匀、对称，以控制结构扭转变形。在满足规范和计算的前提下应尽量减少墙的数量，限制墙肢长度，控制连梁刚度，剪力墙能落地的就全部落地不做框支转换层，平面能布置成大开问的尽量布置成大开间，墙体的厚度满足构造要求和轴压比的要求即可。连梁刚度太大时可通过梁中开水平缝变成双梁、增大跨高比等措施降低连梁刚度。尽量少用短肢剪力墙，限制“一”字墙，少做转换。 6)降低含钢量的小技巧：①楼电梯间不宣布置在房屋端部或转角处。因其空间刚度较小，设在端部对抗扭不利，设在转角处应力集中。②框架结构层刚度较弱时，加大柱尺寸或梁高都可显著增大层刚度，而提高混凝土强度效果不明显。③柱的截面尺寸，多层宜2层～3层
海洋平台结构设计与模型制作 理论方案 浙江大学结构设计竞赛组委会 二○一二年
第一部分：方案设计摘要 根据学长“简单、粗犷”的原理，在实践中抛 弃了很多复杂、沉重的构件，最终展现在我们面前 的是一个四棱台与四棱柱结合的简单作品。 自下而上的构件分别为： 底部为深入沙中的底柱，长为10cm。通过一次 实验，为利于柱子插入细沙中而将柱子削尖。 联结底柱的是四棱台，高42cm、底边长45cm、 顶边长28cm。为抵抗风荷载的力矩而增大重力的力 臂，在保证质量较轻的条件下增大底部长度。初时 对竖向荷载过分估计以致四周承重柱以及斜撑杆过 重，但稳重的底部在加载过程汇中也有可取之处。 之所以将高度定为28cm，是因为伊始准备在四棱台 中间安置塑料片筒体。但在实际操作中我们放弃了 这个设想。 联结四棱台的是被斜杆分成三部分的四棱柱。 借鉴了别人的轻质理念，一改底座的笨重，上部桁 架的布置简明，但纤细的杆件也使整体遭受了风荷 载的极大挑战。在实验加载中发现荷载箱稍小，因 此改进顶部边长、露出四个小柱。本欲在与水面相 切处设置420*420的塑料片则可以利用水的吸附 力，可惜塑料片质量稍重、效果也不太明显。改进 后，四棱台留在空中的部分受风荷载较大，布置了 较密的桁架。 在构件联结处，我们尽力增大构件的接触面积，同时也做了些小木段与木片作为加固。 总结来看，在最初的设计思考中我们还是有一些新的想法,比如筒体，比如利用水的吸附力，但在实践制作过程中我们缺乏对可操作性的理性认识；同时我们过分估计竖向荷载以致质量过重，轻视水平风荷载而在试验中多次面临剧烈的扭转。最终我们的结构形式归于简单，但过程并不平淡。在否定与自我否定中，我们已有收获。
机械结构优化设计 ——周江琛2013301390008 摘要：机械优化设计是一门综合性的学科，非常有发展潜力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具。本文重点介绍机械优化设计方法的同时，对其原理、优缺点及适用范围进行了总结，并分析了优化方法的最新研究进展。关键词：优化方法约束特点函数 优化设计是一门新兴学科,它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案,使期望的经济指标达到最优,它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题,优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法,因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。优化设计主要包括两个方面:一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型,建立数学模型包括:选取适当的设计变量,建立优化问题的目标函数和约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式,约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系;二是如何求得该数学模型的最优解:可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值的问题。机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形态、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立
目标函数和约束条件,并使目标函数获得最优值一种现代设计方法,目前机械优化设计已广泛应用于航天、航空和国防等各部门。优化设计是20世纪60年代初发展起来的，它是将最优化原理和计算机技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新方法，就可以寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门。优化方法的发展经历了数值法、数值分析法和非数值分析法三个阶段。20世纪50年代发展起来的数学规划理论形成了应用数学的一个分支，为优化设计奠定了理论基础。20世纪60年代电子计算机和计算机技术的发展为优化设计提供了强有力的手段，使工程技术人员把主要精力转到优化方案的选择上。最优化技术成功地运用于机械设计还是在20世纪60年代后期开始，近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD），在引入优化设计方法后，使得在设计工程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益所以今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计工程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。 优化设计方法多种多样，主要有以下几种：1无约束优化设计法；无约束优化设计是没有约束函数的优化设计，无约束可以分为两类，一类是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法，如最速下降法、共轭梯度法、牛顿法及变尺度法等。另一类是只利用目标函数值的无约束优化方法，如坐标轮换法、单形替换法及鲍威尔法等。此法具有计算
中国海洋大学本科生课程大纲 一、课程介绍 1.课程描述： 海洋平台结构课程设计是针对船舶与海洋工程专业本科生开设的工作技术教育层面必修课。本课程通过实践环节，完成具体典型导管架平台的总体设计思路训练，包括海洋环境计算及工程简化、桩基础承载能力计算、导管架结构整体强度及刚度分析，设计计算书撰写和工程图纸表达。通过本课程的实践，使学生能够综合运用海洋平台结构及相关专业课程学习的基础理论和方法，系统完成结构分析计算，提高设计分析和工程表达能力。 2.设计思路： 本课程以海洋平台结构设计的基本过程为主线，结合先修课程中学到的环境荷载计算、桩基承载力验算、结构整体强度分析、CAD制图等基础知识，使学生将掌握的海洋平台结构设计理论知识应用到实际设计和验算中，通过实际设计检验学生对于基础知识的把握，加深学生对理论知识的理解。课程内容包括三个模块：目标平台调研、相关数据计算与分析、计算书编写及工程表达。 - 1 -
（1）目标平台调研： 该模块需要学生熟悉海洋平台设计的一般步骤，对目标平台进行参数和各项性能指标的调研，确定课程设计的各项数据标准。 （2）相关数据计算与分析： 根据已确定的主尺度，对结构在选定工况下的其他参数进行计算，主要分为：海洋环境荷载计算、基础承载力计算、结构整体强度分析。其中，海洋环境荷载计算为在选定海域环境条件下，对风、波浪、海流、冰荷载的计算，并且针对选定工况进行分析；基础承载力计算要求学生掌握桩基轴向承载力验算方法；结构整体强度分析主要包括设计目标平台在外荷载作用下的应力校核及位移校核方法。 （3）计算书编写及工程表达： 本模块中，学生需要学习并完成计算书的编写，掌握目标平台设计资料编写，并且通过专业分析软件完成平台的响应输出分析。最终上交课程设计纸质报告。 3. 课程与其他课程的关系 先修课程：海洋平台结构、钢结构设计基本原理。本门设计课程与先修课程密切相关，只有掌握了先修课程中的理论知识和设计方法，才能够在海洋平台结构设计中加以综合应用，设计出符合规范标准的结构。 二、课程目标 本课程的目标是培养学生从事海洋工程结构设计的基本技能，使学生对海洋工程设计中的标准和规范加以熟悉，对海洋平台结构以及其他先修课程中的理论知识进行综合运用。到课程结束时，学生应能： （1）熟练应用海洋平台结构设计中的相关规范和标准； （2）完成具体目标海洋平台的总体设计以及输出响应特点分析及校核； - 1 -
数控机床主轴结构的改进和优化设计 严鹤飞 （天水星火机床有限责任公司技术中心 甘肃 天水 741024） 摘 要： 掌握机床主轴的关键部件，安装方式，轴承的调制环节以及材料、操作维护等，并且各种原因中又包含着多种影响因素互相交叉，因此必须对每个影响因素作具体分析。而对于优化设计理论的基本思想及其求解方法，将其应用于机床主轴的结构设计，建立了机床主轴结构优化设计的数学模型，并用内点惩罚函数法求解模型，得到了整体最优的结构设计方案，使机床主轴在满足各种约束要求条件下，刚度最好，材料最省。 关键词：机床主轴；轴承；调整；优化设计；数学模型 在数控机床中，主轴是最关键的部件，对机床起着至关重要的作用，主轴结构的设计首先考虑的是其需实现的功能，当然加工及装配的工艺性也是考虑的因素。 1. 数控机床主轴结构改进： 目前机床主轴设计普遍采用的结构如图1所示。图中主轴1支承在轴承4、5、8上，轴承的轴向定位通过主轴上的三个压块紧锁螺母3、7、9来实现。主轴系统的精度取决于主轴及相关零件的加工精度、轴承的精度等级和主轴的装配质量。在图1中主轴双列圆锥滚子轴承4的内锥孔与主轴1:12外锥配合的好坏将直接影响株洲的工作精度，一般要求其配合接触面积大于75%，为了达到这一要求，除了在购买轴承时注意品牌和等级外，通常在设计时对主轴的要求较高，两端的同轴度为0.005mm，对其相关零件，如螺母3、7、9和隔套6的端面对主轴轴线的跳动要求也较高，其跳动值一般要求在0.008mm以内。对一般压块螺母的加工是很难保证这么高的精度的，因而经常出现主轴精度在装配时超差，最终不得不反复调整圆螺母的松紧，而勉强达到要求，但这样的结果往往是轴承偏紧，精度稳定性差，安装位置不精确，游隙不均匀，造成工作时温升较高，噪音大，震动厉害，影响工件的加工质量和轴承的寿命。但对于重型数控机床用圆锥滚子轴承其承载负荷大，运转平稳，精度调整好时，其对机床的精度保持性较好，可对与轻型及高速机床就不十分有力了。 图1 通用机床主轴结构图 1— 主轴；2—法兰盘；3—圆螺母；4—双列圆柱滚子轴承；5—球轴承 6— 调整垫；7—圆螺母；8—双列圆柱滚子轴承；9-螺母
第六章 船舶中剖面结构优化设计 6.1 概述 船舶结构设计通常是从船中剖面设计开始的。中剖面各部分的结构形式、构件尺寸和它们的连接方法，都集中地反映了船舶的结构概貌。船体中部结构是保证其总纵强度的主要部分，也是船体结构重量的主要部分，因此，进行中剖面结构优化设计是十分有意义的。那么，如何运用最优化方法和计算机技术，在保证船体结构必需的强度和刚度情况下，选择最佳的结构方案，使其重量最轻或成本最低呢?这就是本章所要讨论的问题。 本章首先介绍了适用于船舶结构优化问题的混合离散变量的直接搜索法（MDOD 法），接着应用MDOD 法分别讨论了基于“规范”法和直接计算方法的中剖面结构优化设计，并给出了国内外学者（包括编著者）在船舶结构优化设计方面的一些研究成果。 6.2 离散变量的结构优化设计 结构优化设计大体上可分为三个阶段。第一个阶段是建立数学模型，把一个工程结构的设计问题变成一个数学问题；第二个阶段是选择合理、有效的计算方法；第三个阶段是编制计算机程序，进行设计方案的优化计算和评估。 介绍结构优化设计的教材已有一些[1,2]，但由于船舶结构的设计的方法大都是离散的变量, 真正处理起来并不简单。本章将介绍新近发展起来直接处理的混合离散变量优化问题方法[3]。 6.2.1 结构优化的数学模型 混合离散变量优化问题与一般的连续变量优化问题的区别在于，前者的设计变量中既包含有连续变量也有离散变量,而后者只包含连续变量。其数学模型可简单的表达为 min )(X f （6-1） s.t. (X )≤0 j =1,2,3,…,NC g j （6-2） 式中 ub i lb i x x x ≤≤ i =1,2,3,…,NN D T ND D T C D R x x x X X X X ∈==],,,[, ],[21L C T NN N D ND C R x x x X ∈=++],.....,,[21, C D n R R R ×= 其中：x i lb 和x i ub 分别为变量的下界值和上界值，D X 为离散变量的子集合（整型变量可 视为离散变量的特例），C X 为连续变量的子集合。 6.2.2 结构优化的方法
结构优化设计在房屋结构设计中的运用 发表时间：2019-04-04T09:06:49.333Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第34期作者：严明煜 [导读] 建筑行业的发展机遇与挑战共存，并且随着越来越多的建筑企业参与到市场竞争中，使得建筑行业的竞争也越发激烈。因此，如果建筑企业想要在暗流涌动的市场格局中争得一席之地，就必须要改进原有的建筑结构设计，优化设计技术水平。因此，当前对建筑结构设计中优化技术的研究是必不可少的。 严明煜 浙江东南建筑设计有限公司浙江杭州 310000 摘要：建筑行业的发展机遇与挑战共存，并且随着越来越多的建筑企业参与到市场竞争中，使得建筑行业的竞争也越发激烈。因此，如果建筑企业想要在暗流涌动的市场格局中争得一席之地，就必须要改进原有的建筑结构设计，优化设计技术水平。因此，当前对建筑结构设计中优化技术的研究是必不可少的。 关键词：建筑结构设计；优化技术；应用探讨 1建筑结构设计优化的概念、特点以及重要意义 所谓建筑结构设计优化，主要是指建筑在最初的设计之时，除了要保障房屋建筑等的施工安全性以及实用性，还要能够在基本满足人们最基本生活要求的同时，尽量保证房屋结构不仅美观，还要合理、舒适，使得房屋建筑具有安全性、适用性、经济性、科学性、美观等的综合性设计方案。一般建筑结构设计优化方法普遍具有以下几个特点：（1）建筑结构优化设计方法具有多样性和综合性的特点。（2）建筑结构优化设计方法是与艺术等审美标准相融合的设计，直观效果比较强。（3）建筑结构优化設计的安全系数得到了整体的提高。（4）建筑结构优化设计的适用性增强。（5）建筑结构优化设计能够体现当今时代的低碳要素，具有节能性和环保性。（6）建筑结构优化设计的经济化趋向愈来愈明显。（7）建筑结构优化设计在管理中更加简易、方便、快捷。（8）建筑结构优化设计具有科学性（9）建筑结构优化设计具有明显的创新意识、突破了传统的设计形式。建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用具有以下重要意义：建筑结构优化设计方法在房屋结构设计的应用中，是以优化房屋的结构、保障房屋建筑的质量及其安全为目的的。根据近年来我国城市建筑的发展趋势以及科学技术的发展情况来看，与传统的房屋设计相比，经过优化设计的建筑所采取的设计理念以及设计技术更为先进和科学，能够充分发挥房屋建筑建材的性能以及其设备的性能的优势，成本支出也更为低廉，从而实现企业利益的最大化。除此之外，建筑结构优化设计方法应用于房屋结构设计中，能够实现房屋建筑内部结构的协调和整合，有效提高房屋建筑的质量以及安全性。现代的建设结构优化设计方案和传统的建设房屋比较，运用设计方法后的建筑可以降低工程的建设投入成本和投资，提高建筑结构的优化方法，可以节省建设材料的使用，充分利用建设材料。 2结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤 2.1结构优化模型 房屋结构整体优化设计方法分以按3个步骤进行。首先，选择设计变量。一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量，如目标控制参数（结构造价C1和损失期望C2）和约束控制参数（结构的可靠度PS）；而将那些对设计要求来讲，变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数，这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量；其次，确定目标函数。寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率，从而使总费用最小；第三，确定约束条件。房屋结构基于可靠度优化设计的约束条件，则包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中，要使结构优化设计应用于实际房屋结构工程，则是路房屋结构设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较，保证各约束条件都符合现行规范的要求，以实现最优设计。 2.2设定优化设计计算方案 房屋结构基于可靠度的优化设计问题属于比较复杂的多变量、多约束非线性优化问题，一般情况下，在计算过程中，应转化问题求解，即将有约束优化问题转化为无约束问题。可以利用起来的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、Powell法等。 2.3进行程序设计 根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法，编制功能齐全、运算速度快的综合程序。 2.4结果分析 对计算结果进行分析，确定最优设计方案。 在上述步骤的执行过程中，涉及的问题包括多个方面，所以要全方位、多角度地考虑。这主要是因为建设投资这项工程的耗资非常大，涉及到的情况非常多，所以，总法则和考虑必须综合进行，不能片面地追求资金的节约而不顾设计的优化作用。技术与经济之间存在一对矛盾，要能够正确处理，因为它是控制投资中至关重要的环节。因此，在设计中片面强调经济节约是不正确的，应满足技术上的相应要求，使项目达到相应的功能倾向，与此同时，要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。 3建筑结构设计优化在房屋设计中的具体运用 3.1整体和布局的统一性 以湖南省某处建筑设计为例，建筑平面图如图1所示，在建筑设计过程当中，经常会运用到艺术建筑设计理念，在项目的整体性工程设计方面，需要对建筑设计和艺术性设计实施完美的结合。因此，在建设过程中需要充分地考虑到整体建筑项目风格以及对建筑环境的和谐统一。从另外一个角度上来进行分析，建筑的局部美和整体性设计上都需要进行和谐统一，不管是在走线的方式还是建筑给排水管道的铺设上，都需要以整体性和安全性为主要的设计原则，在充分的保证建筑安全性的前提下来进行美观性设计。 3.2建筑结构的优化设计 在建筑结构设计优化工作当中，需要充分考虑到建筑剪力墙的优化设计，在建筑优化设计过程中主要表现在对建筑的安全性能的保障方面。充分结合建筑设计的中心位置以及剪力墙的整体受力形式，尽可能降低剪力墙的设计指标，在降低建筑受力方面，需要重点考虑建
钢结构设计原理复习 第一章绪论 1、钢结构的特点（前5为优点，后三为缺点） 1）强度高、重量轻 2）材质均匀，塑性、韧性好 3）良好的加工性能和焊接性能（易于工厂化生产，施工周期短，效率高、质量好） 4）密封性能好 5 )可重复性使用性 6 ) 耐热性较好，耐火性差 7)耐腐蚀性差 8)低温冷脆倾向 2、钢结构的应用 1）大跨结构【钢材强度高、结构重量轻】（体育馆、会展、机场、厂房） 2）工业厂房【具有耐热性】 3）受动力荷载影响的结构【钢材具有良好的韧性】 4）多层与高层建筑【钢结构的综合效益指标优良】（宾馆、办公楼、住宅等） 3、结构的可靠度：结构在规定的时间（50年），规定的条件（正常设计、正常施工、正常使用、正常维护）下，完成预定功能的概率。 4、结构的极限状态：承载能力极限状态（计算时使用荷载设计值）、正常使用极限状态（荷载取标准值） 5、涉与标准值转化为设计值的分项系数：恒荷载取1.2 活荷载取1.4第二章钢结构的材料
1、钢材的加工 ①热加工：指将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状，生产出各 种厚度的钢板和型钢。（热加工的开轧和锻压温度控制在1150-1300℃ ） ②冷加工：指在常温下对钢材进行加工。（冷作硬化现象：钢材经冷加 工后，会产生局部或整体硬化，即在局部或整体上提高了钢材的强度和硬度，降低了塑性和韧性的现象） ③热处理：指通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢材的组织结构发 生变化，以获得所需性能的加工工艺。（退火、正火、淬火和回火）2、钢材的两种破坏形式： 3、钢材的六大机械性能指标 屈服点：它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。
结构优化设计的几点应用 摘要：提出结构优化设计的概念，重点分析和推导了钢筋混凝土受弯构件造价最省的条件，可以为设计人员判断受弯构件的截面是否优化提供参考。 关键词：结构优化设计；钢筋混凝土受弯构件；造价 1. 引言 一般结构设计的流程按图一进行，结构选型、布置和截面等是设计师根据设计要求和实践经验，参考类似的工程设计确定的。设计中大量的工作都是对初步选定的设计方案进行校核，现行设计规范的表述模式一般是不等式，如，因此满足不等式的结构方案必定是无限多种的。在满足设计规范和使用要求的前提下，另外确定一个特定指标使其达到极大或极小（如造价最省、工期最短、自重最轻、梁高最小等），就是结构优化设计。
优化设计用数学的方法描述就是目标函数的极值问题。一个结构的设计方案是由若干个变量来描述的，这些变量可以是构件的截面尺寸，也可以是结构的形状布置，还可以是材料的力学或物理参数。结构设计的所有变量计为[X]，结构设计必须满足建筑功能和设计规范的要求，也就
是所有的变量必须满足一定的约束条件： H(X)=0 G(X)≥0 设定的优化目标必定是[X]的函数F（X）,F(X)→min(或max)所求的一组解[X0]就是最优化设计的解。 [X]的维数决定了优化设计的过程离开计算机是无法实现的，遗憾的是现阶段的结构设计软件除少数钢结构软件有构件截面的自动优选外，一般都没有引入优化设计的概念。因此现阶段可以操作的优化设计依然是电脑与人脑的结合，即所谓的概念设计，根据一定的经验指标判断计算结果是否已达优化，也就是如图二所示，在一般设计的流程中加入最优化的判断。 2. 结构优化设计的分类： 根据结构设计的流程，优化设计可以分为宏观优化和微观优化，宏观优化包括结构选型和结构布置的优化，微观优化主要是指杆件截面的优化。 结构选型的优化包括基础方案和上部结构的优化，结构选型的优劣直接决定了结构设计的质量，更多的依靠设计人的经验和能力，当复杂的问题超出经验的范围时，对不同的结构方案进行试算不失为一种可行的方法，这时忽略一些微观的因素，相当于大大降低了自变量[X]的维数，少量的计算比较就可以找到比较优化的结构选型。比如框架-筒体的超高层建筑，外框架可采用钢筋混凝土、钢管混凝土、型钢混凝土，可以加斜撑，也可以做加强层，在不能准确判断采用哪种方案的时候，逐一试算，比较钢材和混凝土的用量或其他目标函数，可以在较短的时间内
1前言 随着中国经济的发展 ,特别是作为支柱产业的石油化工和汽车工业的快速发展 ,石油和天然气供应不足的矛盾日益突出。石油天然气资源是发展石油工业的前提条件和基础 ,探明储量是制定石油工业长期发展规划和建设项目的依据 ,剩余可采储量的多少决定了石油工业发展潜力所在。目前我国陆上石油后备资源严重不足 ,原油产量增长缓慢。由于长期的强化开采 ,大多数主力油田在基本稳定基础上陆续进入产量递减阶段 ,开采条件恶化 ,开发难度增大。鉴于陆上资源的日渐枯竭 ,资源开发向海洋、尤其是深海进军已成必然趋势。因此，如何控制海上石油平台的震动，保护平台的安全可靠成为一个亟待解决的问题。 1.1海洋平台简介 在陆地上钻井时，钻机等都安装在地面上的底座上；在海上钻井时，不可能将钻井设备安放在海里，因此就需要一个安放钻井设备等的场所，这个场所就是海洋钻井平台。海上钻井平台分类[2]如下： 按运移性分为：固定式钻井平台，移动式钻井平台。移动式钻井平台又分为坐底式钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台、浮式钻井平台。 按钻井方式分为：浮动式钻井平台和稳定式钻井平台。浮动式钻井平台分又为，半潜式钻井平台、浮式钻井船和张力腿式平台；稳定式钻井平台又分为，固定式钻井平台、自升式钻井平台和坐底式钻井平台。 固定式海洋平台是从海底架起的一个高出水面的构筑物，上面铺设甲板作为平台，用以放置钻井机械设备，提供钻井作业场所及工作人员生活场所。 海洋平台的安装包括：导管架的安装和工作平台的安装。其中导管架的安装方法有：提升法、滑入法和浮运法。工作平台的安装方法有：吊装和浮装。 海洋平台的组成部分有：导管架和桩基、栈桥、上部模块、生活楼直升机甲板和火炬臂。
船舶结构设计方式及优化分析邱帜 发表时间：2019-07-16T09:05:47.510Z 来源：《工程管理前沿》2019年第08期作者：邱帜[导读] 在进行具体的船舶结构优化设计时，必须要与实际工程的特点相符合，同时结合计算机技术、现代数学理论等。武汉船舶设计研究院有限公司湖北武汉 430060摘要：船舶结构设计对船舶的应用性有着很大的意义。船舶结构设计的优化方法主要有经典优化设计的数学规划法、多目标模糊优化设计 法、基于可靠性的优化设计法、智能型优化设计法等。在进行具体的船舶结构优化设计时，必须要与实际工程的特点相符合，同时结合计算机技术、现代数学理论等。 关健词：船舶结构；优化；设计方法 引言 进行船舶结构优化设计的目的就是寻求合适的结构形式和最佳的构件尺寸，既保证船体结构的强度、稳定性、频率和刚度等一般条件，又保证其具有很好的力学性能、经济性能、使用性能和工艺性能。随着计算机信息技术的发展，在计算机分析与模拟基础上建立的船舶结构的优化设计，借鉴了相关的工程学科的基本规律，而且取得了卓越的成效；基于可靠性的优化设计方法也取得了较大的进步；建立在人工智能原理与专家系统技术基础上的智能型结构设计方法也取得了突破性进展。 1.船舶结构设计的方式 1.1船舶结构设计的设计理念 在设计过程中，由于船舶结构的复杂性，有必要对其设计理念和施工过程中出现的问题进行具体分析。第一要分析船舶运输能力及性能指标。船舶结构的工程量非常大。在正常情况下，它是各种工程建设的基础和综合工作。出于这个原因，船舶的设计过程涉及结构、管系、轮机、电气、舾装等多个专业。因此进行船舶设计时，各专业必须提前做好准备。一方面要分析船舶结构设计和施工过程中的关键点，并针对各关键点制定具体的科学实施方案。另一方面还应设计船舶结构图纸，针对特殊型式有必要与船东方沟通，并按照造船管理的具体过程进行严格管理。这方面主要包括详细设计、生产设计，辅助工装设计，准备工作和管理施工方案。 1.2船体结构设计的设计要求 船体结构的设计必须是可行的，并且应在确保船舶安全的同时进行具体的设计和优化。船舶在海洋中的安全航行是所有工作的重要保证。在设计过程中，必要按照船级设规范要求进行设计，并确保船舶的稳定性。船舶设计时应考虑在航行过程中的海洋环境，气候、水文和极端天气。另船舶的设计需考虑施工的科学性，以方便制造厂进行施工。 船舶结构需有良好的强度和稳性。施工期间必须确保各项材料的质量，例如，船舶构造中使用的板材必须保证强度及机械性能。不能为追求成本而使用有缺陷的材料，导致船舶的安全性降低。在设计过程中，船舶装载能力需高度重视，船舶的舱室和甲板的设计应根据实际装载要求进行优化设计，以便有足够的空间保证人员的生活和货物的装载，同时还应考虑到船员的安全性以及舒适性。 2.船体结构型式 船体结构基础模式属于板以及型材的组合，还可以叫作是板架结构。针对结构处于的地方和功能，手动将其分成几个干板架。例如，船底和甲板板架等。通过分析船体梁，能够清楚甲板与船底板架可以说是船体梁的上冀板和下冀板，舷侧板架则是其腹板。其功能不一样，骨架排列模式不同，一般分为横纵骨架式结构。在纵向结构配置的时候，存在大量纵向构建必须穿过横向构件，在分段合拢过程中，纵向构件有大量的接口，导致纵骨架式结构配置难度较大，因此部分情况下，就算是甲板和船底也应该使用横骨架式的结构。 针对干货船，上面的甲板应该使用横骨架式机构的详细情况为：（1）船只长度不超过 10m 的时候，船只长度在 10m 到 120m，L/D 不超过 11。整个弯矩不大，中刨面模数标准值不大，部分强度要求成为重点的。 （2）上方甲板时常摆放货物，进而横向荷载巨大，若使用纵骨架式结构，相对较大的横梁将会对于舱容造成影响。如图1所示为横骨架式机构图。针对船体应该使用骨架式结构的情况为：（1）船只长度不超过 10m，L/D 不超过 12 的时候，船底外板厚度并不视强度情况确定的，而是以锈蚀和磨损进行掌控。（2）船只中垂弯矩超出拱弯矩较大的时候。（3）船底容易搁浅，或者是舱内使用抓斗起货，同时舱底缺少护板，厚度主要取决于磨损程度。舷侧结构型式，主要是横舱壁之间的距离以及甲板和舱底之间的距离确定的。通常垂向距离不应该使用横骨架式，这对于结冰区域航行十分重要。部分地区在冬天时常存在漂浮的冰排，船只的舷侧结构骨架型式必须充分思考这个因素。 3.船舶板架结构动力优化设计的具体方法