QY16型汽车起重机下车液压系统优化设计
作者：思学成指导老师：张学军
摘要：本设计在分析汽车起重机的功能、组成和工作特点的基础上，并结合国内外汽车起重机的运用现状和发展趋势，设计了一款中型汽车起重机（QY16）下车液压系统。在设计本机液压系统时，对工作机构液压回路进行典型工况分析，确定了液压系统要求，并结合优化设计思路拟定液压系统原理图和对液压元件进行选择。在设计中对发动机与液压泵的功率匹配进行了分析，并在回路中使用电液比例控制阀，以使系统更加稳定可靠。
关键字:汽车起重机;工况分析;设计计算;电液比例优化
前言：工程起重机是各种工程建设广泛运用的重要起重设备，是用来对物料进行起重、运输、装卸或安装等作业的机械设备，在工业和民用建筑中作为主要施工机械而得到广泛运用。
1.1概述
汽车起重机是一种使用广泛的工程机械，这种机械能以较快速度行走，机动性好、适应性强、自备动力不需要配备电源、能在野外作业、操作简便灵活。在汽车起重机上采用液压起重技术，具有承载能力大，可在有冲击、振动和环境较差的条件下工作。由于系统执行元件需要完成的动作较为简单，位置精度要求较低，所以，系统以手动操纵为主，对于起重机械液压系统，设计中确保工作可靠与安全最为重要[1]。
汽车起重机是用相配套的载重汽车为基本部分，在其上添加相应的起重功能部件，组成完整汽车起重机，并且利用汽车自备的动力作为起重机的液压系统动力；起重机工作时，汽车的轮胎不受力，依靠四条液压支撑腿将整个汽车抬起来，并将起重机的各个部分展开，进行起重作业；当需要转移起重作业现场时，需要将起重机的各个部分收回到汽车上，使汽车恢复到车辆运输功能状态，进行转移。
一般的汽车起重机在功能上有以下要求:
1．整机能方便的随汽车转移，满足其野外作业机动、灵活、不需要配备电源的要求；
2．当进行起重作业时支腿机构能将整车抬起，使汽车所有轮胎离地，免受起重载荷的直接作用，且液压支腿的支撑状态能长时间保持位置不变，防止起吊重物时出现软腿现象；
3．在一定范围内能任意调整、平衡锁定起重臂长度和俯角，以满足不同起重作业要求；
1.2 液压传动应用于汽车起重机的优缺点
1.2.1 液压传动应用于汽车起重机的优点
来自汽车发动机的动力经油泵转换到工作机构，其间可以获得很大的传动比，省去了机械传动所需的复杂而笨重的传动装置。不但使结构紧凑，而且使整机重量
大大的减轻，增加了整机的起重性能。同时还很方便的把旋转运动变为平移运动，易于实现起重机的变幅和自动伸缩[2]。各机构使用管路联结，能够得到紧凑合理的速度，改善了发动机的技术特性。
1.2.2 液压传动应用于汽车起重机的缺点
液压传动的主要缺点是漏油问题难以避免。为了防止漏油问题，元件的制造精度要求比较高。油液粘度和温度的变化会影响机构的工作性能。液压元件的制造和系统的调试需要较高的技术水平。
1.3 液压系统的类型
液压系统主要实现其工作目的必须经过动力源—调节控制机构—执行机构三个环节。其中动力源主要是液压泵；传输控制装置主要是一些输油管和各种阀的连接机构；执行机构主要是液压马达和液压缸[3]。这三种机构的不同组合就形成了不同功能的液压回路。
1.4 汽车起重机液压系统功能、组成和工作特点
汽车起重机液压系统一般由起升、变幅、伸缩、回转、支腿和控制六个主系统组成。从图1.1可以看出，各个回路之间具有不同的功能、组成和工作特点：
图1.1 汽车起重机各回路工作状态图
Fig. 1.1 working state diagram of each circuit of truck crane
1.4.1 起升系统
起升回路起到使重物升降的作用如图1.2。
图1.2 起升系统
Fig. 1.2 hoisting system
起升回路是起重机液压系统的主要回路，对于大、中型汽车起重机一般都设置主、副卷扬起升系统。它们的工作方式有单独吊重、合流吊重以及单独共同吊重三种方式，其中对于吊大吨位且要求速度不太高时用主卷扬吊的方式，对于吊小吨位且要求速度不太高时用副卷扬吊的方式；对于吊大吨位且要求速度比较高时用主副卷扬泵合流吊的方式；对于吊比较长的物体时用单独共同吊重方式。在实际的工作中根据实际的需要选择工作方式[4]。
1.4.2回转系统
回转回路起到使吊臂回转，实现重物水平移动的作用。
回转回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器和液压马达组成，由于回转力比较小所以其结构没有起升回路复杂。
回转机构使重物水平移动的范围有限，但所需功率小，所以一般汽车起重机都
设计成全回转式的，即可在左右方向任意进行回转。回转系统还具有独立的工作能力，工作过程中可防止打停现象的出现，并通过加装电磁浮动阀使其能够自由的摆动，具有良好的微动性能。
1.4.3 变幅系统
绝大部分工程起重机为了满足重物装、卸工作位置的要求，充分利用其起吊能力（幅度减小能提高起重量），需要经常改变幅度。变幅回路则是实现改变幅度的液压工作回路，用来扩大起重机的工作范围，提高起重机的生产率。
如图1.3所示，变幅回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀和变幅液压缸组成。
图1.3 变幅系统
Fig. 1.3 amplitude variation system
工程起重机变幅按其工作性质可分为非工作性变幅和工作性变幅两种。非工作性变幅指只是在空载条件下改变幅度。它在空载时改变幅度，以调整取物装置的位置，而在重物装卸移动过程中，幅度不改变。这种变幅次数一般较少，而且采用较低的变幅速度，以减少变幅机构的驱动功率，这种变幅的变幅机构要求简单。工作性变幅能在带载的条件下改变幅度。
1.4.4 伸缩系统
伸缩回路可以改变吊臂的长度，从而改变起重机吊重的高度，如图1.4。
伸缩回路主要由液压泵、换向阀、液压缸和平衡阀组成，根据伸缩高度和方式不同其液压缸的节数结构也就大不相同。
图1.4 伸缩系统
Fig. 1.4 telescopic system
2.1 典型工况分析及对液压系统要求
分析各机构的实际作业情况，起重机的试验规范，确定QY16汽车起重机的典型工况。根据汽车起重机的典型工况确定对液压系统的要求。
2.1.1伸缩机构的作业情况
汽车起重机工作中主要用到的机构是主、副卷扬机构，回转机构；在重物下降定位时常常用到变幅机构[5]。带载伸缩是比较危险的，在实际作业中很少使用，空载吊臂伸缩循环仅占试验基本工况作业循环次数的5％，故伸缩及带载伸缩不是典型工况。
2.1.2副臂的作业情况
大多数汽车起重机都带有副臂，它的作用是增加起重机的最大起升高度。很多大型汽车起重机主臂前都有一个突出滑轮，在副卷扬工作时，顺着滑轮吊下副钩，用于主、副卷扬的组合动作，而很少用副臂与主卷扬进行组合动作。本机属于中型起重机，不提倡采用副臂，不过可以增加臂的节数来增大最大起升高度。
2.1.3 对液压系统要求
根据汽车起重机的典型工作状况对系统的要求主要反映在对以下几个液压回路的要求上：
1．起升系统：
1）主、副卷扬既能单动，又能同时动作，要求自动分流合流并将保证低压合流
高压自动分流。
2）副卷扬只要求单泵供油。
3）要求卷扬机构微动性好，起、制动平稳，重物停在空中任意位置能可靠制动，即二次下滑问题，以及二次下降时的重物或空钩下滑问题，即二次下降问题。
2．回转系统：
1）具有独立工作能力。
2）回转制动应兼有常闭制动和常开制动（可以自由滑转对中），两种情况。3．变幅系统：
1）带平衡阀并设有二次液控单向阀锁住保护装置。
2）要求起落臂平稳，微动性好，变幅在任意允许幅值位置能可靠锁死。
3）要求在有载荷情况下能微动。
4）平衡阀应备有下腔压力传感器接口，作为力矩限制器检测信号源。
4．伸缩系统：
本机伸缩机构采用四节臂（含有三个液压缸），由于本机为中型起重机为了使本机运用广泛，采用电液阀控制液压缸实现各节臂顺序伸缩。各节臂具有任意伸缩的选择性，但不能实现同部伸缩。
5．控制系统：
1）为了使操纵方便总体要求操纵手柄限制为两个。
2）操纵元件必须具有45°方向操纵两个机构联动能力。
6．支腿系统：
1）要求垂直支腿不泄漏，具有很强的自锁能力（不软腿）。
2）要求各支腿可以进行单独调整。
3）要求水平支腿伸出距离足够大，能够满足最大吊重而不至于整机倾翻。
2.2 发动机与液压油泵的功率匹配优化方案
汽车起重机能量的总利用率一般仅为20%左右，能量损失巨大，因而节能技术便成为衡量汽车起重机先进性的重要指标。目前国外的技术大多是采用电子功率优化系统，对发动机和液压油泵系统进行综合控制，使二者达到最佳匹配以获得节能效果。该系统由单片机控制的无级调速的电控油门和电磁比例阀使挖掘机的机电一体化程度大大提高。
2.2.1 电控系统主控对象
汽车起重机主要由起重臂、地盘部分、转台和支腿部分四部分组成，它的重物起吊、控制室转动动作都是在液压系统的油缸和马达的驱动下完成的。而液压系统的油源又是由发动机带动的液压油泵提供的，因此发动机和液压油泵就是汽车起重机整车的动力源，功率优化控制系统的主控对象也就是发动机和液压油泵。这里配置的发动机是康明斯柴油发动机；而液压油泵则是斜盘式柱塞变量泵[6]。
2.2.2 电控系统控制原理
1．对发动机转速控制
柴油机基本上是恒扭矩调节的，其输出功率的变化表现为输出转速的变化，即不同的油门开度对应着不同的柴油机输出转速，也就是说我们可以通过对油门开度大小的控制来实现对发动机输出转速的控制。门开度大时，喷油泵有效供油行程大，循环供油量大，发动机转速提高。
2．对液压油泵的控制
由柴油机的外特性曲线还可以看出，当喷油泵的油门拉杆处于某一位置时，柴油机的输出扭矩随转速变化的特性曲线很平坦。这种特性对柴油机的工作是很不利的，当柴油机的负荷有较小变化时，其转速就会发生很大的变化。所以发动机在驱动工作机械时，只有当它的输出扭矩与工作机械的阻力相等，发动机才可以稳定工作。如阻力矩超过发动机的输出扭矩，发动机转速将下降；反之，则升高。
对超负荷运行状态的控制汽车起重机在施工作业中，如遇到起重重物时，起升阻力变大，工作负载变大，执行元件动作变缓，回油变慢，而油泵仍继续向系统供油，油缸内的油压急增，使系统压力过大，发动机的输出扭矩已小于这时的工作阻力，于是，发动机开始超负荷运转，转速迅速下降，甚至导致“熄火”[7]。这时单靠拉大油门，硬性地使发动机转速升上去，溢流损失会很大，甚至会使油路因压力过大而漏油；还有一种情况是负荷特别重，油门已在最大位置，而我们已无法再通过调节油门来升速。
2.3 QY16型汽车起重机液压系统分析
根据开式和闭式系统的优缺点、典型工况，结合国内外同类产品的具体情况，上车液压系统决定选用多泵多回路和多种型式的高压变量系统。在起升（主、副卷扬）、回转、伸缩、变幅、支腿和控制6个液压回路中，起升和回转采用独立闭式油路，变幅、伸缩和支腿采用开式油路。
伸缩回路有四节液压缸，使用电液阀控制使液压缸实现顺序伸缩和各节臂单独伸缩。回路中，电磁阀仅通过推动液动阀所需的流量，流量较小，而流动阀才是通过工作机构所需的大流量。这样电磁阀可靠性大大提高。液动阀可通过很大流量，从而提高伸缩速度。
大中型起重机的变幅机构，为了减小变幅缸的缸径，通常采用双缸并联回路，即两个等直径的变幅缸分别置于臂的两侧跟臂一起刚性连接。本机采用液控单向阀来锁紧臂自动下滑，才用了一平衡阀来防止在变幅下降时产生超速现象。
伸缩、变幅回路在工作时只能一个单独工作，用电液比例换向阀来控制它们的伸缩速度。本机采用了一个二位六通转阀来切换伸缩、变幅油路，这样不但可以实现一个操作手柄单独操作伸缩、变幅工作，而且用一个二位六通转阀替换了一个电液比例换向阀和一个电路切换开关降低了生产成本[8]。
3 设计总结
本课题主要针对汽车起重机的功能、组成和工作特点，结合国内外汽车起重机的运用现状和发展趋势，设计一款能够适应国内外工程建设的中型汽车起重机（QY16）下车液压系统。在设计本机液压系统时，在明确设计任务和设计要求；仔细研究设计方案，理清设计思路，使设计过程清晰化，这两点的基础上。进行以下研究工作：
1．分析已有的汽车起重机，结合本机特点，对汽车起重机的典型工况进行了分析，确定了液压系统的要求，并对液压系统类型进行选择。
2．回转回路为闭式变量泵定量马达回路；
3．支腿回路和转向回路为开式回路。
4．对各工作机构液压回路进行设计，对各回路的组成原理和性能进行分析。3．根据本机液压系统工作参数和各机构主要参数对液压系统进行设计计算，即对各种类型的主要元件进行设计计算，并且对其进行选择。
5．回转回路采用电液比例排量调节泵：斜轴式柱塞双向液控变量泵A2V28HW/EL，带有副泵，此副泵负责给所在闭式回路补油和提供控制油。回转马达为定量斜轴向柱塞马达A2FM23。
6．支腿回路为体现设计的合理性，选择水平支腿回路工作压力5Mpa，垂直支腿回路工作压力10Mpa。并设计计算了关键部件垂直支腿液压缸：垂直支腿液压缸缸径D=100mm；活塞杆直径d=70mm；壁厚20 mm。支腿、变幅、伸缩回路共用泵为A2F0125。
7．转向回路选择CB型齿轮油泵CB-10型齿轮泵。
8．4．液压元件选好以后对各个回路各项性能进行验算，全部达到了设计要求，并通过发热量验算，油温也控制在合适的范围内，证明本设计所做的QY16型汽车起重机下车液压系统设计符合设计规范，工作安全可靠
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新疆农业大学机械交通学院
课程论文
课程名称: 机械优化设计
学期： 2016-2017学年第一学期
专业班级：机制134 学号： 220130720
基于MATLAB工具箱的机械优化设计 长江大学机械工程学院机械11005班刘刚 摘要：机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计效率和质量。本文系统介绍了机械优化设计的研究内容及常规数学模型建立的方法，同时本文通过应用实例列举出了MATLAB 在工程上的应用。 关键词：机械优化设计；应用实例；MATLAB工具箱；优化目标 优化设计是20世纪60年代随计算机技术发展起来的一门新学科, 是构成和推进现代设计方法产生与发展的重要内容。机械优化设计是综合性和实用性都很强的理论和技术, 为机械设计提供了一种可靠、高效的科学设计方法, 使设计者由被动地分析、校核进入主动设计, 能节约原材料, 降低成本, 缩短设计周期, 提高设计效率和水平, 提升企业竞争力、经济效益与社会效益。国内外相关学者和科研人员对优化设计理论方法及其应用研究十分重视, 并开展了大量工作, 其基本理论和求解手段已逐渐成熟。 国内优化设计起步较晚, 但在众多学者和科研人员的不懈努力下, 机械优化设计发展迅猛, 在理论上和工程应用中都取得了很大进步和丰硕成果, 但与国外先进优化技术相比还存在一定差距, 在实际工程中发挥效益的优化设计方案或设计结果所占比例不大。计算机等辅助设备性能的提高、科技与市场的双重驱动, 使得优化技术在机械设计和制造中的应用得到了长足发展, 遗传算法、神经网络、粒子群法等智能优化方法也在优化设计中得到了成功应用。目前, 优化设计已成为航空航天、汽车制造等很多行业生产过程的一个必须且至关重要的环节。 一、机械优化设计研究内容概述 机械优化设计是一种现代、科学的设计方法, 集思考、绘图、计算、实验于一体, 其结果不仅“可行”, 而且“最优”。该“最优”是相对的, 随着科技的发展以及设计条件的改变, 最优标准也将发生变化。优化设计反映了人们对客观世界认识的深化, 要求人们根据事物的客观规律, 在一定的物质基和技术条件下充分发挥人的主观能动性, 得出最优的设计方案。 优化设计的思想是最优设计, 利用数学手段建立满足设计要求优化模型; 方法是优化方法, 使方案参数沿着方案更好的方向自动调整, 以从众多可行设计方案中选出最优方案; 手段是计算机, 计算机运算速度极快, 能够从大量方案中选出“最优方案“。尽管建模时需作适当简化, 可能使结果不一定完全可行或实际最优, 但其基于客观规律和数据, 又不需要太多费用, 因此具有经验类比或试验手段无可比拟的优点, 如果再辅之以适当经验和试验, 就能得到一个较圆满的优化设计结果。 传统设计也追求最优结果, 通常在调查分析基础上, 根据设计要求和实践
２７４２００６年橡胶新技术交流暨信息发布会 橡胶密封件优化设计平台系统 谭晶１，杨卫民１，李建国１。杨维章２，贺永军２，鲁选才２ （１．北京化工大学机电工程学院，北京１０００２９； ２．西北橡胶塑料研究设计院，陕西咸阳７１２０２３） 摘要：介绍了一种橡胶密封件优化设计平台系统，利用该系统可对各种密封件如０形圈，矩形圈、滑环式组合和油封等进行有限元分析，且能对各种密封件进行参数化设计，各种结构尺寸调整后，设计图形自动更新，并可快速转化为有限元模型进行分析，借助不断丰富的专家知识库和有限元分析结果对橡胶密封件进行分析优化。获得橡胶密封件的最佳结构设计及其对材料和成型工艺条件的具体要求，自动生成密封件制品和模具设计图纸．为今后橡胶密封件制品的结构优化、模具设计和新产品开发奠定了基础． 关键词－９封圈；橡胶密封；优化设计； 随着ＣＡＤ／ＣＡＥ技术的发展和现代化和智能化生产方式的出现，传统的产品设计模式己经不能满足现代生产的需要，ＣＡＥ技术已经成为设计过程中不可缺少的一部分。橡胶由于其特殊的性能和低廉的价格被应用于各行各业，所以对橡胶制品进行有限元分析有着重要的意义。近年来，国内虽有一些企业开始认识到有限元分析在橡胶工程中的巨大作用，也开始应用有限元技术来分析橡胶密封制品，但总的说来，应用效率非常低，仍然摆脱不了传统的设计模式，使得有限元分析与应用严重脱节，不能实现现代化和智能化的生产目的。 本项目研制的“橡胶密封件优化设计平台系统”改变了传统的设计方法和设计理念，对于新产品的研究开发，不需要加工制造及试验的环节，设计人员通过网络了解市场需求以及用户的要求，可直接利用该系统根据用户要求选择密封件的材料从而选择密封件的结构，并可对其进行反复的有限元分析，得到优化后的应力应变及变形图等计算的结果，达到用户要求后即可输出相应的参数结果，从而输出制品图和模具图，即能够在优化设计过程中，实现尺寸驱动，各结构尺寸调整后有限元模型和设计图形会自动更新，给设计者的设 基金项目：国防科工委十?五（二期）重点攻关项目（ｍｋｐｔ一２００４—２９） 计工作带来了方便，缩短了产品的开发周期、降低了产品的投入成本，增强了市场竞争能力。 １橡胶密封件优化设计平台系统介绍 橡胶密封件优化设计平台系统（如图１）和所有的操作软件一样，利用ＧＵＩ的方式展示给使用者，使用方便，操作简单，使用者只需了解简单的ＧＵＩ操作界面，所有的计算都在后台运行，无需掌握计算过程和计算方法，只需点击相应的按钮即可实现相应的功能。 本系统共包括材料和结构数据库、密封件有限元分析系统、专家知识库三大部分。 图Ｉ橡胶密封件优化设计平台系统主截面 ２橡胶密封件优化设计平台系统功能简介２．１材料和结构数据库 橡胶密封件材料参数和制品及模具相关参
Y J K软件的优化设计Prepared on 21 November 2021
一、当前软件(PKPM)主要问题 1、计算模型落后甚至不正确的若干方面 2、采用的算法不完全满足规范要求的若干方面 3、采用的过于简化的计算模型的若干方面 4、设计观念已经落后的若干方面 5、计算模型粗放忽略了结构有利要素的若干方面 6、涉及优化的关键环节缺失的若干方面 7、不开放接口的封闭观念 1、计算模型落后甚至不正确的若干方面 （1）基础筏板、桩筏或桩承台有限元计算常给出配筋异常大的结果（2）楼板按照单房间的导致支座钢筋偏大； （3）基础冲切计算流程错误导致筏板承台厚度过大； （4）承台独基与地基梁的重复计算造成重复布置 2、采用的算法不完全满足规范要求的若干方面 （1）剪力墙边缘构件配筋的单肢配筋方式配筋过大或不够； （2）柱剪跨比按简化计算方法常导致短柱过多超限过多； （3）型钢混凝土柱的配筋按不同规程才可优化 3、采用的过于简化的计算模型的若干方面 （1）对弹性时程分析结果只能作全楼统一的地震作用放大； （2）对活荷载的折减系数、重力荷载代表值系数只能设置全楼统一的数值； （3）施工模拟计算不能胜任目前多种工程需要； （4）转换梁按照梁杆件计算模型导致易发生抗剪抗弯超限； （5）地下室外墙的计算模型不合理导致地下室外墙过大的配 筋设计； （6）基础考虑上部楼层刚度的计算不全面； 4、设计观念已经落后的若干方面 认为梁设计时考虑楼板的壳元计算减少梁的配筋偏于不安全 5、计算模型粗放忽略了结构有利要素的若干方面 （1）地下1层以下地下室的不需按抗震设计； （2）梁配筋计算没有考虑支承梁的柱的宽度影响； （3）应正确区分框架梁与非框架梁； 6、涉及优化的关键环节缺失的若干方面 （1）基础承载力验算；
优化设计方法的发展与应用情况 贾瑞芬张翔 （福建农林大学 机电工程学院， 福建 福州 ３５０００２） 摘 要：本文概要地介绍了优化设计方法在国内近年的应用和发展情况，包括传统优化方法、现代优化方法，以及优化软件的应用和发展情况。 关键词：优化 遗传算法 神经网络 ＭＡＴＬＡＢ 优化方法是２０世纪６０年代随着计算机的应用而迅速发展起来的，较早应用于机械工程等领域的设计。８０年代以来，随着国内有关介绍优化设计方法的专著（如《机械优化设计》［１］）的出版和计算机应用的普及，优化设计方法在国内的工程界得到了迅速的推广。本文按传统优化方法、现代优化方法、优化软件应用等三个方面，概要地介绍优化设计方法近年来在国内工程界的应用和发展情况。 １． 传统优化方法的应用与改进情况 １．１传统优化方法的应用 从近10年发表的工程优化设计的论文可以看出，罚函数法、复合形法、约束变尺度法、随机方向法、简约梯度法、可行方向法等，都有较为广泛的应用。对重庆维普信息数据库中的工程技术类刊物做检索，1993年至2003年，这6种约束优化方法应用的文献检出率的比例，依次约为12：10：3：1.5：1.5。 以机械设计为例，传统优化方法主要应用于机构和机械零部件的优化设计，主要对零件或机构的性能、形状和结构进行优化。在结构方面，如对升降天线杆的结构优化设计[2]，采用内点罚函数法优化，在保证天线杆具有足够的刚度和压弯组合强度的前提下所设计出的结构尺寸比按一般的常规设计方法所计算的尺寸要小，自重更轻。在形状方面，赵新海等［３］对一典型的轴对称Ｈ型锻件的毛坯形状进行了优化设计，取得了明显的效果。在性能方面，《凸轮一连杆组合机构的优化设计》［４］一文以最大压力角为最小做为优化目标、并采用坐标轮换法和黄金分割法等优化方法对书本打包机中的推书机构（凸纶—连杆组合机构）进行优化设计，从而使得机构确保运动的平衡性的前提下具有良好的传力性能，使设计结果更加合理。《弹性连杆机构结构和噪声控制一体化设计》［３７］一文，利用改进的约束变尺度法，求解基于噪声控制的弹性连杆机构结构控制同步优化问题，同步优化后机构的声辐射性能指标具有明显改善。由以上的例子可以看出，因此，传统优化方法仍然具有不可忽视的作用。 将优化技术与可靠性理论相结合，形成了可靠性优化设计法。按照可靠性优化设计法设计的产品，既能定量地回答产品在运行中的可靠性，又能使产品的功能参数获得优化解，两种方法相辅相成，是一种非常具有工程实用价值的设计方法。如采用惩罚函数内点法求解齿轮传动的可靠性优化设计的数学模型[5]，以及运用二阶矩法和约束随机方向法对钢板弹簧进行可靠性优化设计[6]。 １．２传统优化方法的一些改进 目前，随着工程问题的日益扩大，优化要面对的问题的规模和复杂程度在逐渐增大，传统的优化方法解决这些问题时，就显露出了其局限性与缺陷。于是就出现了在分析现有算法的基础上，针对方法的不足或应用问题而作出的改进。 1．2．1对传统优化方法应用于离散变量优化的改进 工程设计问题中，经常遇到设计变量必须符合本行业的设计规范和标谁，只能取为限定的离散值或整数值的情况。若应用连续变量优化方法．得到最优解后再作简单的圆整处理，可能造成设计上的不可行解，或得到一个非最优解。为此适用于变量取离散值的优化方法发展起来。朱浩鹏等[7]提出了改进的动态圆整法、拉格朗日松弛法。 惩罚函数优化方法是一种常用的求解约束非线性问题的方法，但它仅限于求解连续变量的优化问题。
高层建筑结构选型设计及建筑结构优化设计杜琨 发表时间：2018-10-26T10:35:06.930Z 来源：《防护工程》2018年第13期作者：杜琨 [导读] 高层建筑类型，其社会经济效益更高，同时这种高层建筑的发展也是当前我国社会经济发展的产物和趋势 杜琨 天津中机建设工程设计有限公司 300381 摘要：高层建筑类型，其社会经济效益更高，同时这种高层建筑的发展也是当前我国社会经济发展的产物和趋势。在我国城市化进程不断加快的过程中，城市的规模及人口数量都处于扩大发展中，这就使得可利用的土地资源在逐渐减少，而高层建筑正好起到了对我国城市土地资源的缓解作用，并同时也满足了人们对建筑各项功能的要求和需求。但高层建筑的质量及有效功能的发挥，都是基于高层建筑在结构造型上的科学合理性。那么本文将重点探讨高层建筑结构选型设计及建筑结构的优化设计问题。 关键词：高层建筑；结构选型；设计；建筑结构；优化设计 城市化的步伐不断加快，也使得城市建设的范围扩展速度更快，高层建筑的建设有效缓解了城市土地资源的紧张状况。但随着高层建筑的规模与数量的持续性发展，由于其结构设计与选型不同于传统多层建筑，这就要求设计人员必须结合高层建筑的结构特点选择相应的结构形式，并对相关的设计及工艺进行优化，才能保障高层建筑的质量，促进建筑企业的可持续发展。 1. 高层建筑的结构选型设计 1.1高层建筑结构的类型 高层建筑的安全性与质量在很大程度上取决于高层建筑的结构选型。目前高层建筑结构的类型分为以下几种：框架结构、框架-剪力墙结构、筒体结构等。其中，框架结构的构成包括了梁柱、楼板等，结合建筑在功能上的不同来布置平面框架。框架结构造价更为低廉，但同时在水平荷载影响下，也会发生更大的变形，因此抗震效果不太好；框架-剪力墙这种结构类型，高层建筑剪力墙大部分布置于电梯间，通过核心筒对水平荷载予以承担，提高了抗震性，并也使得整体建筑的稳定性更好。但这种结构类型会受限于平面布局，容易发生质心和钢心无法重合的问题，在结构上太大的扭转，可能潜在一些安全隐患；筒体结构类型，其筒体的形成主要是在电梯间以及建筑外围布置剪力墙，这种结构最大的优势是刚度极高。 1.2高层建筑结构选型的影响因素 对高层建筑结构选型的影响，不仅包括建筑需求因素，还包括以下这些因素：第一，环境因素。高层建筑的环境条件主要是场地条件、防烈度、基本风压；其次是建筑方案特征，其包括了建筑的高宽比、高度、长宽比以及建筑体型，其中建筑体型又是由平面体型和立体体型构成；再者，建筑使用功能的要求。对于高层建筑，其使用功能基本上分为住宅、办公、旅馆、综合大楼等。某种功能的建筑，也许只有某几种结构形式可以与其匹配。如高层住宅的使用空间相对更小，分隔墙体会比非常多，而且每一层的平面布置大体一样，所以高层建筑的住宅功能相对来讲，更适合剪力墙或框架-剪力墙结构；最后，结构抗灾水平、现场施工情况、运营维护以及后期投入使用情况。 2. 高层建筑的结构设计分析 2.1对高层建筑结构设计中水平荷载控制的分析 高层建筑与低层建筑相比较来说，高层建筑的整体结构对水平载荷的承载量更大，所以高层建筑所具有的整体稳定性与其结构设计中水平荷载水平的控制情况有着直接关系，而且高层建筑承受的倾覆力矩也是取决于其水平荷载，这种关系是一种二次方倍数关系。所以在高层建筑的结构设计过程中，必须严格控制水平荷载，以此才可进一步控制因较大的水平荷载而发生的一连串稳定性问题。 2.2对抗侧刚度予以合理确定 高层建筑在结构设计中不同于低层建筑，这种高层建筑的结构设计会对结构侧移带来一定的影响。由于楼层高度的不断变化，会在水平荷载测量变形的作用下，其结构侧移也会随之更大。所以在高层建筑的结构设计时，必须确保其结构强度达到相应的要求，而且可以承受荷载作用所产生的内力影响，在这个过程中就需要具备一定的抗侧刚度，确保结构在水平荷载的作用下可有效控制侧移的状况。 2.3对测控的确定 高层建筑相较于低层建筑，前者的结构更容易出现侧移的问题，而且也成为高层建筑结构的重要影响因素。在高层建筑楼层越来越高时，那么相应的水平荷载侧变形也会更大。高层建筑一方面应有很高的强度，另一方面还要能够承受荷载作用所产生的内力作用及抗侧刚度，这样才能避免高层建筑结构发生侧移。 2.4有效控制高层建筑的结构抗震性能 高层建筑必须重视抗震性问题，抗震性能在很大程度上直接影响着整个建筑体的稳定性与质量。影响高层建筑抗震性的因素很多，在进行设计时，应综合考虑和分析设计人员的专业技能、水平以及相应施加的载荷，并严格控制结构选型，才能有效保障建筑的稳定性 2.5有效控制建筑的自重 高层建筑随着楼层的不断增加，相应地，结构对基础接轨的传递荷载量也在不断提高。若建筑整体的自重比地基的承载能力更大，那么建筑整体则会发生下沉，有可能导致建筑体出现倾斜或者是影响建筑的抗震性能。所以作为高层建筑的结构设计人员，必须从实际情况出发，制定完善而科学的建筑结构方案，不可使得高层建筑的荷载超出基础所能承受的最大承载能力，才能提升整个高层建筑体的稳定性与投入使用之后的质量。 3. 高层建筑结构的优化设计 3.1结合建筑的总高度进行结构的优化设计 在高层建筑中，可通过对钢骨砼柱—砼梁与钢管砼柱—钢梁的比较分析，钢梁组 合楼盖能更有效地降低梁柱截面，从而符合高层建筑使用的净高要求，同时中庭洞口各层相互交错的布置，通过钢梁组合楼盖使得传统支模的问题得以解决；另外，还可对塔楼标准层的室内梁高进行有效控制，内部净高超过了150～200mm；大多数的构件的加工工作都在工厂进行，这就有效提升了建筑产品的工业化水准，提高了整个建筑工程建设的施工效率。 3.2结合建筑的荷载进行结构的优化设计 当前大部分建筑企业在建设中的成本压力非常大，地下室的优化工作也必须予以重视。基于安全、效果以及建筑功能等，必须对消防
浅析机械优化设计方法基本理论 【摘要】在机械优化设计的实践中，机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计的效率和质量。每一种优化方法都是针对某一种问题而产生的，都有各自的特点和各自的应用领城。在综合大量文献的基础上，总结机械优化设计的特点，着重分析常用的机械优化设计方法，包括无约束优化设计方法、约束优化设计方法、基因遗传算方法等并提出评判的主 要性能指标。 【关键词】机械；优化设计；方法特点；评价指标 一、机械优化概述 机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一门科学，它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等诸多内容。该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益，在科技发达国家已将优化设计列为科技人员的基本职业训练项目。随着科技的发展，现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率、高精度方向发展。]1[ 优化设计方法的分类优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以做出各种不同的分类。按目标函数的多少，可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法按维数，可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法按约束情况，可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法按寻优途径，可分为数值法、解析法、图解法、实验法和情况研究法按优化设计问题能否用数学模型表达，可分为能用数学模型表达的优化设计问题其寻优途径为数学方法，如数学规划法、最优控制法等。 1.1 设计变量 设计变量是指在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，在优化过程中，这些参数就是自变量，一旦设计变量全部确定，设计方案也就完全确定了。设计变量的数目确定优化设计的维数，设计变量数目越多，设计空间的维数越大。优化设计工作越复杂，同时效益也越显著，因此在选择设计变量时。必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。
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。
实验六 遗传算法与优化设计 一、实验目的 1. 了解遗传算法的基本原理和基本操作（选择、交叉、变异）； 2. 学习使用Matlab 中的遗传算法工具箱(gatool)来解决优化设计问题； 二、实验原理及遗传算法工具箱介绍 1. 一个优化设计例子 图1所示是用于传输微波信号的微带线(电极)的横截面结构示意图，上下两根黑条分别代表上电极和下电极，一般下电极接地，上电极接输入信号，电极之间是介质(如空气，陶瓷等)。微带电极的结构参数如图所示，W 、t 分别是上电极的宽度和厚度，D 是上下电极间距。当微波信号在微带线中传输时，由于趋肤效应，微带线中的电流集中在电极的表面，会产生较大的欧姆损耗。根据微带传输线理论，高频工作状态下（假定信号频率1GHz ），电极的欧姆损耗可以写成（简单起见，不考虑电极厚度造成电极宽度的增加）： 图1 微带线横截面结构以及场分布示意图 {} 28.6821ln 5020.942ln 20.942S W R W D D D t D W D D W W t D W W D e D D παπππ=+++-+++?????? ? ??? ??????????? ??????? (1) 其中πρμ0=S R 为金属的表面电阻率， ρ为电阻率。可见电极的结构参数影响着电极损耗，通过合理设计这些参数可以使电极的欧姆损耗做到最小，这就是所谓的最优化问题或者称为规划设计问题。此处设计变量有3个：W 、D 、t ，它们组成决策向量[W, D ,t ] T ，待优化函数(,,)W D t α称为目标函数。 上述优化设计问题可以抽象为数学描述： ()()min .. 0,1,2,...,j f X s t g X j p ????≤=? (2)
机械优化设计 摘要 机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用,其基本思想是根据机械设计的理论,方法和标准规范等建立一反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型,然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。作为一门新兴学科，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。本文论述了优化设计方法的发展背景、流程，并对无约束优化及约束优化不同优化设计方法的发展情况、原理、具体方法、特点及应用范围进行了叙述。另外，选择合适的优化设计方法是解决某个具体优化设计问题的前提，而对优化设计方法进行分析、比较和评判是其关键，本文分析了优化方法的选取原则。之后对并对近年来出现的随机方向法、遗传算法、蚁群算法和模拟退火算法等新兴优化方法分别进行了介绍。本文以交通领域中建立最优交通网路为例说明了优化设计方法的应用特点。 关键词：机械优化设计；约束；特点；选取原则
目录 第一章引言 (1) 1.1优化设计的背景 (1) 1.2机械优化设计的特点 (2) 1.3优化设计的模型 (3) 1.4优化设计的流程 (4) 第二章优化设计方法的分类 (6) 2.1无约束优化设计方法 (7) 2.1.1梯度法 (7) 2.1.2牛顿型方法 (7) 2.1.3共轭梯度法 (8) 2.1.4变尺度法 (8) 2.2约束优化设计方法 (9) 2.2.1直接解法 (9) 2.2.2间接解法 (11) 2.3多目标优化方法 (13) 2.3.1主要目标法 (14) 2.3.2加权和法 (14) 第三章各类优化设计方法的特点 (15) 3.1无约束优化设计方法 (15) 3.2约束优化设计方法 (16) 3.3基因遗传算法（Genetic Algorithem,简称GA） (16) 3.4模糊优化设计方案 (17) 第四章优化方法的选择 (18) 4.1优化设计方法的评判指标 (18) 4.2优化方法的选取原则 (19) 第五章机械优化设计发展趋势 (21) 第六章 UG/PRO-E建模 (23) 参考文献 (27)
高层建筑结构选型设计及建筑结构优化设计 发表时间：2018-10-01T12:51:32.433Z 来源：《基层建设》2018年第22期作者：彭宇明 [导读] 摘要：随着高层建筑规模的不断扩大和投资的不断增加，结构选型在建筑结构概念设计中起着重要的作用。 深圳市慧创建筑设计有限公司广东深圳 518000 摘要：随着高层建筑规模的不断扩大和投资的不断增加，结构选型在建筑结构概念设计中起着重要的作用。它将对建筑功能、工程造价和社会效益产生影响。正确处理高层建筑的结构选型和优化设计，对高层建筑的设计、施工、使用和维护具有重要意义。本文结合工程实例，分析了结构选型和优化的重要性，阐述了结构选型的关键，选择了合适的结构优化方案，旨在为提高高层建筑的安全性、降低成本提供依据。 关键词：高层建筑；结构选型；结构优化；设计 1 高层建筑结构选型设计 1.1 高层建筑结构类型分析 高层建筑结构的选择决定了高层建筑的整体安全性和可靠性，几种常见的结构类型可分为框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构。①框架结构主要是由梁柱、楼板等部分组成，根据建筑功能的需求，完成对平面框架的布置。框架结构造价低，但在水平荷载影响下变形较大，抗震效果不佳；②框架-剪力墙结构，在高层建筑中，剪力墙主要布置在电梯室内，通过核心筒承受水平荷载，抗震能力强，整体稳定性高。但框架-剪力墙结构容易受平面布置的限制，出现质心和钢心不重合的现象，结构扭转过大，可能会出现的安全隐患； ③剪力墙结构具有较强的竖向和水平承载能力，对高层建筑的整体刚到和稳定性具有显著的提升效果，重点在于剪力墙的布置及自重的控制；④筒体结构，在电梯间及建筑外围布置剪力墙，形成筒体，该结构具有更高的刚度。 1.2 高层建筑结构选型的影响因素 除了建筑需求的影响外，高层建筑结构选型的主要因素可归纳为：①环境条件,主要包括设防烈度、场地条件、基本风压等；②建筑方案特征，主要包括方案建筑的高度、高宽比、长宽比和建筑形状，其中建筑形状包括平面形状和三维形状。平面形状由平面规则性、平面对称性、平面质量和刚度偏心等组成，立体形状由结构高宽比、立面内收形状、塔楼和层间刚度等组成；③建筑物使用功能要求，一般来说，高层建筑的功能可分为居住建筑、办公建筑、宾馆和综合楼。具有特定功能的建筑物可能只有几个与其匹配的结构类型。高层住宅由于其空间较小、隔墙较多、各层布置基本相同，更适合剪力墙或框架-剪力墙结构；④结构抗灾等级及现场施工、后期使用、运行维护等情况。 1.3 结构选型实施案例 本章以某工程为例，主要包括高层住宅楼和多层商务办公楼两部分，以及建筑总建筑占地面积 95388.440m 2 ，其中工程中主要以 1号楼、2 号楼、3 号楼为高层建筑，且楼层均为 36F，其中且高度分别为 117.390m、119.400m、119.400m。本工程主要采用钢柱、混凝土等材料。本章以1号楼为重点，1号楼共36层，设防烈度7度，基本风压 0.75kN/m 2 ，场地Ⅱ类。建筑平面对称布置，平面规则，间距小，隔墙多，各层平面布置基本相同。本工程考虑到竖向和水平荷载、施工成本等因素，采用剪力墙结构，通过合理布置剪力墙，控制了结构的整体刚度和侧向位移，使结构更加安全、稳定、经济。 2 建筑结构的优化设计 2.1 结合建筑类型进行优化 汶川地震震害结果表明，对于中小学等教育工程，由于使用功能要求，与其他建筑相比，教学楼竖向结构体系相对薄弱，强度和刚度不足，建筑结构不对称，容易在地震中倾倒。因此，在教育工程中，应在建筑物和楼梯间侧设置剪力墙，以提高建筑物结构的整体性和稳定性，使其具有良好的工作性能。 对于图书馆、博物馆等文化体育项目，根据馆藏图书、文物的特点，其装载量大，使用空间大，平面不规则。当结构垂直布置时，不需要按照传统的9m模数进行布置，某工程按12m模数进行柱网优化后，结构截面变化不大，但能较好地满足建筑物的功能要求。 2.2 结合建筑总高度进行优化 在某超高层建筑中，通过对型钢混凝土柱-混凝土梁和钢管混凝土柱-钢梁的对比分析，型钢梁组合楼板能有效减小梁柱截面，满足建筑净高要求，中庭入口楼层交错布置，采用型钢梁组合楼板解决传统模板支撑问题；可有效控制塔标准楼层室内梁的高度，内部净高150 -200 mm，绝大多数构件在工厂加工完成，大大提高了建筑产品的工业化水平，大大减少了施工现场的建筑垃圾，大大缩短了工期。 2.3 结合建筑荷载进行优化 越来越多的企业在工程建设过程中承受着巨大的成本压力，地下室优化的必要性不容忽视。在满足安全和建筑功能及效果的前提下，充分考虑了、消防车、人防等荷载，进行了平面布置，并对多种方案进行了比较。工程实例表明，在常规8.5m×8.5m柱网条件下，荷载越大，采用的板结构越大，建筑物含钢量最低，最经济。在结构优化过程中，应综合考虑各种因素，对建筑安全、美观和经济性进行综合比较，以实现工程的最大效益。 2.4 剪力墙结构优化理论在实际工程中运用 （1）进行结构计算时，应采用软件分析，以满足最大层间位移、周期比、位移比、轴压比等各项指标的要求。 （2）通过适当的缩减剪力墙的长度，减轻其自重，增加了高层建筑的内部使用空间。 （3）剪力墙肢节控制需要保证肢节在具体控制中以简单规则为依据，混凝土门窗洞口设计整齐，形成清晰的墙肢和连梁，使应力分布合理，提高了高层建筑的整体安全性和稳定性。
大学英语网络平台教学资源的优化设计 【摘要】网络平台的合理使用能够有效地辅助英语教学。为使英语网络平台的作用最优化，平台中教学资源的设置与安排必须在建构主义理论的指导下，以师生需求为导向，遵循实用性、趣味性、递进性、实效性等原则。 【关键词】大学英语；网络教学平台；设计原则 0 引言 教育部《大学英语课程教学要求》提出：“新的教学模式应以现代信息技术，特别是网络技术为支撑，使英语教学不受时间和地点的限制，朝着个性化学习、自主式学习方向发展”。 为此，许多高校在深化大学英语教学改革的过程中开始了大学英语网络教学平台的建设。目前，网络平台的作用已得到了普遍的认可，但应用过程中出现的一些问题也越来越值得关注。可以说有关大学英语教学中网络平台的研究已经开始了由“为什么用”到“怎么用”的转向。网络平台的优势之一就是资源的丰富性。我们需要将这些丰富的资源进行优化，以充分发挥网络平台的作用，促进大学英语教学。本文从理论依据、需求导向和设计原则几个方面进行探讨，并提出合理建议。 1 理论依据 建构主义为大学英语网络平台的设计提供了有力的理论支撑和指导。该理论认为，知识不是通过教师传播得到的，而是学习者在一定的情景即社会文化背景下，借助其他人，包括教师和学习伙伴，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得（钟志贤：2006）。目前大多数高校的大学英语的课时只为每周4-6学时，一周一次或隔周一次听说课。可见，学生通过课堂传授的方式学习大学英语的时间是有限的。因此，我们必须注重学生自主学习能力的培养，为他们搭建一个课外自主学习的平台，充分利用教学资源，加强与老师和同学的合作与互动，增强意义建构的能力。 建构主义学习理论鼓励教师通过设计适合的教学资源和运用有效的认知工具，让学生可以进行有意义学习，培养学生主动参与和积极建构的学习方式。这种学习方式促使学生学习如何从经验中获取知识，要求学生主动探索新知识、自行管理学习行动以及自我建构知识，而教师的作用是促进、协助学生建构知识（柯清超，2006）。可见，建构主义指导下的大学英语教学更像是一场戏剧的演出。在这场演出中，学生是主角，老师是导演。导演为演员提供剧本，搭建舞台和提供道具等，而演员在导演的指导下充分发挥自己的表演才能，完成戏剧的演出。演出的成功需要导演和演员、演员和演员之间的配合和互动。导演虽然不是舞台的中心，但是演员潜力的发掘、能力的培养和任务的完成都离不开导演的设计、引导和监督。而一名成功的演员是能够参与剧本的创作，甚至是其他环节的设计的。大学英语教学也应该充分调动学生的参与性使他们真正成为知识的主动建构者。 2 需求导向 正如上文所述，大学英语教学过程中教师和学生扮演着不同的角色。大学英语网络教学平台的设计应该充分考虑教师和学生的双重需求。 就教师来讲，网络平台最基本的作用应该是有效地辅助课堂教学，帮助教师由于时间和空间、技术等因素无法完成的教学任务。
ANSYS优化设计中的优化变量选择说明 本文介绍了ANSYS优化设计中的优化变量选择说明相关内容。 下面列出了许多如何定义设计变量，状态变量和目标函数的建议。 选择设计变量 设计变量往往是长度，厚度，直径或模型坐标等几何参数。其必须是正值。关于设计变量要记住的几点如下： & #61548; 使用尽量少的设计变量。选用太多的设计变量会使得收敛于局部最小值的可能性增加，在问题是高度非线性时甚至会引起不收敛。显而易见，越多的设计变量需要越多的迭代次数，从而需要更多的机时。一种减少设计变量的做法就是将其中的一些变量用其他的设计变量表示。这通常叫做设计变量合并。 设计变量合并不能用于设计变量是真正独立的情况下。但是，可以根据模型的结构判断是否允许某些设计变量之间可以逻辑的合并。例如，如果优化形式是对称的，可以用一个设计变量表示对称部分。 & #61548; 给设计变量定义一个合理的范围(OPVAR命令中的MIN和MAX)。范围过大可能不能表示好的设计空间，而范围过小可能排除了好的设计。记住只有正的数值是可以的，因此要设定一个上限。 & #61548; 选择可以提供实际优化设计的设计变量。例如，可以只用一个设计变量X1对图1-3a 的悬臂梁进行重量优化。但是，这排除了用曲线或变截面得到更小的重量的可能。为了包括这种设计，需要选择四个设计变量X1到X4(图1-3c)。也可以用另外一种设计变量选择方法完成该优化设计，见图1-3d。同时，要避免选择产生不实际结果或不需要的设计。 选择状态变量 状态变量通常是控制设计的因变量数值。状态变量的例子有应力，温度，热流率，频率，变形，吸收能，消耗时间等。状态变量必须是ANSYS可以计算的数值;实际上任何参数都能被定义为状态变量。选择状态变量的一些要点为：
机械优化设计方法基本理论 一、机械优化概述 机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一门科学，它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等诸多内容。该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益，在科技发达国家已将优化设计列为科技人员的基本职业训练项目。随着科技的发展，现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率、高精度方向发展。]1[ 优化设计方法的分类优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以做出各种不同的分类。按目标函数的多少，可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法按维数，可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法按约束情况，可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法按寻优途径，可分为数值法、解析法、图解法、实验法和情况研究法按优化设计问题能否用数学模型表达，可分为能用数学模型表达的优化设计问题其寻优途径为数学方法，如数学规划法、最优控制法等 1.1 设计变量 设计变量是指在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，在优化过程中，这些参数就是自变量，一旦设计变量全部确定，设计方案也就完全确定了。设计变量的数目确定优化设计的维数，设计变量数目越多，设计空间的维数越大。优化设计工作越复杂，同时效益也越显著，因此在选择设计变量时。必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。 1.2 约束条件 约束条件是设计变量间或设计变量本身应该遵循的限制条件，按表达方式可分为等式约束和不等式约束。按性质分为性能约束和边界约束，按作用可分为起作用约束和不起作用约束。针对优化设计设计数学模型要素的不同情况，可将优化设计方法分类如下。约束条件的形式有显约束和隐约束两种，前者是对某个或某组设计变量的直接限制，后者则是对某个或某组变量的间接限制。等式约束对设计变量的约束严格，起着降低设计变量自由度的作用。优化设计的过程就是在设计变量的允许范围内，找出一组优化的设计变量值，使得目标函数达到最优值。
网站界面分析和优化设计 一、网站界面优化的重要性。 web技术的发展，使得互联网用户从单纯浏览信息时代迈入了更加注重交互、更加人性化的时代。网民使用互联网产品已经不仅仅只关注工作效率，而是越来越关心使用过程中的体验。网站界面的本质是让用户做主，操作简便性、强调交互性。 在互联网发展的过程中，最初希望通过建立网站来抢占市场、树立形象的企业逐步认识到网站提供优质的用户体验才是可持续发展的竞争优势，而网站服务界面的设计效果是用户体验好坏的直接影响因素。某电商网站Allurent曾经做过一个调查，当用户对某一网站的验较差时，80%的用户表示不会再次访问该网站，60%的用户表示影响到了自己对该商家的整体印象，而40%的用户表示甚至可能不再去该商家的实体店铺。用户不良体验无疑是在与网站界面的交互中形成的。目前，很多商业网站已经充分认识到周到、贴心的网站界面设计对于企业利益获取的重要性。很多跨国公司如雅虎、惠普、IBM微软、苹果、等都先后成立了用户体验研究机构，尝试将用户体验的研究成果应用到界面设计中来，国内互联网企业如百度、腾讯等也都建立了相应的研究团队。 二、网站界面优化的核心要素 网站服务界面是指网站为用户办事服务和提供信息的网页内容展现方式。关注服务界面，就是要做好网页界面的优化设计工作。基于用户体验进行网站服务界面优化设计，需要将用户体验从不同层次、
维度进行分解，提取与网页界面相关的要素，然后才能对相应要素实施具体的优化设计。 Adaptive Path公司的创始人James Garrett对用户体验的要素进行过较为系统地研究，将用户体验划分为战略、范围、结构、框架、表现10个核心要素，如图所示。这5个层面自下而上逐步的从抽象转为具体。 图1. 用户体验要素模型 这一用户体验要素模型中与界面优化直接相关的是框架层和表现层的四个关键要素，即界面设计、导航设计、信息设计和视觉设计。我们主要讨论界面设计这一主要要素。 三、网站界面的优化 3.1提高页面响应速度 随着科技的发展用户等待网页加载的耐性越来越低。2009年，微软搜索引擎必应（bing）进行过一项调查，研究页面载入速度和其他网站指标是否有明显相关性。根据报告显示，每2秒钟的延迟页面会使用户满意度降低3.8%的，减少4.3%的单位用户收入和减少4.3%
机械优化设计案例1 1. 题目 对一对单级圆柱齿轮减速器，以体积最小为目标进行优化设计。 2.已知条件 已知数输入功p=58kw ，输入转速n 1=1000r/min ，齿数比u=5，齿轮的许用应力[δ]H =550Mpa ，许用弯曲应力[δ]F =400Mpa 。 3.建立优化模型 3.1问题分析及设计变量的确定 由已知条件得求在满足零件刚度和强度条件下，使减速器体积最小的各项设计参数。由于齿轮和轴的尺寸（即壳体内的零件）是决定减速器体积的依据，故可按它们的体积之和最小的原则建立目标函数。 单机圆柱齿轮减速器的齿轮和轴的体积可近似的表示为： ] 3228)6.110(05.005.2)10(8.0[25.087)(25.0))((25.0)(25.0)(25.02221222122212222122121222 212221202 22222222121z z z z z z z z z z z g g z z d d l d d m u m z b bd m u m z b b d b u z m b d b z m d d d d l c d d D c b d d b d d b v +++---+---+-=++++- ----+-=πππππππ 式中符号意义由结构图给出，其计算公式为 b c d m u m z d d d m u m z D m z d m z d z z g g 2.0) 6.110(25.0,6.110,21022122211=--==-=== 由上式知，齿数比给定之后，体积取决于b 、z 1 、m 、l 、d z1 和d z2 六个参数，则设计变量可取为 T z z T d d l m z b x x x x x x x ][][21165 4321 == 3.2目标函数为 min )32286.18.092.0858575.4(785398.0)(26252624252463163212 51261231232123221→++++-+-+-+=x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x f 3.3约束条件的建立 1）为避免发生根切，应有min z z ≥17=，得
一、当前软件(PKPM)主要问题 ? 1、计算模型落后甚至不正确的若干方面 ? 2、采用的算法不完全满足规范要求的若干方面 ? 3、采用的过于简化的计算模型的若干方面 ? 4、设计观念已经落后的若干方面 ? 5、计算模型粗放忽略了结构有利要素的若干方面 ? 6、涉及优化的关键环节缺失的若干方面 ? 7、不开放接口的封闭观念 1、计算模型落后甚至不正确的若干方面 ?（1）基础筏板、桩筏或桩承台有限元计算常给出配筋异常大的结果?（2）楼板按照单房间的导致支座钢筋偏大； ?（3）基础冲切计算流程错误导致筏板承台厚度过大； ?（4）承台独基与地基梁的重复计算造成重复布置 2、采用的算法不完全满足规范要求的若干方面 ?（ 1）剪力墙边缘构件配筋的单肢配筋方式配筋过大或不够； ? （ 2）柱剪跨比按简化计算方法常导致短柱过多超限过多； ? （ 3）型钢混凝土柱的配筋按不同规程才可优化 3、采用的过于简化的计算模型的若干方面 ? （ 1）对弹性时程分析结果只能作全楼统一的地震作用放大； ? （ 2）对活荷载的折减系数、重力荷载代表值系数只能设置全楼统一的数值； ? （ 3）施工模拟计算不能胜任目前多种工程需要； ? （ 4）转换梁按照梁杆件计算模型导致易发生抗剪抗弯超限； ? （ 5）地下室外墙的计算模型不合理导致地下室外墙过大的配 筋设计； ? （ 6）基础考虑上部楼层刚度的计算不全面； 4、设计观念已经落后的若干方面 ? 认为梁设计时考虑楼板的壳元计算减少梁的配筋偏于不安全 5、计算模型粗放忽略了结构有利要素的若干方面 ? （ 1）地下1层以下地下室的不需按抗震设计； ? （ 2）梁配筋计算没有考虑支承梁的柱的宽度影响； ? （ 3）应正确区分框架梁与非框架梁； 6、涉及优化的关键环节缺失的若干方面 ? （ 1）基础承载力验算；