优化设计应力比法

输电线路铁塔结构优化设计的几点思路郭　翔（内蒙古鲁电蒙源电力工程有限公司）摘　要：铁塔结构设计是在满足线路电气间隙要求的基础上，通过荷载计算与组合，杆塔结构型式选择，结构内力与变形计算分析，强度、稳定和刚度等计算，得出最优的杆塔型式的过程。

关键词：铁塔；结构设计；强度；可靠度０　引言输电线路主要由五大部分组成，即线、金具、绝缘子、塔和基础，杆塔是组成输电线路的重要部分之一，其造价占工程本体的３０％以上，杆塔的选型取决于输电方式（单回、多回、交直流、紧凑型、电压等级）、路径情况（沿线的规划情况、房屋、林木等）、地质情况、地形条件和使用条件，杆塔设计时应在满足上述要求的前提下，根据综合技术经济比较，精心设计，以实现安全、经济、环保、美观的目标［１］。

１　铁塔结构优化的主要原则杆塔结构优化，应以达到安全可靠、先进适用、经济合理为目标。

（１）确保铁塔有足够的强度和稳定性以保证线路的安全运行。

（２）尽可能减少线路走廊宽度，节省走廊清理费用，保护环境。

（３）采用先进、合理的构造减小铁塔钢材耗量，从而降低工程造价。

结构优化主要从以下几个方面进行［２ ３］：（１）在结构型式上，塔身有最优的坡度。

（２）铁塔构件的布置合理、结构型式简洁，传力路线直接、简短、清晰。

（３）尽可能少用隔面，隔面要采用几何不变结构，隔面结构要合理。

（４）斜材尽可能直接连于主材，尽可能少采用节点板。

（５）合理划分节间，充分发挥构件的承载能力。

２　依据的规范、规程ＧＢ５０５４５ ２０１０《１１０ｋＶ～７５０ｋＶ架空输电线路设计规范》ＤＬ／Ｔ５１５４ ２０２０《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》ＧＢ５００７ ２０１７《钢结构设计标准》《电力工程高压送电线路设计手册》ＤＬ／Ｔ５４４２ ２０１０《输电线路铁塔制图和构造规定》３　优化方法３ １　动态规划法和满应力准则法相结合的设计方法下面给出具体计算方法。

目标函数为：Ｗ＝∑ｎｋ＝１Ｗｋｋ＝１，２，…，ｎＷｋ＝∑ｍｉ＝１ｘｋｉｘｋｉ≥０，ｉ＝１，２，…，ｍ{ｋ（１）式中，ｎ为子结构数；ｍｋ为第ｋ个子结构的杆件数；ｘｋｉ为第ｋ个子结构的第ｉ杆件的截面面积。

应力比和计算长度比的关系1. 引言1.1 概述本文研究的主题是应力比和计算长度比的关系。

在工程设计和分析中，应力比和计算长度比是两个重要的参数，它们对于结构的性能和安全性具有重要影响。

了解这两个参数之间的关系对于工程师们合理地设计和评估结构非常关键。

1.2 文章结构本文将按以下结构展开对应力比和计算长度比关系的研究。

首先，在第二部分将介绍应力比和计算长度比的定义及其相关表达式。

然后，在第三部分将讨论影响应力比和计算长度比关系的因素，包括材料特性和结构参数。

接着，在第四部分将通过实际工程中的案例分析来进一步探讨应力比和计算长度比之间的关联。

最后，在第五部分中进行总结，并提出对于这一关系认识的观点。

1.3 目的本文旨在深入探讨应力比和计算长度比之间的联系，并通过案例研究来验证这种联系在实际工程中的适用性。

通过对这两个参数进行综合分析、理论推导以及实际案例验证，我们可以更好地了解并把握它们在结构设计和分析中的意义，从而为工程实践提供指导和参考。

2. 应力比与计算长度比的定义与表达式2.1 应力比的定义与计算方法：应力比是指材料或结构在工作状态下承受的两个相互垂直的应力之间的比值。

应力比的计算方法可以通过测量材料或结构上的应变来得到。

根据胡克定律，材料内部各点产生的应变与所施加的应力成正比。

因此，可以通过测量单位长度内材料或结构产生的纵向应变和切向应变，然后计算出相应的纵向应力和切向应力，在进行比值运算得到应力比。

其中，纵向应力是作用于物体轴线方向（也称为拉伸或压缩方向）上的拉伸或压缩效果产生的内部分子间相互拉伸或压缩导致发生微小形变。

而切向应力则是作用于物体轴线垂直方向（也称为横向或剪切方向）上由于剪切效果产生的内部分子滑动，从而导致物体发生形变。

若将纵向应力表示为σ₁, 切向应力表示为τ, 应力比定义为ρ= τ/ σ₁。

2.2 计算长度比的定义与计算方法：计算长度比是指在给定材料或结构中，各个应力集中部位的相对长度与整体长度之间的比值。

机械结构的优化设计与可靠性分析引言机械结构是机械产品的重要组成部分，其设计质量直接影响着产品的性能和可靠性。

因此，在机械工程领域中，优化设计和可靠性分析是两个重要的研究方向。

本文将探讨机械结构的优化设计和可靠性分析的方法与应用。

一、机械结构的优化设计机械结构的优化设计是为了提高结构的性能和降低成本。

优化设计可以分为参数优化和拓扑优化两个方面。

1. 参数优化参数优化是通过调整结构的设计参数来达到优化设计的目的。

常见的参数包括材料的选择、几何尺寸、连接方式等。

优化设计的方法主要有试验设计法、正交设计法和响应面法等。

通过这些方法，可以全面考虑各个参数之间的相互作用，提高设计的效率和准确度。

2. 拓扑优化拓扑优化是通过改变结构的形状和布局来达到优化设计的目的。

常见的拓扑优化方法包括遗传算法、粒子群算法和拓扑组合优化算法等。

通过这些方法，可以自动生成满足设计要求的结构形状，并且在形状和布局方面进行优化，以提高结构的性能。

二、机械结构的可靠性分析机械结构的可靠性分析是为了评估结构在使用过程中的可靠性和安全性。

可靠性分析可以分为静态可靠性分析和动态可靠性分析两个方面。

1. 静态可靠性分析静态可靠性分析是在给定荷载条件下，评估结构在一定寿命内不发生失效的概率。

静态可靠性分析可以通过概率统计方法、有限元法和可靠性索引方法等进行。

通过这些方法，可以评估结构在设计寿命内的可靠性，并且提供对结构进行改进的建议。

2. 动态可靠性分析动态可靠性分析是在结构受到外界荷载变化时，评估结构在一定时间内不发生失效的概率。

动态可靠性分析可以通过随机振动分析和动力有限元分析等进行。

通过这些方法，可以考虑结构在振动和冲击等动态荷载下的可靠性，并且提供对结构进行抗震和抗冲击改进的建议。

结论机械结构的优化设计和可靠性分析是机械工程领域中的重要研究方向。

通过优化设计，可以提高结构的性能和降低成本；通过可靠性分析，可以评估结构的可靠性和安全性。

收敛判别
1 i 0.1
(0) 1 1
迭代计算
A [ A
(1)
2 A
(0) 2
2 ] 1 [ 2
T
2 1 ]
T
设计变量
cm2

0.707 0.414
1
0.707 0.414 0.094 0.227 0.0541 0.1847
我们可以利用图解法求解：
W A2 2 2 A1 l
这是一族平行线，其斜率：
dA2 2 2 dA1
(a )
第1个约束方程的约束界面：
A2 2 A12 P 1 [ ] 2 A1 P 1 ) (2 2 A1
2
P 1
2 A1
其斜率：
dA2 dA1 (2 2 A1 [ ] P 1
对于超静定结构， 是一个重复迭代 的过程。
1.静定结构
例1.1 以5杆桁架为例。 外力 P 10000 许用拉应力 7000 许用压应力 3500
杆断面最小尺寸 Amin 0.8 求各截面最小尺寸并使 结构最轻
a
① ④
a
⑤
②
③
P ห้องสมุดไป่ตู้0000
• 首先假定一个初始设计（静定结构可以 不必这样做，但为了和静不定结构设计 统一，假定初始断面面积为1），设初 始向量为：
N1 N2 N3 N4 N 5
A1(0) 10000 (0) A2 10000 A3(0) 0 ; 10000 (0) A4 14140 A5(0)
• 计算应力比
n

机械结构优化设计的方法与技巧随着科技的进步和工程领域的发展，机械结构优化设计在产品开发过程中扮演着重要的角色。

通过优化设计，可以提高产品的性能、降低成本，并且使产品更加可靠和耐久。

本文将介绍一些机械结构优化设计的方法与技巧。

一、目标函数的设定在进行机械结构优化设计时，首先需要明确设计的目标。

目标函数是评价设计质量的重要指标，通常包括结构的重量、尺寸、强度、刚度等。

根据具体的设计需求，可以选择不同的目标函数。

二、约束条件的定义除了目标函数外，还需要定义一些约束条件来限制设计的自由度。

约束条件一般包括材料的强度、公差要求、装配性等。

合理设置约束条件可以确保设计方案符合实际应用需求。

三、参数化建模在进行结构优化设计时，通常需要对设计参数进行合理的选择和设置。

参数化建模可以有效地优化设计过程，并且方便后续的仿真和分析。

通过建立参数化模型，可以灵活地调整设计参数，进而获得最佳的设计方案。

四、多目标优化方法在实际的工程设计中，往往存在多个相互矛盾的目标。

传统的单目标优化方法无法满足多目标的需求，因此需要采用多目标优化方法来求解最优解。

多目标优化方法包括遗传算法、粒子群优化算法等，能够在设计空间中搜索最佳的解集，为设计提供多个最优解。

五、参数优化方法除了优化设计变量外，还需要考虑一些参数的优化。

参数优化方法可以通过对一些特定参数进行调整，以进一步优化设计效果。

参数优化方法可以是构造合理的试验计划，也可以是建立响应面模型进行拟合和优化。

六、设计灵敏度分析设计灵敏度分析是指通过对设计参数的微小变化，分析目标函数的响应情况，以评估设计方案的稳定性和鲁棒性。

通过设计灵敏度分析，可以确定影响目标函数的主要参数，为进一步的优化提供指导。

七、结构优化软件的应用随着计算机技术的发展，结构优化软件在机械结构设计中得到了广泛的应用。

结构优化软件能够通过数值方法对设计进行优化，并且能够自动生成最佳设计方案。

常用的结构优化软件包括ANSYS、ADAMS、ABAQUS等，它们提供了丰富的优化算法和分析工具，能够有效地辅助设计师进行结构优化设计。

塔式锅炉钢架静力分析及优化设计朱一云姜静（上海交通大学土木工程系，上海200240）摘要：锅炉钢结构因其结构布置形式及受力情况复杂，杆件截面尺寸巨大、节点连接形式众多的特点，有巨大研究潜力。

基于STAAD.Pro软件的分析和后处理功能，对塔式锅炉钢架进行整体静力分析。

并利用结构优化设计理论，将主体结构构件截面重新设计，与原设计方案进行多方面比较。

所得成果可为结构分析及优化设计提供依据。

关键词：塔式锅炉钢架；静力分析；节点约束；截面优化STATIC ANALYSIS AND OPTIMIZATION DESIGN OF STEEL FRAME FOR TOWER-TYPE BOILERZhu Yiyun Jiang Jing(Department of Civil Engineering，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China) ABSTRACT：Steel frame for tower-type boiler is a particular kind of steel structure with huge construction members and varied joint design, which leads to complicated structural arrangement and stress distribution, and has huge potential to be studied. Based on the analyzing and post-processing module of STAAD.Pro, the study proceeded entire analyze of this kind of structure under static loads. Members of main structure are redesigned afterwards, based on the mathematical theory of optimization design, carrying out adjustments in many aspects. The study can provide a foundation and reference when performing in-depth design and study.KEY WORDS: steel frame for tower-type boiler；static analysis；joint restriction；section optimization作为占锅炉总重量的30%左右的重要组成部分[1]，锅炉钢架在经济性方面有很大的研究潜力。

载， 建立空间桁架结构的应力比法抗风优化设计框架和计算程序 。编制计算程序进行数值分析表明 ， 通 过优化可使结构总重最多降低约 84% ， 且设定杆件截面积下限后所有杆件应力小于容许应力， 因此本 文方法用于空间桁架结构的抗风优化中简单有效 ， 容易推广至实际工程设计中。 关键词 双层网壳，抗风优化，应力比法，GLF 法，截面积下限
结构工程师第 29 卷第 4 期
。
子， 由下式得到 G =
一般来说， 设计变量取得越多， 优化结果越接 而准则法的优点就在于设计变量的 近于最优解， 因此适用于复杂屋盖 增加并不增加优化复杂性， ［8 ］ 结构的优化设计 。 本文以一实际双层柱面网 壳为研究对象， 细致研究应力比法在抗风优化设 。 计中的应用 首先介绍双层柱面网壳的结构形式 和等效静力风荷载的获得， 然后阐述应力比法抗 风优化设计原理和优化数学模型， 最后对优化结 果进行详细讨论并分析杆件截面积下限的影响 。
Wind Resistant Optimization of Doublelayer Reticulated Shells by the Stress Ratio Method
HUANG Youqin YUE Qizhe FU Jiyang * LIN Junhong
（ Key Laboratory in Guangzhou and Engineering Research Center in Colleges of Guangdong Province for Structural Safety and Health Monitoring，Guangzhou University，Guangzhou 510006 ，China）
同时， 对于受压杆件， 当其长度一定时， 若截 面积过小， 则可能引起稳定问题， 因此本文将同时 考虑不设与设定杆件截面积下限两种情况 。设置 截面积下限时， 将初始截面积的最小值作为截面 积下限值， 即几何约束条件为 （ 0） （ 0） A i ≥ min｛ A1 ， A2 ， …， A （n 0） ｝ （ 10 ）

机械优化设计案例11. 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)(25.0222122212221222212212122221222120222222222121z z z z z z z z z z z g g z z d d l d d m u mz b bd m u mz 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 umz d d d mumz D mz d mz 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 ][][211654321== 3。

2目标函数为min )32286.18.092.0858575.4(785398.0)(2625262425246316321251261231232123221→++++-+-+-+=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 f3.3约束条件的建立1）为避免发生根切，应有min z z ≥17=，得017)(21≤-=x x g2 )齿宽应满足max min ϕϕ≤≤d b ，min ϕ和max ϕ为齿宽系数d ϕ的最大值和最小值，一般取min ϕ=0。

平面外稳定计算最大应力比概述说明以及解释1. 引言1.1 概述在工程设计和结构分析中，平面外稳定计算是一个重要的问题。

通过对一个构件或系统的平面外行为进行研究和分析，可以确定该构件的最大应力比，并评估其稳定性能。

最大应力比是指在受载过程中，构件上最高应力和产生该应力的位置之间的关系。

1.2 背景随着工程领域中越来越多复杂结构体的出现，对平面外稳定性的研究需求也日益增加。

例如，在建筑设计中，考虑到地震、风荷载等外部因素对建筑物造成的影响，需要进行平面外稳定性计算来确保建筑物在极端情况下仍能保持稳定。

1.3 目的本文旨在介绍和解释平面外稳定计算中最大应力比的概念及其相关计算方法。

首先将阐明平面外稳定性以及最大应力比的定义，并探讨它们在实际工程中所具有的重要意义。

接着我们会详细介绍最大应力比的计算方法，并通过一些具体算例进行分析和说明。

最后，将展示一些实际工程案例，通过对结构设计示例的应力分布情况进行分析和讨论，进一步验证和说明最大应力比的计算方法的实用性和准确性。

通过本文的研究和解释，我们期望读者能够全面理解平面外稳定计算中最大应力比的概念、意义和计算方法，并在实际工程项目中能够灵活运用这些知识进行准确评估和分析。

有关平面外稳定性的更深入研究也将展望于本文的最后部分。

2. 平面外稳定计算概述2.1 什么是平面外稳定性平面外稳定性是指在平面内受力构件（如钢结构、混凝土结构等）在承受垂直于平面的外载荷时，会出现失稳或破坏的现象。

一般而言，在设计工程结构时需要考虑其在平面外的稳定性问题，以确保结构能够运行安全可靠。

2.2 最大应力比概念最大应力比是指材料中主应力的最大值与最小值之间的比值。

在平面外稳定计算中，最大应力比被用于评估材料的失稳特性和破坏状态。

当最大应力比达到或超过某个临界值时，材料可能会发生屈服、失稳或破坏。

2.3 相关应用领域平面外稳定计算广泛应用于各种工程领域，包括建筑结构设计、桥梁工程、航天航空等。

太　阳　能第11期　总第355期2023年11月No.11　Total No.355 Nov., 2023SOLAR ENERGY0 引言光伏支架系统为直接承受光伏组件自重、风荷载、雪荷载及施工荷载的钢结构系统，其安全性对于整个光伏发电系统的正常运行至关重要。

在光伏支架系统中，檩条的用钢量最大，可达到光伏支架系统整体用钢量的50%左右。

目前，国内外学者已经做了大量关于轻钢结构的设计及优化方面的研究。

翟煜[1]从支撑模式、构造措施及荷载取值3个方面开展了轻钢结构屋面檩条的优化设计。

秦海翔等[2]从材质、截面型式、檩距及连续性入手，通过STS软件比较分析了轻型屋面钢结构檩条的用钢量，并给出了檩条的优化设计建议。

文锋等[3]针对光伏支架檩条和连续梁的支座进行了优化布置，采用最佳方式布置支座，使均布荷载作用下的等截面连续梁的最大弯矩减小了约16.8%，光伏支架檩条用钢量节约了8.9%。

黄万山等[4]通过研究光伏支架系统中斜梁、檩条的最不利内力，提出了光伏支架结构的优化设计方案。

王建勃等[5]采用ANSYS 数值软件计算横梁强度，得出了最优的光伏支架跨距。

陈源[6]通过数值模拟，对光伏支架结构进行了优化设计。

张勇成等[7]通过采用Solidworks 三维绘图软件进行参数化设计，对C型钢光伏支架系统的关键连接点进行了优化设计。

本文根据光伏支架系统中檩条的受力特征及连接方式，有针对性地提出适用于光伏支架系统中连续檩条的优化设计方案，并结合实际的光伏发电项目，对所提出优化设计方案的可行性及实用性进行论述及验证。

1 连续檩条的静力计算光伏支架系统中檩条的计算模型可采用均布荷载作用下的连续檩条模型，檩条的截面尺寸由连续檩条中的最大弯矩控制，而连续檩条的最大DOI: 10.19911/j.1003-0417.tyn20220831.01 文章编号：1003-0417(2023)11-88-07光伏支架系统中檩条的优化设计分析王万军1*，李红有2，迟洪明2，李爱武2(1. 龙源(北京)太阳能技术有限公司，北京 100034；2. 龙源(北京)风电工程设计咨询有限公司，北京 100034)摘　要：以光伏支架系统中的檩条为研究对象，根据其受力特征及连接方式，采用连续檩条计算模型，通过理论计算并结合光伏支架结构三维设计软件进行数值模拟，对光伏支架系统中的连续檩条进行优化设计分析，并对所提出优化设计方案的可行性及实用性进行了论述及验证。

midas钢结构优化分析及设计例题3 钢框架结构分析及优化设计M I D A S/G e n1例题钢框架结构分析及优化设计2 例题2. 钢框架结构分析及优化设计概要本例题通过某六层带斜撑的钢框架结构来介绍MIDAS/Gen的优化设计功能。

MIDAS/Gen提供了强度优化和位移优化两种优化⽅法。

强度优化是指在满⾜在相应规范要求的强度下，求出最⼩构件截⾯，即以结构重量为⽬标函数的优化功能。

位移优化是针对钢框架结构，在强度优化设计前提下，增加了以侧向位移为约束条件的⾃动设计功能。

本⽂主要讲述强度优化设计功能。

此例题的步骤如下:1.简要2.建⽴及分析模型3.设置设计条件4.钢构件截⾯验算及设计5.钢结构优化设计例题钢框架结构分析及优化设计1.简要本例题介绍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1柱: HW 200x204x12/12主梁：HM 244x175x7/11次梁：HN 200x100x5.5/8⽀撑：HN 125x60x6/8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. 结构平⾯图例题钢框架结构分析及优化设计5图3. ①，③轴线⽴⾯图图4. ①，④轴线⽴⾯图图5. ○B ，○C 轴线⽴⾯图图6. ○A ，○D 轴线⽴⾯图例题钢框架结构分析及优化设计6 2.建⽴及分析模型建⽴模型并进⾏分析运算。

材料力学中的优化设计随着科技的不断发展，各种材料的性能要求也越来越高，因此优化设计在材料力学领域中的应用越来越广泛。

材料力学是材料工程的重要基础学科，主要研究固体力学、弹性力学、塑性力学等力学理论的应用和发展，来解决在材料结构设计过程中的各种问题。

本文将介绍材料力学中的优化设计方法，包括力学形态优化、力学模型优化和变形过程优化。

一、力学形态优化力学形态优化是指通过改变材料的形态来达到优化的目的。

在材料设计中，形态的优化是十分重要的，影响着材料的质量、性能和成本。

例如，车身的设计需要考虑材料的强度和刚度，形态的优化可以使材料的强度和刚度得到优化，从而达到更好的性能。

力学形态优化的主要方法有拓扑优化、形状改造和几何优化。

其中，拓扑优化是一种基于材料几何结构的最小重量设计方法，通过优化材料的结构形态从而实现重量的最小化。

形状改造则是通过改变材料的形状来改变其性能和特性，例如通过改变钢板的形状来增加其刚度、强度等。

几何优化则是在设计材料结构的过程中对结构的几何形状进行优化，从而达到更好的性能。

二、力学模型优化力学模型优化是一种通过优化材料的力学模型来实现优化设计的方法。

在材料力学中，力学模型是理解和描述材料行为的关键。

采用合适的力学模型能够更准确地描述材料的力学特性，预测材料的性能和行为，并优化材料的结构设计。

力学模型优化的核心在于对力学模型的改进和优化。

例如，在弹性力学中，通过考虑不同应力值下的模量和参数，来实现更准确的材料行为描述。

在塑性力学中，通过捏造不同的应变硬化曲线，来对材料的本构关系进行优化。

三、变形过程优化变形过程优化是一种基于成形过程的材料优化设计方法。

变形过程是指材料在加工过程中所经历的各种力学变化和形变过程。

例如，金属在冷拔过程中会出现变形变薄，如果加工不当则容易出现断裂等问题。

优化变形过程可以提高材料的质量和成形效率，提高材料的性能。

变形过程优化的关键在于对加工过程的理解和模拟。

通过对加工过程的力学分析和优化，可以实现材料的最优变形，从而提高材料的可塑性、韧性等性能。

它得到的设计通常只是接近最优
2.1满应力设计
它不用数学上的极值原理，而是直接从结构力学的基本 原理出发，以满应力为其准则，保证杆件的材料能够得 到充分利用。 所谓满应力就是指结构的各个杆件至少在一组确定的荷 载组合下承受极限容许应力或临界力。
基本思路：在结构几何形状和结构材料已经确定的情况下， 通过调整杆件的截面，使其满足满应力准则，这时就认为 得到的设计是最优设计。 适用范围：对杆件体系结构比较适用，如析架、网架等， 对框架结构、拱坝也适用。
m ax
修改齿行法的思路是在走应力比步时，缩短其步长，使相邻 两射线步的点与点之间更为靠近，从而提高最优解的精度。 修改齿行法的具体做法是将原来应力比步的应力比进行修正
i
2 k '
1 1 i

2k
,
0 1
2.3行架的满位移设计
满应力设计只考虑应力约束和几何约束(最小截面限制)。 但一个结构只满足强度要求还不够，还必须满足其他要求。 例如通常要求析架在外力作用下，其结点的线位移△不大于 容许位移[△]，即
T
式中:n为结构杆件数目;L为工况数;Nij和σij分别为第i根杆件在 j工况下的轴力和工作应力，以拉为正，以压为负。 (3)计算应力比矩阵μ。
1
2

L
i 1i

1
2i
2

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, i 1, 2, , L
m ax
Ai
2k
2 k 1
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2 k 1

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, 2
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, , n
2 k 1

压力容器应力分析和设计优化摘要：以往的压力容器在设计以及制造过程中会面临着许多问题，这些问题的存在会导致生产成本增加，压力容器制造出来后难以适应当前的工作环境等。

基于以上几个方面，本文作者利用有限元分析的原理，对压力容器的设计方法进行优化。

通过执行这一过程，先是根据有限元法的基本原理，分析压力容器各个部分的特点，将所得到的分析结果转化成一些有用的数据，接着根据优化设计方法对数据进行相应的整合，最后便可以获得符合标准性能指标的实际设计数据。

通过一定的实践证明，利用有限元分析的优化设计方法，可以针对不同的实际情况进行相应的处理，从而获得较好的效果。

关键词：压力容器；应力分析；优化设计一、优化设计基本原理何为优化设计，顾名思义就是从可选择的范围内选取最合适的设计方案。

对于优化设计，现阶段人们逐渐开始对其进行深入研究，因为这种方法对于人们解决复杂问题有着重要的意义，它能够指导人们快速地从一些既定的可选设计方案中选择出来最合适，同时又能符合实际情况特点的设计方案，因此在当前的工程项目的建设或者产品的设计方面应用越来越广泛。

将数学规划和计算机技术中的一些原理方法进行结合，便产生了目前人们所说的优化设计，这种优化设计的具体特点如下：通过将所需要设计的产品的相应性能指标、结构指标以及一些其他较为重要的指标转化为相应的自变量函数，当然这些自变量都有其相应的限定范围，这就需要根据预期所设计产品的具体形态以及所要具备的功能要求，利用相应的数学理论将这些限定条件转化为对应自变量的区域，从而确定出较为合理的自变量取值范围，更好的服务于后续的计算过程；最后，根据相应的理论知识，选择合适的变量组合方法，利用相应的算法，从而在自变量的限定范围内获得目标函数的最优值。

在进行优化设计时，要利用到数学中经常用到的方法，即数学建模；将实际情况中的问题转变为经过优化设计后的数学模型，经过一定的方法确定了自变量、自变量的限定范围以及相应的自变量组合方法之后，在进行最优值的计算。

某悬挑空间桁架尺寸优化设计岳丽莎;魏一昌【摘要】以某体育场为例,利用ANSYS有限元软件,对悬挑空间桁架的杆件进行了截面优化,并对结构进行了线性屈曲和非线性屈曲分析,得到结构的破坏机理和失稳模态,旨在为类似设计提供参考.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2016(042)031【总页数】2页(P53-54)【关键词】体育场;悬挑空间桁架;优化设计;ANSYS【作者】岳丽莎;魏一昌【作者单位】鹤壁职业技术学院,河南鹤壁458030;河南科达东大国际工程有限公司,河南郑州450000【正文语种】中文【中图分类】TU318结构优化设计与传统的设计最大的不同点在于优化设计把力学概念和优化技术有机结合。

优化设计在满足限制条件的情况下能达到缩小成本、改进设计质量的目的，具有很好的实用性。

在工程实践中，从现存的工程实例中总结得出优化设计与传统设计相比可使工程造价减少5%～30%的结论[1]。

尺寸优化又称截面优化，优化设计过程中以与截面相关的参数作为设计变量，在一定的约束条件下，综合运用数学规划理论和灵敏度分析相结合的有限元分析理论计算结构的应力和位移，由此来减低工程成本。

尺寸优化研究重点主要集中在优化算法和灵敏度分析方面[2]。

优化设计是运用计算机有限元软件在一定的限制条件(即状态变量)下达到结构的最优形状、最低造价、最小重量等目标函数的设计方法。

ANSYS增加了最优化设计的功能。

本项目为某体育场, 桁架结构采用正放三角形钢管桁架，桁架平面布置详见图1。

结构通过在透明膜边界设置环向弧型桁架来连接主桁架和环向次桁架，主桁架与环向弧形桁架之间用横杆或桁架连接罩棚内支座采用四角锥分叉钢管柱，落在混凝土看台顶部，罩棚外侧落地结构采用平面桁架，桁架汇交于一点铰接落于混凝土框架柱上。

体育场罩棚最大高度约为30 m，最大水平长度约为48 m，最大悬挑长度约为33 m。

屋面采用悬挑空间桁架结构体系，材料选用Q345D的热轧无缝圆管。

机械设计中的机构优化设计方法机械设计的核心在于设计出能够实现预定功能、具有良好性能的机构。

机构优化设计是指通过优化设计方法和技术来改进机构的结构和性能，以满足设计要求和提升机构的可靠性、效率和经济性。

本文将介绍几种常见的机构优化设计方法。

一、拓扑优化设计方法拓扑优化设计方法是通过对现有机构拓扑结构进行优化来改进其性能。

其基本思想是在机构结构中消除冗余材料，减小结构质量，提高机构的刚度和强度。

拓扑优化设计方法可以采用数值计算方法来确定结构的最优布局，如有限元分析方法、遗传算法等。

通过这些方法，可以得到更轻量化、更刚性的机构结构。

二、尺寸优化设计方法尺寸优化设计方法是通过对机构零部件的尺寸进行优化来改善机构的性能。

在机构设计中，各个零部件的尺寸参数对机构的性能有着直接的影响。

通过对零部件进行合理的尺寸设定，可以改善机构的刚度、强度等性能指标。

在进行尺寸优化设计时，需要考虑各个零部件之间的相互作用，以保证机构的整体性能和工作稳定性。

三、材料优化设计方法材料优化设计方法是通过选择合适的材料来改善机构的性能。

不同材料具有不同的物理和力学性能，通过选择合适的材料可以提高机构的刚度、强度和耐磨性等性能指标。

在进行材料优化设计时，需要考虑材料的力学性能、成本和可加工性等因素，以满足机构设计的要求。

四、动力学优化设计方法动力学优化设计方法是通过考虑机构的动力学性能来改善其运动性能。

在机械设计中，机构的动力学性能对于实现预定功能和保证机构正常运行具有重要意义。

通过运用动力学优化设计方法，可以优化机构的运动学和动力学性能，提高机构的工作效率和运动精度。

五、可靠性优化设计方法可靠性优化设计方法是通过考虑机构的可靠性要求来改善机构的可靠性性能。

在机械设计中，机构的可靠性对于延长机构的使用寿命和提高其安全性具有重要作用。

通过可靠性优化设计方法，可以对机构的可靠性指标进行整体优化，提高机构的寿命和安全性。

综上所述，机构优化设计方法是实现机械设计目标的重要手段。

工程力学中的结构优化设计有哪些？在工程领域，结构优化设计是一个至关重要的环节，它旨在以最经济、高效的方式实现结构的最佳性能。

工程力学作为研究结构力学行为的学科，为结构优化设计提供了坚实的理论基础。

接下来，让我们一同探讨工程力学中的一些常见结构优化设计方法。

首先，尺寸优化是结构优化设计中的基本方法之一。

它主要关注结构构件的截面尺寸，如梁的宽度和高度、柱的直径等。

通过调整这些尺寸，在满足强度、刚度和稳定性等要求的前提下，使结构的重量最轻或者成本最低。

例如，在设计钢梁时，我们可以根据所承受的荷载和跨度，通过计算和分析来确定最优的梁高和梁宽，以确保钢梁既能安全承载又能在材料使用上达到最经济的效果。

形状优化则是在尺寸优化的基础上更进一步。

它不仅仅局限于构件的尺寸调整，还涉及到结构的几何形状改变。

比如，对于桥梁的桥塔形状，我们可以通过优化设计使其风阻更小，从而提高桥梁在大风环境下的稳定性。

在航空航天领域，飞机机翼的形状优化可以减少飞行阻力，提高燃油效率。

形状优化需要更复杂的数学模型和计算方法，通常会借助计算机辅助设计软件来实现。

拓扑优化是一种更为先进和具有创新性的结构优化方法。

它通过在给定的设计空间内寻找最优的材料分布，从而得到最理想的结构形式。

在拓扑优化中，设计区域被离散化为大量的单元，然后根据设定的目标和约束条件，确定哪些单元应该保留材料，哪些单元可以去除。

这种方法常用于汽车零部件的设计，如发动机支架、底盘结构等，能够在满足性能要求的前提下，极大地减轻结构重量。

材料优化也是结构优化设计的一个重要方面。

随着材料科学的不断发展，出现了各种各样的新型材料，如高强度钢、碳纤维复合材料等。

在结构设计中，选择合适的材料并对其性能进行优化，可以显著提高结构的性能。

例如，在高性能赛车的设计中，会根据不同部位的受力情况和功能需求，选择不同特性的材料，并通过优化材料的铺设方向和层数，来实现车身结构的轻量化和高强度。

结构的布局优化同样不可忽视。