工程优化方法及应用 第二章

学会使用ANSYS进行工程仿真分析第一章：ANSYS工程仿真分析的基础知识ANSYS是目前世界上广泛使用的一种工程仿真分析软件，它可以用于各种不同领域的工程分析和设计。

熟练掌握ANSYS的使用方法对于工程师来说至关重要。

本章将介绍ANSYS的基础知识，包括软件的安装和启动、用户界面的介绍以及基本操作方法等。

首先，安装ANSYS软件是使用它的前提。

用户可以从ANSYS 官方网站上下载安装文件，并按照安装向导的步骤进行安装。

安装完成后，可以通过点击桌面上的图标来启动ANSYS。

启动后，会出现ANSYS的用户界面。

用户界面通常由菜单栏、工具栏、主窗口和命令窗口等组成。

菜单栏上包含了各种功能的菜单，用户可以通过点击菜单来选择所需的功能。

工具栏上则包含了一些常用的工具按钮，可以方便地进行操作。

主窗口用于显示分析结果和编辑模型等。

命令窗口则用于输入命令进行操作，这在一些高级功能中会用到。

在进行工程仿真分析之前，需要先创建一个模型。

ANSYS提供了多种建模工具，例如几何建模工具和计算网格生成工具等。

可以根据需要选择合适的建模工具，并按照提示进行操作。

在建模完成后，可以对模型进行网格生成，即将模型划分为小块，并计算各个小块上的分析参数。

第二章：结构分析结构分析是ANSYS中的一个重要模块，用于对各种结构件进行强度、刚度和模态等分析。

本章将介绍ANSYS中常用的结构分析方法和技巧。

在进行结构分析之前，需要先定义结构的边界条件和加载条件。

边界条件包括约束条件和支撑条件等，而加载条件则包括外力和内力等。

用户可以通过ANSYS提供的工具来定义这些条件，并将其应用于模型中。

在进行结构分析时，可以选择合适的分析方法。

ANSYS提供了多种分析方法，例如静力分析、动力分析和模态分析等。

用户可以根据具体的分析要求选择合适的方法，并设置相应的分析参数。

在进行结构分析时，还可以使用ANSYS的后处理功能来查看分析结果。

后处理功能可以用于绘制应力云图、位移云图和动力响应曲线等。

引言防撞墩为桥梁的必备构件。

在北京市区范围内，截至目前，建设的大型立交桥多达427座，独立桥梁2069座，均处于满负荷工作状态，约三分之一的桥梁已运营超过20年以上。

仅在北京三环路沿线就布置立交桥和跨河桥59座,全线贯通时就基本处于超负荷运转状态。

大量的钢筋混凝土材质防撞墩，布设在桥梁重要边缘及线路拐弯等处。

处地自然环境超负荷运转的桥梁本身其构件及结构性均出现不同程度风化、腐蚀与损坏。

防撞墩构件存在腐蚀、开裂、漏水、钢筋锈蚀等现象处于防撞护栏位置的构件由于频率撞击作用其破坏更为严重。

1、桥梁混凝土防撞墩损坏主要原因及机理统计结果表明，北京市区范围内桥梁混凝土防撞墩腐蚀率高达80%。

混凝土材质防撞墩遭受腐蚀病害，对桥梁结构体本身的耐久性以及交通安全性，无不造成直接威胁。

针对北京气候特点以及市区交通运营实际情况，结合笔者多年的工程经验及调查分析，混凝土材质桥梁防撞墩病害主要原因有冻融破坏和化学侵蚀这2种。

（1）冻融破坏：混凝土的表面和结构中布满毛细孔，具有很强的吸湿性和渗透性。

北京夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，春秋两季相对短促，季节气温与白昼气温温差较大。

而混凝土保护层相对较薄，表层混凝土孔隙中填充的水冻融加速了混凝土的风化。

进入混凝土结构的水，发生冻融循环的应力作用，形成冰涨压力和渗透压力联合作用的疲劳应力，使混凝土产生由表及里的剥蚀破坏，在整个冬季或冬春之交发生较频繁。

（2）化学侵蚀：北方冬季气温低，降雪后道路易结冰。

为保证交通能迅速恢复，大量使用融雪剂、除冰盐等。

融雪剂的主要成分是盐类，其中的氯离子以融化的雪水为载体进入钢筋混凝土结构，侵蚀钢筋，造成结构破坏。

2、工程概况北京市环线某立交北向西匝道桥。

桥梁全长138.9m,桥面全宽9.2~14.7m o桥梁采用桩基础，高自由柱，柱顶结构为3跨预应力混凝土材质连续箱梁+3跨预应力混凝土材质连续板梁，跨径组合24.7m+28.0m+25.0m+19.1m+21.6m+20.5m o桥梁标准段横断面依次为0.6m防撞墩+8.0m行车道+0.6m防撞墩标准断面布置。

工程经济教案(第一、二章(2篇)第一章：工程经济概述教学目标：1. 了解工程经济的定义及其在工程项目中的作用。

2. 掌握工程经济的基本概念和原则。

3. 认识工程经济分析的基本方法和步骤。

教学内容：1.1 工程经济的定义与作用定义：工程经济是应用经济学原理和方法，结合工程技术特点，对工程项目进行经济分析和评价的一门学科。

它旨在通过科学的分析方法，帮助决策者选择最优的工程技术方案，以实现经济效益的最大化。

作用：决策支持：提供科学的数据和分析结果，支持项目决策。

资源优化：合理配置和利用资源，提高资源利用效率。

风险管理：识别和评估项目风险，制定风险应对措施。

绩效评估：对项目实施效果进行评估，为后续项目提供参考。

1.2 工程经济的基本概念1.2.1 成本与费用成本：指为完成某项工程所发生的全部费用，包括直接成本和间接成本。

直接成本：直接用于工程项目的材料费、人工费、设备费等。

间接成本：不直接用于工程项目，但为项目实施所必需的管理费、财务费用等。

费用：指在一定时期内为完成工程项目所发生的各项支出。

1.2.2 收益与利润收益：指工程项目实施后所获得的经济回报，包括直接收益和间接收益。

直接收益：项目直接产生的经济效益，如销售收入。

间接收益：项目间接产生的经济效益，如社会效益、环境效益等。

利润：指项目收益扣除成本后的净额。

1.2.3 投资与回报投资：指为完成工程项目所投入的资金、设备、人力等资源。

回报：指投资项目所获得的经济收益。

1.3 工程经济的基本原则1.3.1 成本效益原则在项目决策中，应综合考虑成本和效益，选择成本较低、效益较高的方案。

1.3.2 风险与收益平衡原则在追求高收益的同时，应充分考虑风险因素，力求在风险和收益之间找到平衡点。

1.3.3 时间价值原则资金具有时间价值，不同时间点的资金价值不同，应考虑资金的时间价值进行经济分析。

1.3.4 可持续性原则项目决策应考虑长期效益，确保项目的可持续性。

1.4 工程经济分析的基本方法1.4.1 静态分析方法投资回收期法：通过计算项目投资回收期，评估项目的投资风险。

西安电子科技大学卓越工程师教育培养计划校内课程大纲《工程优化方法》课程名称：工程优化方法/Engineering Optimization Methods课程代码：0721005课程类型：必修总学时数：46学时学分：3分开课单位：理学院数学科学系适用专业：适用于理、工等专业的卓越工程师硕士课程的性质与目标最优化方法是一门新兴的应用数学，是运筹学的核心部分，在工程科技、经济金融、管理决策和国防军事等众多领域具有广泛的应用。

工程优化方法基于最优化的原理，着重介绍实用性、有效性强的各种实用优化算法。

通过本课程的课堂学习和一定的上机实践使学生对工程优化方法的基本原理、算法的基本步骤、应用要点等有一个基本认识和初步掌握，培养和提高用优化方法解决某些实际问题的初步技能，为应用优化软件包解决实际工程问题奠定基础。

•能够掌握最优化的基本原理、基本方法和应用技能•能够用工程优化方法解决简单的实际问题•能够熟练应用优化软件包进行计算学时安排课堂教学：学时：40研讨课：学时：6实践课：学时：10总学时数：学时:46+10教学方法以课堂教学为主，采用板书与多媒体相结合的教学方式，讲授工程优化方法课程的基本原理和方法，既保证讲授内容的清晰，又兼顾师生的交流与互动。

在对具体原理和基本方法的推导和证明时，采用板书讲解方式，以便学生能一步步跟上教师的思路。

通过课后作业和上机实验加深学生对工程优化方法的理解，培养学生的应用能力，通过动手实践让学生理解从书本理论到分析问题、解决实际问题的过程，从而培养学生解决实际问题的能力。

先修课程高等数学、线性代数、C语言程序设计、Matlab语言课程综合记分方法各部分的比重分别为：平时成绩 20 %实验成绩 30 %期末考试 50 %总计 100%教科书陈宝林. 最优化理论与算法.北京：清华大学出版社，2005.推荐参考书1.唐焕文，秦学志编著. 实用最优化方法(第三版).大连：大连理工大学出版社，2004.2.袁亚湘，孙文瑜. 最优化理论与方法. 北京：科技出版社，2001.3.J. Nocedal & S. J. Wright, Numerical Optimization（影印版）,北京：科学出版社，2006.**本表注：对于表中第二列所列技能应对照附录A 理解。

汽车动力系统优化设计方法及其在车辆工程中的应用汽车动力系统是指驱动车辆运动的部件，包括发动机、传动系统和控制系统等。

汽车动力系统的设计优化是车辆工程领域中的一个重要任务，其目的是提高汽车性能和燃油经济性，减少尾气排放。

一、汽车动力系统优化设计方法1. 组织动力系统设计流程汽车动力系统的设计过程应该合理组织，包括确定设计目标、收集和分析数据、构建模型、进行优化和验证等环节。

设计过程的组织对于整个优化过程的顺利进行至关重要。

2. 参数优化设计通过对汽车动力系统中的参数进行优化设计，可以有效提升整个系统的性能。

例如，通过调整发动机的气缸布置、进气、排气系统以及燃油系统等参数来提高发动机的燃烧效率和动力输出。

3. 系统集成设计汽车动力系统是由多个部件组成的复杂系统，各个部件之间的相互作用对整个系统的性能具有重要影响。

因此，在优化设计中，需要进行系统集成设计，考虑各个部件之间的协调和优化。

例如，通过优化发动机和传动系统之间的匹配，提高动力传输效率。

4. 多学科协同设计汽车动力系统的优化设计涉及多个学科领域，如机械工程、电子工程、控制工程等。

因此，需要进行多学科协同设计，将各个学科的专业知识有机地结合起来，实现全局最优。

二、汽车动力系统优化设计的应用1. 提高燃油经济性优化设计可以提升汽车动力系统的燃烧效率和能量利用率，从而降低燃油消耗。

通过减小发动机的内部摩擦损失、改善气缸的热效率等措施，可以实现燃油经济性的显著提升。

2. 降低尾气排放汽车尾气排放是环境污染的主要原因之一，优化设计可以降低车辆的尾气排放量。

通过改进燃烧过程、优化排气净化系统等方法，可以减少有害物质的排放，改善空气质量。

3. 提高车辆性能优化设计可以提升汽车动力系统的动力输出和响应性能，增加车辆的加速能力和行驶稳定性。

通过优化传动系统、减小动力损失等措施，可以实现车辆性能的提升。

4. 降低整车成本优化设计可以降低整车的开发成本和制造成本。

通过合理配置各个部件的参数、优化零部件的结构设计等措施，可以降低生产成本，提高整车的经济性。

工程数学理工类教案第一章：线性代数基础1.1 向量及其运算向量的定义及表示方法向量的线性运算：加法、减法、数乘向量的长度和方向：模、单位向量、向量夹角1.2 矩阵及其运算矩阵的定义及表示方法矩阵的线性运算：加法、减法、数乘矩阵的乘法：行列式、转置、共轭转置矩阵的逆矩阵1.3 线性方程组高斯消元法解线性方程组克莱姆法则线性方程组的解的存在性和唯一性第二章：微积分基础2.1 极限与连续极限的定义及性质无穷小和无穷大极限的存在性判定函数的连续性及连续函数的性质2.2 导数与微分基本导数公式导数的应用：单调性、凹凸性、极值、最值2.3 积分与累积量不定积分的定义及基本性质基本积分公式定积分的定义及性质定积分的计算及应用第三章：概率论与数理统计3.1 随机事件及其运算随机事件的定义及表示方法随机事件的运算：并、交、补、独立性条件概率和全概率公式3.2 随机变量及其分布随机变量的定义及分类离散型随机变量的概率分布：伯努利分布、二项分布、几何分布、泊松分布连续型随机变量的概率分布：均匀分布、正态分布、指数分布3.3 数理统计的基本方法描述性统计：频数、频率、均值、方差、标准差、图表概率推断：估计理论、假设检验、置信区间、显著性水平第四章：离散数学4.1 集合及其运算集合的运算：并、交、补、幂集集合的性质和公理系统4.2 图论基础图的定义及表示方法图的基本运算：相邻、度、路径、连通性特殊类型的图：树、连通图、网络4.3 逻辑与布尔代数逻辑运算：与、或、非、异或、蕴含、等价布尔代数的定义及基本性质布尔代数的运算规则：分配律、结合律、德摩根律第五章：数值计算方法5.1 误差与近似计算误差的概念及来源近似计算方法：四舍五入、泰勒展开、插值法有效数字的概念及舍入规则5.2 插值法与函数逼近插值法的定义及基本原理线性插值、二次插值、三次插值、样条插值函数逼近的方法：最小二乘法、傅里叶级数5.3 数值微积分数值积分：梯形法则、辛普森法则、龙贝格法则数值微分：有限差分法、中心差分法第六章：复变函数6.1 复数及其运算复数的定义及表示方法复数的线性运算：加法、减法、数乘、除法复数的三角形式和极坐标形式6.2 复变函数的概念复变函数的定义及表示方法复变函数的极限、连续性、可导性、可积性解析函数的性质和例子6.3 复变函数的积分柯西积分定理和柯西积分公式解析函数的积分计算解析函数的保形性质第七章：常微分方程7.1 微分方程的基本概念微分方程的定义及分类微分方程的解的存在性和唯一性微分方程的线性无关解7.2 常微分方程的解法常微分方程的分离变量法、积分因子法常微分方程的常数变易法、线性微分方程组常微分方程的伯努利方程、里卡提方程7.3 常微分方程的应用微分方程在物理、工程、生物学等领域的应用微分方程的稳定性分析微分方程的扰动解法第八章：偏微分方程8.1 偏微分方程的基本概念偏微分方程的定义及分类偏微分方程的解的存在性和唯一性偏微分方程的边界条件和初始条件8.2 偏微分方程的解法偏微分方程的直接解法：分离变量法、格林函数法偏微分方程的变换法：拉普拉斯变换、傅里叶变换偏微分方程的数值解法：有限差分法、有限元法、有限体积法8.3 偏微分方程的应用偏微分方程在电磁学、流体力学、量子力学等领域的应用偏微分方程的线性算子理论偏微分方程的非线性问题和混合问题第九章：数值优化9.1 优化问题的基本概念优化问题的定义及分类优化问题的约束条件和无约束条件优化问题的目标函数和约束函数9.2 数值优化方法梯度下降法、牛顿法、拟牛顿法共轭梯度法、内点法、单纯形法遗传算法、模拟退火算法、粒子群优化算法9.3 优化问题的应用优化方法在工程、经济学、等领域的应用优化算法的收敛性和稳定性分析优化问题的并行计算和分布式计算第十章：工程数学综合应用10.1 矩阵分析与应用矩阵的谱分解、特征值和特征向量矩阵的奇异值分解和小波变换矩阵在图像处理、信号处理等领域的应用10.2 微分方程组和动力系统微分方程组的解法和结构动力系统的稳定性、混沌现象微分方程组在生物学、生态学、物理学等领域的应用10.3 数值模拟与计算机实验数值模拟的基本概念和方法计算机实验的原理和技巧数值模拟在工程、科学研究等领域的应用案例重点解析第一章：线性代数基础重点：向量、矩阵的运算及其性质，线性方程组的求解。

工程优化方法硕士研究生学位课程XiDian University第二章基础知识●预备知识●多元函数的梯度、Hesse矩阵和泰勒公式●多元函数的极值●二维问题的图解法●凸集与凸函数及其判定方法●凸规划及其性质XiDian UniversityXiDian University第二章 基础知识§1 预备知识一、向量的范数本课程中，约定向量均取列向量形式。

这样n 维Euclid 空间n R 中的一 个向量x 表示为12n x x x x ⎛⎞⎜⎟⎜⎟=⎜⎟⎜⎟⎝⎠也可表示为行向量的转置，即12(,,,)T n x x x x = ，其中12,,,n x x x 为向量x 的分量。

分量都为零的向量称为零向量，记为0。

定义 在n 维线性空间nR 中，定义实函数||||x ，使其满足以下三 个条件：二、正定矩阵及其判定本课程中，约定矩阵为实矩阵。

把m n×实矩阵的全体记为m nR×。

设A是n阶对称矩阵，x为任意非零n维向量， （1） 若0TA>；x Ax>，则称A为正定矩阵，记作0（2） 若0TA≥；x Ax≥，则称A为半正定矩阵，记作0（3） 若0TA<；x Ax<，则称A为负定矩阵，记作0（4） 若0TA≤；x Ax≤，则称A为半负定矩阵，记作0除此之外，称A为不定矩阵。

设A是n阶对称矩阵，利用A的各特征值或顺序主子式的符号可以判定A的符号，见下表：XiDian Universityd∂）结论：XiDian UniversityXiDian University全局极小点可能在某个局部极小点达到，也可能在边界达到。

我们希望知道的当然是全局极小点，而到目前为止的一些最优化算法却基本上是求局部极小值点的。

因此一般要先求出所有局部极小值点，再从中找出全局极小点。

为了求出函数的局部极小值点，我们首先希望知道函数()f x在局部极小点处满足什么条件？以及满足什么条件的点是局部极小点。

高性能混凝土配合比优化研究第一章：引言高性能混凝土是一种优秀的建筑材料，其性能指标不仅满足了普通混凝土的要求，同时还满足了耐久性、强度、韧性等方面的需求，因此被广泛应用于高层建筑、桥梁、港口码头、水利工程等领域。

然而，高性能混凝土的应用受到了其高成本和施工难度的限制，因此优化混凝土配合比成为了一项重要的研究方向。

本文将对高性能混凝土配合比优化进行深入研究。

第二章：高性能混凝土的性能指标高性能混凝土相对于普通混凝土的性能要求更高，主要表现在以下方面：1.强度：高性能混凝土的强度指标普遍高于C50，其中C80-C100的高强度混凝土已经被广泛应用于工程领域。

2.耐久性：高性能混凝土在长期使用过程中需要具备一定的耐久性，主要表现在抗渗、抗冻融、抗硫化等方面。

3.韧性：高性能混凝土需要具备一定的韧性和延性，以便在发生地震、风、水等自然灾害时能够承受一定程度的变形和位移。

4.工程性能：高性能混凝土需要具有一定的施工性能，如保水性、易施工性等。

第三章：高性能混凝土配合比的基本原理高性能混凝土的复杂性要求在设计上进行更为精细的控制。

在高性能混凝土中，水胶比和水泥用量的设计是关键问题。

配合比优化主要通过调整水胶比、水泥用量、矿物掺合料类型和用量等方式进行。

1.水胶比的控制水胶比是混凝土中水和胶凝材料（水泥、粉煤灰、矿渣粉等）比值的表示，其大小对混凝土性质的影响显著。

水胶比越大，混凝土的强度和耐久性越差。

水胶比的调整主要通过添加高效减水剂、改变矿物掺合料等方式。

2.水泥用量的控制水泥用量的多少直接影响混凝土的强度和成本。

在保证混凝土强度足够的前提下，通过减少水泥用量可以降低混凝土配合比，从而降低成本。

3.矿物掺合料的控制矿物掺合料可用于替代部分水泥，对降低配合比、提高混凝土强度和耐久性具有显著作用。

主要的矿物掺合料有粉煤灰、矿渣粉、高炉矿粉等。

第四章：高性能混凝土配合比的优化方法高性能混凝土的配合比优化主要有以下方法：1.试验室试配法试验室试配法是一种常用的配合比优化方法，通过在实验室内进行混凝土材料的小试配制，调整配合比，获取混凝土强度、密实度、流动性等各项性能指标并根据实验结果进行调整。

工程方案优化方法是什么工程方案优化的方法主要包括以下几个方面：1. 综合评价综合评价是工程方案优化的第一步。

在这一阶段，需要对工程项目的目标、要求、条件等进行充分的了解和分析，以确定实施工程项目的主要目标和指标。

同时，还需要进行对相关技术、材料、设备和人力资源等进行综合评价，分析其优缺点和适用性，以确定最佳的工程方案。

2. 技术创新技术创新是工程方案优化的重要手段。

通过引入新的技术、材料、设备等，可以提高工程项目的效率和质量。

例如，在建筑工程中，可以采用新型的节能材料和建筑技术，减少能源消耗和碳排放。

在交通工程中，可以引入智能交通系统和新型的交通工具，提高交通运输效率和安全性。

3. 成本控制成本控制是工程方案优化的重要环节。

通过合理设计和选择材料、设备和施工方法等，可以降低工程项目的成本。

同时，还需要在项目实施过程中进行成本控制和预算管理，及时发现和解决成本超支的问题。

4. 环境保护环境保护是工程方案优化的重要目标之一。

通过采用环保材料、节能技术和环保施工方法等，可以降低工程项目对环境的影响，减少污染物的排放和资源消耗。

同时，还需要进行环境影响评价和环境管理，确保工程项目的实施符合环保要求。

5. 风险管理风险管理是工程方案优化的重要内容。

在工程项目实施过程中，可能会面临各种不确定性因素和风险，如自然灾害、技术问题、施工安全等。

通过对风险进行评估和分析，制定相应的风险应对措施，可以减少工程项目的风险，保障项目的顺利实施。

6. 综合协调综合协调是工程方案优化的关键环节。

在工程项目的实施过程中，需要进行各种资源、人力、技术和信息的综合协调，确保各项工作的协调配合和高效运转。

同时，还需要加强项目管理和监督，及时发现和解决问题，提高工程项目的整体效能。

通过上述方法的应用，可以有效实现工程方案的优化，提高工程项目的经济效益和社会效益，实现可持续发展的目标。

因此，工程方案优化是工程项目管理中的重要工作，对于提高工程质量、降低成本和保护环境具有重要意义。

基于鲁棒优化算法的多目标优化问题求解研究第一章绪论多目标优化问题是现代科学技术中的一个重要研究领域，在工程设计、经济决策以及社会管理等方面有着非常广泛的应用。

目前，各种优化算法在多目标优化问题中得到了广泛的研究和应用。

其中，鲁棒优化算法是一种有效的求解多目标优化问题的方法。

本文将着重研究基于鲁棒优化算法的多目标优化问题求解。

第二章多目标优化问题所谓多目标优化问题，就是指在实际的问题中，同时存在多个目标函数需要优化的情况。

例如，工程设计中需要同时考虑成本、品质和效率等多个目标。

由于多个目标之间存在着复杂的相互关系，因此求解多目标优化问题是一件比较困难的事情。

目前，已经有很多的优化算法被开发用于解决多目标优化问题。

常见的优化算法包括遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法等。

这些算法在实际应用中都取得了一定的成果。

但是，由于多目标优化问题的困难性，这些算法仍然存在一些缺陷，例如易受局部最优解的影响，收敛速度慢等。

第三章鲁棒优化算法鲁棒优化算法是近年来兴起的一种优化算法，在多目标优化问题中得到了广泛的应用。

鲁棒优化算法的主要思想是采用一个robustness measure来评估算法的性能。

一般来说，robustness measure包括两个方面：一个是算法的收敛速度，另一个是算法收敛后的稳定性。

这种算法更加倾向于寻找全局最优解，能够有效地克服局部最优解对求解结果的影响。

鲁棒优化算法中最常用的算法包括MOEA/D-RM、NSGA-II-RM等。

这些算法在实际应用中取得了很好的效果，成为了目前求解多目标优化问题的主要算法之一。

第四章基于鲁棒优化算法的多目标优化问题求解在实际的问题中，多目标优化问题的求解是非常复杂的。

基于鲁棒优化算法的多目标优化问题求解能够有效地克服传统算法的缺陷，提高求解的精度和效率。

具体来说，基于鲁棒优化算法的多目标优化问题求解步骤如下：1. 确定目标函数。

根据实际问题确定多个需要优化的目标函数；2. 初始种群生成。