优化设计与优化方法范文

前言：我们精心挑选了数篇优质优化设计与优化方法文章，供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发，助您在写作的道路上更上一层楼。

第1篇

截面优化 形状优化 拓扑优化 算法

结构优化设计是最近30年来才发展起来的一个新的技术，这是结构上的一次重大的飞跃，它让设计者们从被动的状态变为了主动状态。优化设计能够非常合理地使用每一种材料的性能，让结构内的每一个单元都能够很好的协调在一起，并且保证安全度是完全达标的。于此同时，它还能够帮助整体性的方案设计进行一个非常合理的决策。结构优化设计从出现到现在已经有40多年的历史了，而在过去的30年内，它在理论和算法等方面都取得了非常显著的进展。这些进展大部分是与连续变量优化设计相关的，另外少部分是与离散变量优化设计相关的。

1.结构优化设计理论

1.1 截面优化

截面优化的设计变量要么是板的厚度、杆的横截面积，要么是复合材料的方向角度或分层厚度，因此，在使用有限元对结构的位移与应力进行计算时，只需要直接地使用灵敏度分析以及适当的数学规划方法便能够完成截面优化的过程，而不需要对网格进行重新划分。对于几何状态一定的情况，有限元分析只需要在杆的横截面的性质发生改变的时候才重复地进行。对于板这类有连续性结构的东西，也只需要把各个单元的厚度作为设计的变量，得出的优化结果便是呈阶梯形分布的板的厚度。在这些优化设计的过程当中，设计变量和刚度矩阵一般情况下是简单的线性关系。所以，截面优化应该重点研究优化算法与灵敏度分析。

1.2 形状优化

形态优化的主要特征是在结构给定的前提下通过对结构的边界形状或内部的几何形状进行调整来节约材料并且对结构的特性进行改善。从对象上划分，形状优化主要可以分为块状、板状的连续体结构与桁架类的杆系结构。对于杆系结构形状进行优化的求解方法主要可以分为两类。第一类是综合法，即是将两类变量统一起来同时进行处理，运用无量纲化，然后构造近似数学模型进行求解。第二类是分步优化方法，即是将尺寸变量和几何变量分为两个设计空间，然后分别对这两类变量进行优化，也即是每一步将一个变量固定，同时优化另一个变量，两步之间通过迭代进行协调。

1.3 拓扑优化

拓扑优化已经成为了现今结构优化设计研究的一个焦点，因为它可以在工程结构设计的最初的阶段便为设计者提供一个概念性的设计，让结构在布局上运用到最好的方案，这样，拓扑优化就比截面优化和形状优化能够获得更大的经济效益，也更容易受到工程设计人员的亲睐。拓扑优化的目的是在设计空间中寻找结构的刚度最好的分布形式，从而来对结构的一些性能进行优化或者减轻结构的重量。

2.结构优化设计方法

2.1 数学规划法

数学规划方法的提出开创了现代结构优化的新时代，将优化问题转化成数学规划的形式求解也就是将问题转化为在设计的空间中，在一定的可行域内寻找最小目标等值面上的可行的点，这个点也就是问题的最优解。数学规划法有非常严格的理论基础，虽然它在一定的条件下能够收敛到最优的解，但是它要求问题能够非常明显地表达，而且大多数情况下还要求设计变量必须是连续变量，目标函数是连续的而且性态要良好。对于大型的结构优化问题，收敛性一般都不是很好，而且迭代的次数比较多，这样就加大了结构分析的工作量，降低了工作效率。近似概念大大地提高了规划方法的计算的效率。

2.2 最优准则法

直接地使用数学规划理论需要多次地调用函数进行计算，而且当设计变量增加时调用次数也会迅速增加，导致设计的效率太低，在这样一种背景下便出现了最优准则法，它是最先发展的一种结构优化设计方法。这种方法虽然计算效率比较高，但是在建立迭代公式的过程中受到很多假设的限制。

2.3 仿生学方法

近年来，对自然界进化进行模拟的算法有两类，即模仿自然界过程算法和模仿自然界结构算法，主要又可以分为：进化算法、神经网络算法与模拟退火。

结语

结构优化是一门综合性的学科，也是一个有很大发展潜力的研究方向，它具有一定的理论价值与应用价值。在理论上，它对结构设计提出了一个新理念，极大地促进了人类资源的合理配置。于此同时，结构优化问题的本身也带动了一些相关性学科的发展，对各个学科的发展提出了一些新要求。本文对结构优化的一些优化方法进行了简要的概括。截面优化相对来说已经比较完善，形状优化也渐渐地变得成熟，只有拓扑优化至今还处在理论探索的阶段。

参考文献

[1]侯贯泽，刘树堂，简国威.工程结构优化设计理论与方法[J].钢结构，2009，08：30-33.

[2]董立立，赵益萍，梁林泉，朱煜，段广洪.机械优化设计理论方法研究综述[J].机床与液压，2010，15：114-119.

[3]李晶，鹿晓阳，陈世英.结构优化设计理论与方法研究进展[J].工程建设，2007，06：21-31.

[4]钱令希，程耿东，隋允康，钟万勰，林家浩.结构优化设计理论与方法的某些进展[J].自然科学进展，1995，01：66-72.

第2篇

关键词：离心泵；数值分析；优化设计；文丘里自吸系统

引言

随着我国社会经济的快速发展，我国各行各业对大型自吸离心泵的需求不断增加，大型自吸离心泵应用广泛，在城市给排水、灌溉工程以及工业循环水等方面发挥着重要的作用，所以，研究大型自吸离心泵的设计方法、完善大型自吸离心泵的设计理论，能够有效提高泵的工作效率，对提高自吸离心泵的性能有重要的现实意义。

1 大型自吸离心泵存在的问题

从上世纪60年代开始我国就开始了对大型自吸离心泵的研究，到90年代提出了应用弹性橡胶阀来实现回流孔自动关闭的理论，在此基础上研制出了外混式结构的自吸离心泵，提高了泵的可靠性，这种离心泵得到了广泛的使用。随着时代的发展，对大型自吸离心泵的要求也在不断提高，文章针对大型自吸离心泵的结构、参数以及成本等方面对其进行了广泛的调查，总结出了目前大型自吸离心泵存在的主要问题：（1）自吸结构设计方法有待完善。在国内离心泵生产企业中，大多数还是生产内混式和外混式自吸离心泵，缺乏创新，离心泵的工作效率和自吸性能有待提高；（2）自吸原理比较单一。大多数自吸离心泵采用的是上世纪90年代提出的通过弹性橡胶阀压缩来控制回流孔自动关闭从而实现自吸的理论，这种自吸原理虽然得到了广泛的应用，但随着科学技术的进步，这种自吸原理逐渐变得单一、落后；（3）大型自吸离心泵的材料单一。我国生产大型自吸离心泵的主要材料是铸铁，这会导致大型自吸离心泵比较重，也会一定程度上增大工作人员的工作强度。

2 大型自吸离心泵结构及参数设计

2.1 大型自吸离心泵结构设计

大型自吸离心泵通过自吸系统将泵的进口管内空气排净并实现快速自吸，保证了泵的工作效率，提高了泵的自吸性能。大型自吸离心泵的主要结构由吸入段、泵体、冷却油箱、轴承以及自吸系统等组成，泵与自吸系统采用螺栓连接，密封形式为油冷却，保证泵工作效率和可靠性，大型自吸离心泵的结构如图1所示。

图1 大型自吸离心泵三维结构图

2.2 大型自吸离心泵的设计参数

设计流量为Q=500m3/h，扬程H=45m，泵的转速n=2200r/min，柴油机的功率为P=100kW，泵的效率ηh=83.5%，泵及装置效率ηm%=65.5%。

2.3 叶轮水利设计

大型自吸离心泵内部水的流动非常复杂，在自吸系统工作时涉及到气液的混合，叶轮是非常重要的过流部分，叶轮的设计关系到泵的流量和抗气蚀性能等，对于大型自吸离心泵的正常工作起着重要的作用。本装置叶轮的结构采用闭式结构，叶轮的设计首先需要确定泵的比转速，比转速可以采用以下公式来计算：

n■=■=188

其次，需要确定泵的进出口直径，泵的进口直径是指进口管法兰处内径，常用泵的进口直径、流速以及流量之间的关系表1所示。

表1

根据图表再加上实际情况选择泵的进口直径为200mm，大型自吸离心泵的出口直径选择与进口直径相同，也为200mm；最后要确定叶轮的主要尺寸，叶轮直径也叫做叶轮颈部直径，本装置使用的是悬臂式叶轮。通过一系列计算可得，叶轮进口直径为200mm，叶轮出口宽度为200mm，叶片包角为120°，进口安放角为25°，出口安放角为30°，叶片厚度为8mm，叶片数为6片。

3 大型自吸离心泵自吸系统工作原理

本大型自吸离心泵采用了文丘里自吸系统，文丘里自吸系统是一种以压缩空气作为动力的排气装置，主要由喷嘴、逆止滤网以及排气装置外壳等组成。文丘里自吸系统的排气装置和进口管采用螺栓连接，中间安装金属滤网，用来过滤固体颗粒，文丘里自吸系统内部没有运动部件，所以不需要设置装置，而且密封性能良好，结构相对简单，系统工作可靠性也大幅提升。文丘里自吸系统通过压缩空气产生射流，这时逆止阀会被打开，射流会不断地卷吸泵体内的空气，然后排出。与此同时，逆止阀会组织外部的气体进入泵体内部，经过这样的反复排气会使泵体产生真空，这时水流进入叶轮，水流的作用力会将逆止阀关闭，这时离心泵开始了正常工作，实现了大型离心泵的自吸功能。

4 大型自吸离心泵试验研究

按照上述设计，在产品质量检测水泵试验台上进行检测，并按照国家标准GB/T3216-2005《回转动力泵水力性能验收试验1级和2级》进行实验。预测性能曲线与实验性能曲线重合度非常高，由于集合造型、湍流模型以及计算方法等都会对计算结果产生一定的影响，所以实验结果产生的误差在可以接受的范围之内。同时对大型自吸离心泵自吸性能进行实验，按照相关标准，当自吸离心泵自吸高度达到5米时，自吸时间应小于120s，本装置进行自吸实验时，自吸高度达到5米时自吸时间为75s，远远高于国家标准，通过实验可以得出，大型自吸离心泵的性能参数满足设计要求。

5 结束语

综上所述，文章对离心泵优化设计理论与方法进行了分析，介绍了泵的结构、自吸系统以及叶轮等的设计，通过对大型自吸离心泵试验研究可以得出其性能参数满足设计要求，甚至一些参数远远超过了国家相关标准。对大型自吸离心泵进行研究，提高了泵的工作效率和性能，对促进我国社会经济发展具有重要的现实意义。

参考文献

[1]任静，吴玉林，杨建明，等.水力机械转轮内的CFD分析及优化设计[J].工程热物理学报，2000，21（3）：31-32.

第3篇

关键词：房屋， 结构设计， 优化技术 ， 方法，要点

Abstract: with China's economic prosperity and development, housing construction structure design level also constantly improving, the optimization design of building structure not only can save cost cost, but also can improve the quality and safety of the house. The paper mainly introduces the present situation of the houses and the optimization design of reason, and expounds the optimized design of building the main contents and methods, finally puts forward the design optimization of building structure should be pay attention to, and puts forward some opinions of his own.

Keywords: housing, structure design, optimization technology, method, the main points

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

近年来，由于土地价格市场的变化，不断上涨的土地价格给开发商的建筑总成本控制带来了极大的压力，同时，人们对于居住条件及生活环境的要求不断提高，相应建筑产品的品质要求也就不断提高，这就让开发商不断寻求新的手段满足顾客需求，而降低工程造价就成为开发商追求的直接目标，这就需要我们利用结构设计优化设计技术方法，提高有限空间 有限资源的最大化效果发挥，实现经济化 实用性和适用性的良好目标。

1 房屋设计的现状及实行优化的原因

依据我国的国情以及发展形势，我国今后主要以建设高层住房为主。与此同时，投资者们也日益关注建设成本如何最低化，使用结构设计优化技术能够实现建筑成本的最低化。

若想实现结构优化的目的，工程设计人员首先以建筑的安全性为基础，然后理性分析建筑方案，融合与之相适宜的设计理念以及方法实现对工程造价的有效控制，以符合投资者的经济要求。根据统计资料显示，建筑结构经过优化设计比未进行优化的建筑节省了50%至30%的费用。然而，在很多实际优化设计中，其因为受到较多因素的制约而难以施展、发挥出其优越性。比如，过度追求工程设计进度，就会影响工程设计人员的设计效果，一味地以满足工程进度为目标；年轻的工程设计人员常受其专业素质限制，难以理解其设计软件，无法实现优化技术。也有一些工程设计人员过于关注建筑部分，忽视了建筑的整体方案，能实现控制整体造价。由此可见，工程设计人员要将其技术与经济效益进行有机结合，只有合理的设计方案才能确保实现最大经济效益。

2 房屋优化设计的主要内容

通常房屋结构的设计主要是利用适宜的方法和设计理念来满足房屋建筑设计的需求，比如确定合理的布置、结构形势、构件尺寸等。尤其是优化设计基本的钢筋混凝土房屋结构体系，往往自整体布局与具体构件两个角度进行分析。影响整体布局的关键因素是建筑物的柱网尺寸、层高、体型、抗侧力构件位置等。具体构件主要是指结构构件的几面、布局、钢筋及混凝土的配筋构造、强度等级、对于这两大方面的因素，需要有专业的工程设计人员，熟知构件设计规范并具有丰富设计经验，而且善于分析与把握构件受力特性及结构，进而选取最相适宜的方法展开优化设计工作。

3 房屋结构设计优化方法

赏心悦目的建筑是建筑的美观与结构设计相互协调密切配合的结果。建筑结构设计追求适用、安全、经济、美观和便于施工五种效果，而建筑设计优化设计技术方法的应用不但满足了建筑美观、造型优美的要求，又能使房屋结构安全、经济、合理，成为实际意义上的“经济适用”房。从建筑上分析结构设计优化方法，它主要体现在房屋工程分部结构的优化设计和房屋工程结构总体的优化设计量方面。

房屋工程分部结构优化设计实施过程中，还应该按照一切从实际出发的原则，结合具体工程的实际情况，围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。进行结构设计时，应在满足设计意图后，尽量使平面布置规则，缩小刚度和质量中心的差异，这样水平荷载就不会使建筑物有太大的扭转作用 竖直方向上应避开使用转换层，减少应力集中现象。

3.1结构优化设计模型

结构设计优化就是在各种影响变量中选择主要参数，并建立函数模型，运用科学合理的方法得出最优解。结构总体的优化建立模型的大致步骤如下：

（1）设计变量的合理选择。通常的设计变量选择对设计要求影响较大的参数，将所涉及的参数按照各自的重要性区分，将对变化影响不大的参数定为预定参数，通过这种方法可减少很多计算编程的工作量。

（2）目标函数的确定。使用函数找出满足既定条件的最优解最后，约束条件的确定 房屋结构可靠度优化设计的约束条件，包括了应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从正常时的极限状态下弹性约束到终极状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。设计中，要保证各约束条件必须符合现行规范的要求。

3.2结构优化计算方案

结构设计优化设计多个变量、多个约束条件，属于一个非线性的优化问题，设定计算方案时，常将有约束条件转变为无约束条件来计算常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成计算方案的设定后只需编制相应适用的运算程序即可得到我们的最终优化结果。

4 结构设计优化中应注意的问题

结构设计优化方法应用于实践之中，是目前一个比较广泛的课题，利用结构优化的方法在不改变适用性能的前提下达到降低工程造价的目的 结构设计优化设计应用于项目的整体设计、前期设计，旧房改造，抗震设计等设计的各分部环节，发挥着巨大的效益 在按照结构设计优化的方法及模型进行实践的过程中，要注意下面的几个问题：

4.1 结构设计优化应注意前期准备

因为前期方案的确定直接影响建筑的总投资，而现在存在的普遍问题就是前期方案阶段结构设计并不进行参与，建筑师进行建筑设计时大多并不考虑结构的合理性以及它的可行性，但是建筑设计的结果却直接对结构设计造成影响，某些方案可能会增加结构设计的难度，并使得建筑的总投资提高。如果在方案的初期，结构优化设计就能参与进来，那么我们就能针对不同的建筑类别，选择合理的结构形式，合理的设计方案，获得一个良好的开端。

4.2 概念设计结合细部结构设计优化

概念设计应用于没有具体数值量化的情况，例如地震设防烈度，因为它的不确定性，计算式难免与现实有较大的差异，在进行设计的时候就要采用概念设计的方法，把数值作为辅助和参考的依据 设计过程中需要设计人员灵活的运用结构设计优化的方法，达到最佳的效果。

在结构设计的过程中，要注意对于细部的结构设计优化，比如现浇板中的异形板拐角处易出现裂缝，可划分为矩形板注意钢筋的选择，I级钢和冷轧带肋钢市场价格差不多，但是他们的极限抗拉力却相差很大，所以在塑性满足要求的情况下，现浇板的受力钢筋就可选择冷轧带肋钢筋，从而达到既安全又经济的目的。

4.3 下部地基基础结构设计优化

地基基础的结构设计优化首先要选择合适的方案，如果为桩基础，那么要根据现场地质条件选择桩基类型，尽量节省造价。桩端持力层对灌注桩桩长的选择影响很大，应多进行比较以确定最合适的方案。

5 结束语

总之，工程造价在工程项目占有很大比例，具有重要的经济效益，所以优化设计房屋结构能够卓有成效地减少工程造价成本。与此同时，优化设计房屋结构要保障建筑的安全级别，合理化等，协调好技术和经济两者之间的关系，切勿因重视节省成本，而忽视质量或技术。为了实现整体目标最优，结构设计人员与工程师要分析房屋结构设计，充分发挥其优势，利用精细高效的工作标准及要求来实现最优化的房屋结构。

参考文献

第4篇

关键词：优化；素描；教学方法；观念

中图分类号：G42 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2012）30-0247-01

一、教学方法与规律

近年来，我国从国外引进了科学的素描技艺训练方法，使得素描教学成效取得了巨大的成就。但同时，我们也发现，素描教学中普遍存在着过于注重对素描技艺的训练，而忽视了素描艺术本身的规律性。素描技艺训练的目的是什么，学生应具备怎样的能力？这应该是每一位素描教师应首先考虑的问题。一味地追求对学生素描技艺的强化训练，学生可能会熟练掌握方法，但很难培养出学生的艺术形象思维能力。他们一旦脱离客观实物，就不知该如何下手。

改革开放之后，我国沿用了几十年的“契氏”教学法一统的局面被打破了。西方艺术大师的经典素描作品使我们在开拓了眼界的同时，也反思了素描教学法的改革。然而，传统的教学方法常会使我们的教学停留于对方法的追求，总是新瓶装旧酒，换汤不换药。对于素描教学中艺术造型的研究却仍然没有引起足够的重视，因而，在素描教学中，我们应注重训练学生通过自己的眼睛去捕捉事物的形象，并能够通过艺术的形式表现出来。素描技艺只是学生掌握造型艺术的一种手段，并非根本目的。只有认识到这一点，才能使学生摆脱对于技艺的过分追求的现状，才能通过经典的艺术作品去把握规律性的东西。绘画的艺术流派，不论哪一派，他们的艺术规律是相同的，区别仅仅在于风格上的差异。

二、教学方法与观念

绘画艺术流派的风格究其根本是由观念的不同所形成的。例如一支客观存在的笔，经过人的观察之后，可能幻化成另外一种形态的东西，这就是由于人的大脑经过思维后所形成的反射，是一种能动的反射。因而，人脑所形成的画面是由感觉器官输入人脑后经过思后，形成的一种观念。“契氏”教学法认为，任何艺术形体都是由“块”和“面”组成的，即使是线也是由“面”所构成的。而国画则讲究“线”，认为画家可以通过线创造万物。所以，两者的差别就显而易见。因此，素描教学应研究观念，寻求事物背后的规律性的东西，而不应过分注重教学方法。

在实际教学中，教师在讲授观念的重要性之时，最多的就是整体与局部之间的关系。这本无可厚非，主次之分是素描的核心，但同时也不应忽视两者之间的相互作用。要辩证地看待整体与局部，只有这样才能避免陷入简单、片面、狭隘的误区。高强度的技艺训练可以使学生迅速的提高素描水平，这容易使学生在初步掌握了素描的技艺的基础上，形成定向思维的模式。如初学时，教师一般会强调通过把明暗交接的部分进行一定的夸张处理，可以更加明晰的区分事物之间的存在关系。学生通过高强度的训练，形成一种“习惯”，在绘画时过多地区套用这种模式。

对于素描的本质缺乏认识，是由“观念”形成的。在实际教学中，学生往往会对如何画才能达到客观事物的本质这一问题而感到不知所措。本质和表象是一对范畴，表象指的是人能通过感官感觉到的东西，而本质指的是事物的内在，两者是相互统一的。比如，我们通过观察着衣人物只能看到其本质的一部分。因为，我们不能看见其全部，只能通过人的膝部、肘部等重要的关节部位和整体的外形来把握。因而，学生如果不能把握事物的本质规律，则容易以孤立的视角看待事物，人体模特的臂膀的伸展有着明显的差异，而学生的素描，却过于僵硬，这正是由于忽视事物本质规律的反映。树立学生养成透过现象看本质，使现象服务于本质，是必须重视的观念问题。

三、优化教学方法与手段

教师应注意培养学生对于素描基础训练的目的和重要性的认识。这样能有效提高学生的学习效率。如有的学生素描功底较好，但其主观意识薄弱，容易羡慕他人的“漂亮”作品，但对自己存在的问题却仍不知所在。素描基本功的训练，其实是培养学生艺术形象创造能力的重要基础，对其一生的艺术生涯有着极为重要的影响。传统的教学方法过于注重学生技艺的训练，使得他们花费了大量的时间和精力于物体的简单摹仿之中，而对物体的形体转换成艺术表现形态方面存在明显的不足。长期如此，必会导致学生艺术创造能力培养的缺失。因而，在教学中注重将摹仿与艺术形象创造有机结合，是辩证统一的观点，必须加以结合。视觉的观察加上艺术思维的想象，是学生完成艺术升华的重要条件。一个仅能摹仿的学生是难以在素描艺术领域获得长足的进步的。在培养学生艺术形象的创造能力时，需要教师具备一定的胆识与技巧，其中有规律可循，教师只有掌握并灵活运用它，才能使得素描教学更上一层楼。

参考文献：

第5篇

关键词：门架；模态化；有限元分析；优化设计

基金项目:本项目为2014年省科技厅科技计划项目承担的“基于ANSYS的门式起重机金属结构的力学性能分析及优化研究”的研究项目，（编号为：20142BBE50009）

集装箱起重机中最为复杂的故障是门架变形，其中，门架的下挠变形，对起重机的正常运行危害最大。本文采用有限元分析软件ANSYS建立了起重机的有限元模型，对其进行结构应力分析、模态分析，从应力分布和应力集中两个方面对该起重机进行评价和校核。

1起重机门架结构有限元模型的建立

集装箱起重机门架是由标准型钢构成，结构对称。首先建立起重机门架整体三维模型。

1.1起重机主要性能参数。该起重机主要性能参数为：额定载荷320T；跨度25m；桁高12m；起升速度9.5/19 m/min；最大起升高度10/12m；小车轮距3035mm；小车质量5t；吊钩总重2T；材料全部采用Q235。门式起重机门架的主要结构与参数如图1所示。

1-前端梁 2-道轨 3-后端梁 4-主梁 5-前上横梁

6-后上横梁7-门腿 8-底横梁

1.2起重机有限元模型单元选择

采用ANSYS中的三维梁单元，划分单元建立有限元分析模型。门架结构有限元模型划分后的单元95401个，节点数182120。图2为该起重机划分单元后的有限元网格模型。

2应力分布分析

2.1固定载荷

按图1所示的工况位置，要求额定起门力：工况1（16T）、工况2（在门架中间带运行吊重11T运行）工况3（10T）、工况4（9T）、工况5（（悬臂处5T）；规定起重机主梁方向为Z方向，垂直地面向上方向为Y方向，X向垂直于起重机平面。

2.2移动载荷

起升载荷16T，同时，取动力系数1.25；起重机自重，在建模过程中单位采用SI（MKS），取重力加速度g =10；抓斗和小车结构自重共为5T；水平惯性载荷：根据有关文献，取加速度0.13 m/s2，取加速度放大倍数1.5。选择对门架最危险的工况1、工况2和工况5载荷组合进行分析，如果这三工况没有问题，其它工况也就没有问题。

2.3计算结果分析

1）小车在工况1起吊16T额定载荷时，由图3~6所示。

由上各工况的位移、等效应力数据分析可以看出：

（1）X方向最大位移为9.566，最大位移发生在小车位于工况2上，满足规范要求的；

（2）Y方向最大位移为11.658，最大位移发生在小车位于工况5上，位移动载数值过大；（3）Z方向最大位移为13.98，最大位移发生在小车位于工况5上，最大位移13.98；

（4）最大等效应力为333MPa，最大等效应力发生在小车位于工况5上。

2.4方案优化设计比较

重新对图2进行结构优化，在ansys中进行一系列的操作，得到有限元模型有95300个单元，181367个节点，称为方案2，比较后发现，门架结构和受力上没有什么变化，只是将主梁悬臂端变为一梯形结构，也就是说只进行小车工况5时（在悬臂端）的计算即可。

通过现场实际测量，如表4所示。数据表明，实际测量值与有限元分析计算结果比较吻合，有限元分析结果有较高的计算精度。

3结论

本文研究的对象为集装箱门式起重机门架，采用有限元分析软件ANSYS对门架进行分析，并在原来的基础上进行优化设计，达到了以下目的：

起重机应力分布均匀，最危险工况应力

第6篇

关健词 船舶结构；优化；设计方法

中图分类号 U66 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）103-0100-02

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经典优化设计的数学规划方法

结构优化设计数学规划方法于1960年由L.A.Schmit率先提出。他认为在进行结构设计时应当把给定条件的结构尺寸的优化设计问题转变成目标函数求极值的数学问题。这一方法很快得到了其他专家的认可。1966年，D.Kavlie与J.Moe 等首次将数学规划法应用于船舶的结构设计，翻开了船舶结构设计的新篇章。我国的船舶结构的设计方法研究工作始于70 年代末，已研究出水面船舶和潜艇在中剖面、框架、板架和圆柱形耐压壳等基本结构的优化设计方法。

由于船舶结构是非常复杂的板梁组合结构，在受力和使用的要求上也很高，所以在进行船舶结构的优化设计时，会涉及到许多设计变量与约束条件，工作内容很多，十分困难。船舶结构的分级优化设计法就是在这个基础上产生的，其基本思路是最优配置第一级的整个材料，优选第二级的具体结构的尺寸。每一级又可以根据具体情况划分成若干个子级。两级最后通过协调变量迭代，将整个优化问题回归到原问题。分级优化方法成功地解决了进行船舶优化设计中的剖面结构、船舶框架和板架、潜艇耐压壳体等一系列基本问题。

2 多目标的模糊优化设计法

经典优化设计的数学规划方法是在确定性条件下进行的， 也就是说目标函数与约束条件是人为的或者按某种规定提出的，是个确定的值。但是在实际上， 在船舶结构的优化设计过程、约束条件、评价指标等各方面都包含着许多的模糊因素，想要实现模糊因素优化问题， 就必须依赖于模糊数学来实现多目标的优化设计。模糊优化设计问题的主要形式是：

式中j 和j分别是第j性能或者几何尺寸约束里的上下限。

模糊优化设计方法大大的增加了设计者在选择优化方案时的可能性， 让设计者对设计方案的形态有了更深入的了解。目前，模糊优化设计法发展很快， 但是，还未实现完全实用化。多目标的模糊优化设计法的难点主要在于如何针对具体设计对象， 正确描述目标函数的满意度与约束函数满足度隶属函数的问题。

3 基于可靠性的优化设计方法

概率论与数理统计方法首先在40 年代后期由原苏联引入到结构设计中， 产生了安全度理论。这种理论以材料匀质系数、超载系数、工作条件系数来分析考虑材料、载荷及环境等随机性因素。早在50年代，人们就在船舶结构的优化设计中指出了可靠性概念，随后，船舶设计的可靠性受到人们的重视，开始研究可靠性设计方法在船舶结构建造中的应用。

船舶结构可靠性的理论和方法根据设计目标的不同要求， 可以得出不同的结构可靠性的优化设计准则。大体分为以下3种：

1）根据结构的可靠性R·，要求结构的重量W最轻，即：

MinW（X），s.t.R ≧R·

2）根据结构的最大承重量W·， 要求结构的可靠性最大或者破损概率最小，即：

Min Pf（X ） ， s.t.W （X ） ≦ W·

3）兼顾结构重量和可靠性或破损概率， 实现某种组合的满意度达到最大，即：

Max[a1uw（X）+a2upf（X）]

式中， a1，a2分别代表结构重量和破损概率的重要度程度， 而且满足a1+a2≥1.0，a1，a2≥0；uw，upf分别为代表相应的满意度。

关于船舶结构的可靠性优化设计方法的研究越来越多， 逐渐成为船舶的结构优化设计中的重要方向。但是，可靠性的优化设计方法除了在大规模的随机性非线性规划求解中存在困难外， 还有一个重要的难点在于评估船舶结构可靠性的过程很复杂， 而且计算量大。

4 智能型的优化设计方法

随着人工智能技术（Al）和计算机信息技术的发展， 给船舶结构的优化设计提供了一个新的途径，也就是智能型优化设计法。

智能型的优化设计法的基本做法为：搜索优秀的相关产品资料，通过整理，概括成典型模式，再进行关联分析、类比分析和敏度分析寻找设计对象和样本模式间的相似度、差异性与设计变量敏度等，按某种准则实施的样本模式进行变换， 进而产生若干符合设计要求的新模式， 经过综合评估与经典优化方法的调参和优选， 最终取得最优方案。

智能型的优化设计法法的优点是创造性较强，缺点是可靠性较弱。所以在分析计算其产生的各种性能指标时，应当进行多目标的模糊评估， 必要时还应当使用经典优化方法对某些参数进行调整。

5 结论

通过本文对船舶结构优化设计方法的研究，我们得出在进行船舶结构优化设计的时候， 往往会涉及到很多相互制约和互相影响的因素， 这就需要设计人员权衡利弊， 进行综合考察， 不但要进行结构参数与结构型式的优选，而且还要针对具体情况对做出的方案进行评估、优选和排序。通过什么准则对不同的方案进行综合评估，得出最优方案， 成为专家和设计人员需要继续研究的问题。

参考文献

[1]郭军，肖熙.基于可靠性的船体结构多目标优化设计[J].上海交通大学学报，2010（1）.

第7篇

关键词：建筑设计方案；优化；“倒三角”法

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

一、建筑设计方案优化的必要性

1、中标设计方案有待成熟与完善

方案中标并不意味着方案的完善。通常情况下，自招标文件公布至提交方案，留给设计单位的有效设计周期不会超过40天。同时，依据招投标法规，招标期间建设单位与设计单位之间除“答疑”之外不能进行其他方式的沟通，因此，在有限时间与有限交流的前提下，要求设计单位拿出能够充分领悟建设单位意图、完全满足建设需求的方案是不现实的。

2、建设单位的技术要求有待明确与落实

目前的建设项目，尤其是大型复杂建设项目，面临功能、交通、环保、景观、法规等越来越复杂的内外部环境条件和设计约束，在缺乏建筑设计方案雏形的情况下，建设单位很难提出明确详细的设计要求，其在设计招标文件中对功能需求、建筑风格的描述往往是模糊的或是框架的。因此，在明确中标方案后，应该基于中标方案的建筑布局，对各项技术要求、功能需求及设计约束进行逐一细化、优化和协调，并最终落实和确认。

3、集思广益，博采众长

中标方案仅为一家单位的设计成果，其设计思路的局限性在所难免。而设计招标过程中，少则三家，多则十几家单位参与设计，各投标方案的设计手法、设计亮点对开拓建设单位和中标设计单位的思路是有价值的，可以在设计方案优化阶段集思广益、博采众长，充分借鉴其他投标方案的优点，对中标方案进行优化完善。鉴于这些情况，对于工程建设项目，尤其是大型复杂建设项目，方案优化工作已成为工程建设过程中不可或缺的工作程序和环节。建设单位要摒弃建筑设计方案优化可有可无的思想误区，在设计招标结束后不要急于展开后续设计，而要发挥各方优势，对中标方案进行充分的优化和深化，使各项功能指标及技术措施更为合理，建筑风格定位更为准确，造价与运营成本更为经济，并为后续工程设计、工程施工等环节提供科学、系统的工作依据。

二、建筑设计方案优化的风险与原则

建筑设计方案优化的初衷往往都是好的，但是否所有的优化工作都能够实现目标呢？一些建设单位和设计单位虽然投入了大量精力、时间进行方案优化，但由于工作方法不当，往往出现调改了一个地方，却引发更多相关问题的现象。经过反复调改，却发现不是对中标方案进行了“优化”，而是丑化、劣化了原有方案，甚至颠覆了中标方案，轻者延误了工期，重者则造成工程建设管理的重大失误。

因此，为了实现优化目标，达到理想的优化效果，在建筑设计方案优化过程中，如下几条原则是应该严格遵循的：

1、坚持并充分发挥专业人员的主导作用

优化不成反遭劣化的原因可能来自多方面，但非专业因素过多地干预甚至主导优化过程是其中一项主要原因：一方面是建设单位的参与热情或领导的主观意愿不知不觉中影响或压制了建筑师的创作空间；另一方面，中标单位也常常存在任务完成式的被动工作心态，“既然已经中标了，业主单位说怎么改就怎么改吧！”结果是系统思考不足引发更多的问题，造成方案的劣化。虽然建筑设计方案优化是一项需要多方参与、博采众长的活动，但同时，也是一项专业性极强的工作。为确保优化方案的科学性与合理性，来自各方面的的意见与建议必须要经过建筑师的整理、甄别与过滤后，通过专业的设计手段与技术举措加以落实。建筑师要摒弃任务完成式的消极态度，积极承担起方案优化的主导责任。同时，建设单位要给予建筑师以充分的信任与授权，并在工作程序、机制上给予保证。

2、识别并坚持中标设计方案的精髓，避免颠覆性的修改

设计招投标制度对中标方案的法律地位是有明确规定的，且大型重要项目的中标方案一般都经过了建设单位高层领导的认可，所以不能敞开来优化，而是应该充分挖掘、识别、提炼出原有中标方案的亮点，在保持原有方案精髓的基础上开展设计优化工作，切忌进行颠覆性的修改。

3、自顶向下，抓大放小，做本阶段应该做的事

由于中标方案大多为概念设计深度，在设计方案优化阶段，应采取自顶向下的优化策略，优先着力于宏观与总体层面上的要素，重点关注于本阶段必须完善与决策的重要事项，避免过多、过早地陷入局部细节问题中。

三、建筑设计方案优化中应重点关注的要素

那么，在建筑设计方案优化阶段，需要重点关注的要素有哪些呢？通常包括如下几个方面：

1、文化要素

建筑的文化特质与内涵,广泛涉及到历史、文脉、民族、地域风情、风格定位、建设单位的组织文化等诸多方面，且往往难以用明确的语言来加以表述。对文化要素的正确把握与合理表达通常是建筑设计的难点之一。中标方案能得到评标专家的认可，一般会在文化要素的诠释方面有独到的优势，但这并不意味着已全面到位。在方案优化阶段，建设单位与设计单位均应对文化要素给予充分关注，并通过反复的沟通与论证，以准确把控建筑的文化定位与建筑格调。

2、功能要素

在招投标之前，由于尚无建筑方案雏形，建设单位对功能需求的描述往往是粗线条的，大量技术指标尚有待细化与明确。因而，在方案优化阶段，需要基于中标方案对功能要素进行梳理，并逐一验证落实。同时，力争通过功能集成，碰撞、激发新的想法和创意，使功能更趋完善与优化。

3、成本要素

目前成本指标已成为限额设计的一项硬性约束，必须加以严格控制。然而，在投标阶段，设计单位的关注点集中在建筑专业，建筑估算往往仅能达到匡算深度。在方案优化阶段，需要结合具体的中标方案，对建筑成本要素进行分析，并基于成本限额指标对功能、材料、结构形式、技术标准等进行全面优化与协调。基于倒三角工作法的建筑设计方案优化模式。“倒三角工作法”是作者在长期的工作实践中总结提出的一种建筑设计方案优化工作模式。下面将结合某总部办公大楼建筑（建筑面积15万平方米）设计方案优化的具体案例，对基于倒三角工作法的方案优化模式进行介绍。

基于倒三角工作法，在优化过程中，沿倒三角逆向而上，首先从位于“倒三角”最底层的功能要素入手，依据功能使用的合理性，结合出入口的交通组织，在保持对称性的基础上，将其功能布局从“东西分区”调改为“南北分区”。进而，从文化要素入手，在保证其立面肌理的基础上，对立面色彩、幕墙比例进行优化，使其更符合该企业的文化定位。之后，从绿色环保节能出发，对通高中庭进行了内部尺度的优化。而对于专家和领导普遍认可的五段式体量关系，则作为方案的重要特质原汁原味地给予保留。依据上述工作模式，建设单位编制的“建筑设计方案优化大纲”，各项调改要求明确、全面，且设计单位接受度、参与度很高，双方共同组建成为一个工作团队，将优化工作开展得系统而顺畅，并在短时间内实现了优化目标，优化成果得到专家和领导的一致认可。

四、结语

在目前勘察设计招投标的法规环境下，建筑设计方案优化工作已成为工程建设过程中一个必不可少的重要环节。科学的工作方法能有效提升优化效率，达到优化效果。本文对建筑设计方案优化的原则、要素进行了探讨，提出了基于“倒三角”工作法的方案优化模式，并结合典型案例进行了分析与概述。

参考文献：

第8篇

关键词：模拟集成电路；基于方程的优化方法；基于仿真的优化方法；误差增量模型

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）05-0-02

0 引 言

模拟集成电路设计通常分为三个步骤[1-3]：首先根据电路性能要求选择合适的电路拓扑结构，然后设计电路参数，最后设计版图并验证。而最为重要的是前两步。在选好一个电路拓扑结构后，如何完成电路的参数设计，即根据预期的电路性能参数来确定电路中器件尺寸、电阻、电容等参数的取值非常重要。传统的设计方法首先根据电路设计指标列出方程，从方程中计算尺寸并进行仿真。如果所得结果不符合要求，则需更改方程得到新的器件尺寸继续调试，不断重复直至符合电路要求。这一过程繁琐、冗长且难以保证结果，是模拟电路设计效率难以提高的主要原因。

目前，电路领域提高电路设计效率的方法主要是基于优化的方法。基于优化的方法是将电路性能指标作为优化的目标函数，利用函数优化的方法来完成电路设计。一般优化设计方法有两种，即基于方程的优化和基于仿真的优化。基于方程的优化中目标函数由解析公式计算而得，虽然优化速度快但精度低。基于仿真的优化中目标函数通过电路仿真获得，虽然精度高，但计算量大，优化速度慢。

如何获得精度与基于仿真方法相当的准确解，又使计算量不致过大，是近年来电路优化研究领域备受关注的课题。人们虽采用多种方法尝试，但最常见的是先构造电路性能指标的宏模型，再进行优化。宏模型的计算相当于一个解析式的计算，因此可较快完成，只要宏模型构造得当，精度可达到与仿真接近的程度。需要研究的主要问题是宏模型的形式，如简单多项式、统计回归、神经网络与模糊逻辑、SVM等，及宏模型的构造算法。

本文采取的方法是一种基于方程与误差增量模型的混合优化方法，可大幅减少仿真器的调用次数，降低计算成本，同时又具备与基于仿真方法几乎相同的精度。方法的主要思想是以基于方程的优化结果作为出发点，通过构造电路性能准确值与解析近似之间的差值增量模型，求解一系列误差不断减小的近似优化问题，通过迭代逐步获得问题的准确解；每一次迭代在上一次优化解附近构造新的差值增量模型再调用优化算法，相当于采用基于方程的方法求解，因此速度很快；电路仿真只在构建误差增量模型时需要，而一次迭代解附近的误差增量模型一般用二次多项式近似即可，因此所需仿真次数不多。整体上可达到既减少仿真次数，又不影响精度的目的。我们称这种方法为基于误差增量模型的优化方法。

1 基于误差增量模型的优化

电路性能指标的解析表达虽然存在误差，但大致反映了性能随设计变量的变化情况。将其准确值表达为：

f（x）=fa（x）+fd（x） （1）

其中，fa（x）是性能的近似解析表达，fd（x）=f（x）-fa（x）是误差增量。基于这一表达，本文提出的基于方程与基于仿真的混合优化方法如下：

（1）用基于方程的方法进行一次初始优化，即求解：

（2）

获得一个近似最优解x0作为初始点；

（2）在点xk附近构造电路性能准确值与解析近似之间的误差增量模型，包括目标函数：

（3）

与约束函数：

（4）

由于只需在一点附近的增量误差近似，因此通常用二次插值即可构造这一模型[4]。

（3）求出如下题的最优解：

（5）

这一步的优化目标与约束函数均是解析计算，因此可以很快完成。

（4）重复步骤（2）、（3），直至该过程收敛。

这种混合优化方法的基本思想从基于方程的近似最优解出发，通过迭代逐步消除误差，与一般非线性问题的迭代求解类似。该方法的特点在于充分利用了电路的性能解析表达式。解析表达虽有误差，但包含了目标与约束函数的基本特性，反映了函数变化的总体趋势，降低了每次迭代时误差增量函数的复杂性，可用较简单的函数形式近似，也有利于设计者更好地理解优化过程。该方法既改善了电路性能解析表达式精度不高的问题，又可大幅减少仿真器调用次数，提高优化效率。

2 两级运放设计实例

以一个带米勒补偿的两级运放为例，说明利用该方法进行优化设计的过程。电路采用TSMC 0.35 μm工艺，其中CL=3 pF，VDD=2.5 V，VSS=-2.5 V，电路要求的性能指标见表3所列，考虑到的性能指标有功耗（Power），单位增益（Av），单位增益带宽（UGB），摆率（SR）以及相位裕度（PM）。CMOS两级运算放大器电路如图1所示。两级运放性能指标见表1。

图1 CMOS两级运算放大器电路

表1 两级运放性能指标

性能

指标 Av PM UGB Power SR Area

设计

要求 >70 dB >65° >10 MHz 10 V/μs

对该电路，性能的近似表达式为[5-8]：

SR=I5/Cc

Power=（VDD-VSS）・（I5+I7+IBias）

AV=gM1・gM6/（（gds1+gds3）・（gds6+gds7）） （6）

Area=2・W1・L1+2・W3・L3+W5・L5+W6・L6+W7・L7+W8・L8

UGB=ωc/2π

PM=180°-tan-1（ωc/p1）-tan-1（ωc/p2）-tan-1（ωc/z1）

f3db=p1/2π

Ω玫缏方行优化设计，采用Matlab工具箱中的约束优化工具fmincon，将功耗作为目标函数，表1中的其他性能指标作为约束条件，做基于方程的优化。为保证电路正常工作，需要对电路中的晶体管添加约束。对于NMOS管，有：

Vds≥Vgs-VT>0 （7）

对于PMOS管：

-Vds>VT-Vgs>0 （8）

除此之外晶体管需满足工艺库对器件尺寸的要求：

Wi≥1 μm， i=1，2，…，8

Wi≤195 μm， i=1，2，…，8

之后，利用误差增量模型进行优化设计，并以一次基于仿真的优化设计作为比较。基于方程的优化设计见表2所列，方程和误差增量模型的混合优化设计见表3所列，基于仿真的优化设计见表4所列。

表2 基于方程的优化设计

电路性能 参数 器件尺寸 参数（μm）

UGB 9.66 MHz W1 2.94

Power 0.40 mW W3 5.30

PM 63.32° W5 5.52

Av 72.58 dB W6 66.79

SR 10.00 V/μs W7 46.59

Area 146.40 μm2 W8 6.06

表3 方程和误差增量模型的混合优化设计

电路性能 参数 器件尺寸 参数（μm）

UGB 10.00 MHz W1 2.81

Power 0.43 mW W3 8.73

PM 65.00° W5 5.53

Av 72.89 dB W6 131.28

SR 10.00 V/μs W7 57.12

Area 223.10 μm2 W8 6.06

表4 基于仿真的优化设计

电路性能 参数 器件尺寸 参数（μm）

UGB 10.00 MHz W1 2.80

Power 0.44 mW W3 8.84

PM 65.00° W5 5.53

Av 72.89 dB W6 132.73

SR 10.00 V/μs W7 57.14

Area 224.78 μm2 W8 6.06

可见，利用基于仿真和方程的混合优化方法可以得到和完全基于仿真方法相近的结果。且通过表5可以看出，混合优化方法减少了仿真器的调用次数，提高了优化效率。

表5 混合设计和基于仿真设计的F-count比较

混合优化设计方法 基于仿真优化设计方法

F-count 136 335

3 结 语

本文提出了一种基于方程和误差增量模型的混合优化方法，即通过对性能误差建立二阶模型来建立新的性能方程。再采用Matlab的优化工具箱进行基于方程的优化。本文通过运算放大电路优化实例来验证该方法的有效性，且相较于基于仿真的优化方法减少了调用Hspice的次数，节约了时间。

参考文献

[1] B.Razavi. Design of analog CMOS integrated circuits[M]. McGraw-Hill Comp.， 2001.

[2]代扬.模拟集成电路自动化设计方法的研究[D].长沙：湖南大学，2004.

[3]陈晓.工作点驱动的模拟集成电路优化设计方法研究[D].杭州：杭州电子科技大学，2015.

[4] RM Biernacki，JW Bandler，J Song，et al. Efficient quadratic approximation for statistical design[J].IEEE Transactions On Circuits And Systems，1989，36（11）：1449-1454.

[5] Metha Jeeradit.Mixed Equation-Simulation Circuit Optimization[D].For The Degree Of Doctor Of Philosophy，2011.

[6] V Gewin. Space Mapping：The State of the Art[D]. IEEE Transactions On Microwave Theory And Techniques，2012，22（6）：639-651.

第9篇

关键词：建筑设计；结构优化；实用性；整体效果

Abstract:The optimized design of the building structure is the important process of building the overall structure of the optimal. In a humane architecture and the use of conceptual design methods to improve the utility of the building structure and overall effect is explored on the basis of the basic procedures of the building structure design optimization method based on practical effect.

Keywords:architectural design；structural optimization；practicality；the overall effect

中图分类号：TU32/399

文献标识码：A

文章编号：1008-0422（2012）08-0089-02

1 引言

在进行建筑整体结构设计的过程中，为了使得建筑结构在空间、实用性、整体效果以及造价等方面达到最优，在完成基础设计之后都需要对建筑结构设计进行优化。尤其是在整体结构的造价控制方面，建筑结构设计优化是进行造价控制的主要途径。传统的建筑结构优化设计过程中一般都是以建筑的造价为根本进行控制的，而随着人们对建筑的实用性和整体效果要求不断增加，建筑的使用的方便性以及整体效果成为了人们关注的重点。而各种不同的设计方案对建筑材料的选用、建筑基础类型的选择、房屋进深的确定、建筑的层高以及总层数的确定等都是需要优化的问题和对象，因此在进行优化设计的过程中都应该予以重点考虑。

2 人性化建筑结构的特点及优化内容

建筑的人性化是体现建筑实用性的一个重要方面，尤其是随着社会经济的不断发展和进步，人们对于自身居住条件提出了更高的要求。在居住环境方面，不但要求有房可居，同时还要求住得方便、住得舒适。这时，以实用性为基础的“人性化”就成为了人们对建筑设计追求的一个重要概念。而在现代建筑结构设计优化的过程中，现代建筑设计就需要以“人性化”这个特点为基础，采用“以人为本”的设计理念，对建筑的整体结构进行优化。

人性化建筑结构的特点具有这样的几个特点：① 合理的空间布局，通常而言在人少地多的地方选择独立的小高层以及别墅，而在人多地少的地区则尽量建设高层，而且在建筑整体结构之内具有明确的用地分工，能够提高对土地空间的利用率；② 整体建筑结构极具艺术效果，通常在进行结构设计是在充分考虑通风以及采光等因素的基础上，一般尽可能的将客厅和卧室布置在建筑整体结构的南面，而将厨房、餐厅以及卫生间设置在建筑的北面。阳台直接与阳客厅相通，这样就使得穿过阳台时不需要穿过卧室，将私人空间和公共空间相分离，有效的保证了住宅类建筑使用过程中的私密性。

而通过采用建筑结构优化设计的方法，不但可以实现建筑的上述特点，还可以有效的降低建筑结构设计的成本。其中，在进行结构优化的过程中，主要的优化对象和优化内容包括：建筑基础结构的优化、建筑屋盖系统的优化、建筑围护结构的优化以及细部结构的优化等内容。

而针对上述结构具体方面的优化还包括具体的选型、结构的布置、结构整体受力分析以及结构造价分析等，在确保达到实用要求以及建筑标准的同时，通过与具体的工程实际情况相结合，达到优化设计的目的。

图1-建筑外部结构

图2-建筑内部结构布局

3 概念设计方法在提高建筑结构实用性及效果中的作用

建筑结构的概念设计一直是建筑整体结构优化的一个重要方向和重要基础。通过采用建筑结构的概念设计方法，可以保证建筑整体结构能在多种意料之外的外部作用力以及外部破坏的作用之下，将建筑的受破坏程度降到最低。所以，对建筑在使用的过程中可能会遇到的各种不稳定因素成为了建筑概念设计的重要内容，同时也成为了提高建筑实用性的一种建筑结构优化有效手段。在进行建筑可能遭受的结构破坏分析过程中，地震是一种作用力大、难以准确预测的破坏因素。因此，在进行建筑结构设计的过程中就应该预先针对建筑整体结构进行优化，从结构构造以及计算等多个方面对提高建筑结构抗震能力采取多种措施，而不利于建筑抗震能力提高的设计方案则尽可能的避免。通过对建筑结构的优化，应该确保建筑的整体刚度尽量均匀、对称，这是有效降低建筑整体结构在减小建筑结构在地震过程中出现破坏的一个重要手段。同时，在设计的过程中还应该采用多种有效的设计方式来增加建筑抵抗地震的能力，诸如延性设计，它可以有效的控制建筑在地震的作用下出现脆性破坏的问题；多道设防的设计思路可以使得在剧烈地震的作用下，建筑的一些次要结构先发送破坏，通过消耗一部分地震能量来减小对建筑主体结构的破坏。这些建筑结构优化方法都是建筑整体结构设计过程中需要遵循和采用的有效原则。

4 基于实用与效果的建筑结构设计优化方法的应用

4.1 提高建筑结构空间利用率的策略

空间利用率是衡量建筑人性化指标的一个重要指标，下面从提高提高住宅建筑的空间利用率出发，探讨提高建筑实用性的人性化建筑结构优化策略。

4.1.1基本思路

这里对于提高建筑结构空间利用率的策略是利用了整体和部分的关系，

N=1+1+1+1+1……

当N表示为整个建筑主体时，1就可以分别代表卧室、客厅、餐厅和卫生间等；

当N表示为120m2的建筑空间时，1则分别表示25m2的客厅、15m2的主卧室、5m2的卫生间以及9m2的餐厅等；同样，当N表示为对应卧室的大小时，1则表示卧室中的床铺、电视柜、挂衣柜以及桌子的大小；而当N表示为客厅时，1则表示电视的尺寸、沙发的大小、背景墙体的比例等。

4.1.2提高空间利用率的主要目的

增加对空间的利用程度，减少空间的浪费，在保证空间使用的实用性基础上增加空间利用的人性化。

4.1.3具体的实施策略

确定建筑空间的面积确保建筑的容积效率之后确定结构的最佳进深计算面宽确定房间的具体进深房间家具的尺寸以及实用性

目标空间结构合理的交通面积

增加面积

房间+客厅+起居室+运动室……

4.2 结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤

4.2.1结构优化模型的建立

建筑结构的整体优化方法包括这样三个基本的步骤：首先，确定设计变量。以影响建筑整体效果和实用性的相关参数作为设计变量，诸如对应的目标控制函数(整体结构造价C1、损失期望C2)、约束控制参数(整体建筑结构的可靠度SP)。在进行选取的过程中，尽量忽略那些对结构整体效果以及实用性影响不大的相关参数，这样可以大大减少模型的计算以及编程工作量；其次，建立目标函数，以建筑的整体效果和实用性最佳为目标，寻找一组既能够满足建筑使用功能又能够满足预设的结构截面尺寸、钢筋截面积等要素的参量，使得目标函数值最优；再次，定义约束条件，建筑结构的约束条件包括建筑的可靠度、强度约束、应力变形约束以及裂缝宽度约束等。设计的过程中就是要使得实际的结构设计在和约束条件相比较之后，符合当前的设计规范，达到最优的设计标准。

4.2.2优化设计方案的选择

建筑结构优化设计的方案很多，一般采用基于可靠度的优化设计方案。这些方案在计算的过程中需要考虑到多变量的复杂变化，同时约束条件较多，且都属于非线性问题，在进行设计计算的过程中一般要转化成为无约束以及线性问题来加以求解。这个过程中，可以采用的优化计算方法包括：拉普拉斯算子法、复合形法等。在进行算法的选取时可以对算法的精度以及算法的计算速率予以综合考虑，选定一个最适合的算法。

4.2.3 具体的程序设计

以上述选择和确定的优化设计方案为基础，编制一个功能齐全而运算速度较快的综合计算程序进行计算。程序设计的内容涉及到具体的工程指标选取以及建筑的功能需要，且编程内容较为繁复，这里不详细论述。

4.2.4结果分析

在对计算结果进行分析的过程中，应该从多个方面和多个角度予以考虑，诸如建筑结构的成本、实用性和整体空间效果等。这主要是因为建筑结构属于一项耗资较大的工程，涉及到的方面比较多，需要从全盘予以考虑，不能够仅仅为了节省资金、或者是仅仅为了增加建筑的实用性来进行优化。总的来讲就是要争取的处理好技术与经济之间的问题，在两者之间找到一个平衡点来进行优化。

5 结语

建筑结构的优化设计是一个复杂的过程，属于综合决策的问题。在优化的过程中需要综合考虑实用、安全、经济和整体效果等因素。本文对人性化建筑以及采用概念设计方法对建筑结构实用程度及整体效果进行改进的方式进行了探讨，并针对建筑部分结构的空间利用率的优化部分进行了具体分析，提供了一个建筑结构优化的新理念。

图3-某大底盘高层建筑结构设计

图4-某住宅内部空间布局

图5-建筑结构的有限元分析

参考文献：

[1] 张炳华.土建结构优化设计[M].上海:同济大学出版社，2008 :34-36.

[2] 侯贯泽，刘树堂，简国威.工程结构优化设计理论与方法[J].钢结构，2009(8)：121-125.

第10篇

【关键词】整体性优化，安全性，适用度，耐久性

公路桥梁应根据所在公路的作用、性质和将来发展的需要，除应符合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的要求外，还应按照美观和有利环保的原则进行设计，并考虑因地制宜、就地取材、便于施工和养护等因素，更要注意和解决出现的问题

1.安全可靠。（1）所设计的桥梁结构在强度、稳定和耐久性方面应有足够的安全储备。（2）防撞栏杆应具有足够的高度和强度，人与车流之间应设防护栏，防止车辆撞人人行道或撞坏栏杆而落到桥下。（3）对于交通繁忙的桥梁，应设计好照明设施，并有明确的交通标志，两端引桥坡度不宜太陡，以避免发生车辆碰撞等引起的车祸。（4）对于河床易变迁的河道，应设计好导流设施，防止桥梁基础底部被过度冲刷；对于通行大吨位船舶的河道，除按规定加大桥孔跨径外，必要时设置防撞构筑物等。（5）对修建在地震区的桥梁，应按抗震要求采取防震措施；对于大跨柔性桥梁，尚应考虑风振效应。

2.适用耐久

（1）桥面宽度能满足当前以及今后规划年限内的交通流量（包括行人通道）。

（2）桥梁结构在通过设计荷载时不出现过大的变形和过宽的裂缝。

（3）桥跨结构的下方要有利于泄洪、通航（跨河桥）或车辆（立交桥）和行人的通行（早桥）。

（4）桥梁的两端要便于车辆的进入和疏散，而不致产生交通堵塞现象等。

（5）考虑综合利用，方便各种管线（水、电气、通信等）的搭载。

3.经济合理

（1）桥梁设计应遵循因地制宜，就地取材和方便施工的原则。

（2）经济的桥型应该是造价和养护费用综合最省的桥型。设计中应充分考虑维修的方便和维修费用少，维修时尽可能不中断交通，或使中断交通的时间最短。

（3）所选择的桥位应是地质、水文条件好，并使桥梁长度较短。

（4）桥梁应考虑建在能缩短河道两岸运距的位置，以促进该地区的经济发展，产生最大的效益。对于过桥收费的桥梁就能吸引更多的车辆通过，达到尽快回收投资的目的。

4.技术先进。在因地制宜的前提下，桥梁设计应尽可能采用成熟的新结构、新设备、新材料和新工艺。在注意认真学习国内外的先进技术、充分利用最新科学技术成就的同时，努力创新，淘汰和摒弃原来落后和不合理的设计思想。只有这样才能更好地贯彻适用、经济、安全、美观的原则，提高我国的桥梁建设水平，赶上和超过世界先进水平。

5.曼观。一座桥梁应具有优美的外形，而且这种外形从任何角度看都应该是优美的。结构布置必须简练，并在空间上有和谐的比例。桥型应与周围环境相协调，城市桥梁和游览区的桥梁，可较多地考虑建筑艺术上的要求。合理的结构布局和轮廓是桥梁美观的主要因素，另外，施工质量对桥梁美观也有很大影响。

6.环境保护和可持续发展。桥梁设计应考虑环境保护和可持续发展的要求。从桥位选择、桥跨布置、基础方案、墩身外形、上部结构施工方法、施工组织设计等全面考虑环境要求，采取必要的工程控制措施，并建立环境监测保护体系，将不利影响减至最小

第11篇

【关键词】建筑结构设计；优化方法；房屋结构设计；应用研究

前言：社会生活水平提高，对建筑实用性以及经济性提出更高要求。在建筑设计时，根据实际需要对房屋结构设计进行优化，从而保证房屋结构的经济合理性，并且能够增加建筑本身的美感。为此，下文对建筑结构设计优化方法进行详细介绍，立足于结构设计优化的原则，结构优化不仅要符合社会的基本需求，还要在原有建筑基础上进行创新。

1.建筑结构设计优化方法

1.1原则

1.1.1符合社会需求

建筑结构设计优化方法要立足于社会发展，并符合社会发展的要求。首先，为了满足人们的基本日常生活功能，向人们提更加舒适的生活环境以及生活条件，建筑结构设计优化方法更加人性化。其次，在结构设计优化中，需要将建筑的环保以及人们生活的安全放在首要位置，做到建筑结构优化真正为人民服务[1]。

1.1.2创新性与经济性

结构设计优化的出现缓解了建筑结构中的漏洞，改善其不足之处，因此建筑设计师应该在充分考虑设计之后总结经验，并对建筑结构大胆创新，不断采用新型科学技术。但是需要注意的是建筑设计优化要更加实用。此外，还要充分考虑建筑设计的经济效益，实现资源配置最优化，尽量为开发商节约成本，合理利用资源[2]。

1.2建筑结构设计优化方法的重要性

对建筑结构进行合理的优化，对房屋结构设计来说具有重要意义，它不仅能够在人们生活中实现实用性与美学相结合，还对建筑设计工程造价能够有效控制。对于建筑的投资来说，投资少，收益多是建筑发展的经济目标，然而在这样的基础上对建筑设计开展科学合理的结构优化设计是设计的重要举措。与传统结构设计相比，运用设计优化的建筑工程能够减少很多工程造价，结构设计优化能在各个环节中起到最佳协调作用，并能够对材料进行合理利用。结构设计优化不仅能够提高建筑的安全系数，还能增加建筑设计的实用性。对建筑结构设计进行优化之后，企业能够获得更高的经济效益。房屋结构中各个单元实现有机结合，从而提高了建筑的质量，为人们的生活安全带来保障[3]。

2.建筑结构设计优化方法步骤

2.1结构优化模型建立

2.1.1设计变量选择

将对建筑结构有影响的参数视为设计变量，如损失期望、结构造价等。将影响作用小，变化范围小的参数视为预定参数。

2.1.2目标函数

在进行建筑结构设计优化时，需要寻找到能够满足预定条件的截面几何尺寸、钢筋的截面积以及一些相关的概率函数，减少工程造价。

2.1.3确定约束条件

对房屋结构设计优化而言，需要提高结构的可靠度，并制定相关的设计优化约束条件。其中主要的条件有：建筑裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、结构体系约束以及弹性约束等条件。在实际的结构优化中，需要设计师对目标约束条件与实际的约束条件反复进行对比与分析，保证工程能够遵循具体要求，从而实现最佳设计[4]。

2.2方案制定与程序设计

设计师在进行分析计算中，将约束问题转化为无约束问题的求解，其中最常见的优化方法有Powell、复合形法等，根据计算方法可以编写出运算速度较快的综合应用程序。

2.3分析结果

设计师需要根据最佳的计算结果选择出合理的设计方案，并对问题进行多角度考虑，合理的设计方案能够保证建筑结构美观、安全以及更加实用。在结构设计中应该主张经济节约，并充分重视技术上的问题，需要设计者将建筑设计优化兼顾实用性与经济性。

3.结构设计优化技术的实践应用-以A地区建筑为例

3.1 A地区住宅房屋概况

A地区住宅整体高度为17层，建筑的主体采用钢结构框架的剪力墙形式。在对实际情况进行考察并对现场建筑场景进行分析之后，对该住宅建筑使用结构优化设计方案，结构优化对传统结构设计模式进行改造与创新。在结构设计中主要以人力施工为主，采用计算机辅助设计方式，对施工中的各个环节进行优化，使得整体建筑设计实现了全局合理性优化。与结构优化之前作对比，建筑在设计方面更加的合理，减少了建筑成本，降低工程造价。

3.2直觉优化

直觉优化技术是指与建筑设计在同一方案中，可以实施诸多不同的结构布置设计，例如，在确定了结构设计优化的A地区住宅中，同种荷载下也可以有很多不同形式的分析方法。在具体的结构分析中，设计参数、荷载的取值以及材料都不是唯一的，在建筑的内部细节处理也不尽相同，这些问题计算机不能处理，需要相关设计人员作出分析与判断[5]。

3.3对A区住宅建筑优化设计的前期处理

对房屋建筑结构作出设计需要最优化的设计方案，在房屋结构设计前期，工作人员应该积极参与其中，并对工程的实际情况充分了解，对建筑结构以及框架作出合理选择。一个好的设计方案是房屋结构设计的保障，在对A地区建筑进行结构优化设计的过程中，需要相关设计人员能够严格遵守设计方案，不仅需要对设计方案细节了解，好需要对工程环境的合理性作出判断，并在结构不规范之处作出调整。

3.4 A地区房屋结构组成优化

3.4.1混凝土结构裂缝

A地区房屋结构主要以钢筋混凝土结构组成，难免会出现混凝土结构裂缝，因此，需要对混凝土结构裂缝进行优化设计，对混凝土结构进行受力分析，分解到结构构件中的细节中，对进行数据结构处理，计算出混凝土框架最优化结构。

3.4.2基础拉梁结构优化

为了提高房屋建筑的抗震效应，需要对建筑的基础拉梁进行设计优化。首先，在进行拉梁设计优化时，必须要确定建筑地址的防烈度，然后设计师对建筑拉梁的长度和横截面积进行确定。在结构设计中为了保证建筑的抗震结构和建筑拉梁钢筋混凝土框架保持一致，需要减少设计中钢筋的利用率，从而能够使拉梁优化设计效果达到最佳。

结论：综上所述，建筑结构设计优化能够促进建筑品质不断提高，实现了人们对居住环境的高标准以及高要求。随着建筑行业不断发展，建筑结构优化设计作用突出，在形式上能够适应城市发展的美观规划，在经济上减少成本，提高资源使用率。然而，建筑结构设计优化比较复杂，并且综合性较强，因此设计师在对建筑结构设计优化时需要对设计进行深入研究，并作出合理的优化方案。

参考文献：

[1]王鹏.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实际应用分析[J].中国建材科技，2014，04：162-163.

[2]陈俊.浅谈结构设计优化设计技术与其在房屋结构设计中的应用[J].科技致富向导，2013，02：172.

[3]肖龙涌.绉议建筑结构设计优化方法与实际应用[J].城市地理，2015，12：172-173.

第12篇

关键词: 体育场看台视线设计方法优化

中图分类号：S611文献标识码： A

1 简单阐述

由于体育场的设计具有很强的功能性，除了满足比赛场地的工艺设计要求，保证比赛的正常进行外，对于使用人数最多的看台部分进行合理和优化设计，是体育场设计的重点，看台设计中的视线设计则是其重中之重，视线设计决定了看台各层的高度和距离，决定了看台坡度的形状和大小，从而直接影响着体育场的规模大小，使用功能和空间形式。

2 视线设计主要内容及主要数值变量的定义分析

影响视线设计的因素主要包括: 视点的选择，排深，视距，各排视线升高值，首排距视点的水平距离以及首排距视点的眼高值( 如图 1) 。

①视点的选择: 视点是指为保证观众的观看质量，在视线设计时，根据不同竞赛项目和不同标准，保证观众看到比赛场地的全部或绝大部分时所确定的场地设计平面位置。

②排深( d) : 排深是指观众席位排与排之间的距离。

③视距: 视距是指，由观众眼睛到比赛场地中被观察物体的距离。视距的长短，决定着观看者的舒适程度。视距越近越清晰，但在体育场的设计中，由于比赛多以足球和田径为主，场地较大，过近的视距反而会使观看者头部来回摆动，不利于观看，所以视距的选择还应根据具体比赛项目而定。

④视线升高差值( C) : 这个值是指前后排观众眼睛至视点视线间的垂直距离。

⑤首排距视点的水平距离( X1) : 是指看台前沿至剖面视点的水平距离，一般作为运动缓冲带和休息地。

⑥首排距视点的眼高值( Y1) : 是指首排观众保持坐立姿势时眼睛距视点的垂直高度，首排高度主要保证观众不受在缓冲带上行走的运动员的遮挡，大型体育场还应考虑下部活动座椅的高度。

3 各变量数值的变化规律及对看台剖面的影响，由于现代体育场趋于多功能复合型，体育场中并不只举办单一赛事，各个赛事对场地大小高低的要求不同，视点的选择也不同。

4 看台视线设计方法及优化分析

4. 1 变量的确定

从上可见，各个变量在设计中得取值都不是一成不变的，根据实际场地，实际涉及的比赛项目以及各个体育场的规模要求，这些变量总是在一个范围内变化，它们相互制约，共同影响整个通视曲线的变化。在优秀的体育场设计中，首要问题就是正确合理的解决好四个变量的取值，不断调整，反复斟酌，视情况而定。四个变量中由于 d 和 C 的变化范围较小，往往取定值，因此变化最灵活的是 X1 和 Y1，从视点出发，根据比赛缓冲区尺寸要求合理选取首排的水平距离，留出场地周围的缓冲区域，一般 3 －5m 为宜，Y1 的确定则需考虑看台下部空间的利用，和替补运动员的视线遮挡，一般根据下部用房层高需要而定。

4. 2 看台剖面分段设计和优化

好多场地看台采用直线升起形式，不仅使后排观众的视线遮挡严重，而且升起过高，行走和站立很不方便。现代体育场设计通过作图法和计算法两种科学方法，确定出需要的通视曲线，在此基础上逐一确定每排看台的高度。

4. 2. 1 依次排列设计法:

现代体育场设计中除了规模很小的小型看台以外，大型体育场的看台纵向连续排数不超过 20 排，因此需要设置横向过道，这样，我们在剖面设计中，利用横向过道将通视曲线打断，将完整的看台分为若干层，再通过每层的单独出入口进出看台，上层看台的观众也可通过纵向过道到达下层看台，以保证每个座位的可达性和疏散安全( 如图 2) 。

4. 2. 2 叠层排列设计法

在大型体育场中，由于看台数较多，依次排列法会使整个体育场规模巨大，导致最后几排看台的视距过远，观众无法看清比赛。因此针对大型体育场设计需要对看台剖面进行优化。

如图 3，将分段后的上层看台同下层看台重叠一小部分，形成悬挑结构，这样不仅拉近了上部看台与视点的距离，缩小了体育场的规模，同时也使看台更加紧凑，观看氛围更好。需要说明的是，这样做会使上部看台的 X1 值变小，后排升起变陡，因此需要对第一段看台的 X1 值和 Y1 值进行合理调整。

4. 3 通视曲线的设计和优化

折线优化: 通视曲线在精确计算结果下，由于 C 值为定值，因此每排的升高高度不同，且多为零数，在实际施工中很难实现。因此实际工程中的通常做法是将通视曲线以折线代替，以 4 ～6 排为一组，这样会使 C 值有所变化，但由于变化不大，通常被忽略，这样的好处是方便施工，且更易计算和绘制( 如图 5，以下均以两层看台为例) 。在此，我们在图中的曲线上选取 2 个点 a 和 b，作直线，直线满足的条件是: 既与虚线 AB，BC平行，也与曲线相切，如图 6。可以看出，曲线 aA 段和 bB 段比优化虚线 AB 和 BC 陡，也就是说经过优化的折线并不是每排座位都能满足固定的 C 值，因此为满足视线的通畅，我们需要再次进行优化。

①提高 C 值大小: 通过改变通视曲线，适当增大 C 值，得出更陡的通视曲线，通过优化过的曲线进行分段折线处理，再次优化的折线看台便可保证每层看台的视线通畅。②切线法: 如图 7，取 2 条曲线 AB 和 BC 段最陡处 A 点和B 点，分别作曲线的切线( 实际工程中由于看台不是平滑曲线，因此这条线可以看做是最后一排看台视高点和前一排视高点的连线，稍缓于所作切线) ，从图 7 中可以看到两端切线比曲线段陡，以所作切线作为看台新的倾斜折线，只需 A’点和 B’点的前后排满足 C 值要求，其他座位的 C 值均满足条件。这种做法会使 Y1 变小，由于 B’C’看台部分的视线有富余，可进一步优化，对 B’C’的坡度做适当调整，使 B’点满足 C 值要求，则可增加 Y1，方便前排观众的观看和下部空间的使用。

第13篇

【关键词】有限元分析；发电机组；底盘；轻量化

0 引言

现代电源设备正向小型化、轻量化的方向发展，特别是汽车电源、拖车电源及车载电源，其重量指标往往会影响到整个系统的性能指标，如系统的机动性能、越野性能等。由于电源设备选用的柴油发动机和发电机多数为商品件，因此柴油发电机组的轻量化重点在可自行设计并加工的机组底盘上。

本文利用ANSYS Workbench对底盘进行轻量化设计，首先确保底盘能够满足承载要求，有足够的强度和刚度，来支撑发动机、发电机、散热器及其他辅件，即能够承载着机组设备稳定工作；其次确保底盘能够满足承载机组设备进行吊装及搬运，即能够安全可靠地进行装运。最后在满足前两点的基础上在适当部位开孔或切除材料以减少重量，达到轻量化的要求。

1 技术资料

柴油发电机组总重量为2215kg，机组外形如图1。其中主要部件发动机重量为1130kg，发电机重量为740kg，水箱散热器重量为170kg，配该型号机组的常用底盘自重为81.3kg。

底盘由六个螺栓安装在地面上，四个角设置有吊装板，能够进行吊装和搬运。

2 底盘模型及边界条件

2.1 底盘模型及网格划分

将“常用底盘”CAD三维模型导入ANSYS平台，根据底盘材料设置材料属性为结构钢，选择solid45和solid95作为单元类型，对模型进行网格化分，划分完毕共计6138个单元，22954个节点，如图2所示。

2.2 工况确定及简化

工况二为底盘吊装强度分析，即机组在吊装过程中的受力分析。该工况下底盘在突然起吊的瞬态过程时受力最大，动载荷系数K根据《GB3811-83 起重机设计规范》中可估算为4，固定约束面可简化为底盘上的四个吊装板。

2.3 约束及载荷施加

通过上述工况分析及简化，可知两种工况载荷相同，只是载荷大小（因动载系数不同）和固定约束不同。施加约束和载荷如图3和表1。

3 仿真计算与结果

3.1 工况一分析结果

该工况下对底盘与地面接触位置的节点进行完全约束，底盘整体所受应力和变形量分布云图见图4和图5，底盘的最大应力为43.9MPa，最大位移变形量为0.1mm。

3.2 工况二分析结果

该工况下对底盘四个吊装点的环面进行完全约束，底盘整体所受应力和变形量分布云图见图6和图7，底盘的最大应力为61.1MPa，最大位移变形量为0.14mm。

3.3 轻量化部位确认

通过两种工况的应力和变形量分布云图，可知：

1）“常用底盘”的最大应力远小于材料的允许应力（162.4MPa），变形量很小，底盘安全可靠，有很大的安全裕度；

2）底盘应力最大处为发动机和发电机的支撑横梁，其次是吊装板及纵梁，最后是水箱支架、减重器安装板及其它加强筋；

3）底盘位移变形量最大处为发动机和发电机的支撑横梁，其次是纵梁和水箱支架，最后是加强筋、减重器安装板及吊装板。

因此，初步确定可轻量化的部位为：加强筋、纵梁、水箱支架及减重器安装板。

4 结构优化

4.1 底盘轻量化设计

4.2 仿真闭环

5 结论

5.1 根据上述的方法将“常用底盘”轻量化后，不仅满足底盘的刚强度需求，而且重量由81.3kg减至74.2kg，降了8.7%，且在实际产品中应用正常。因此，该方法能够有效进行轻量化设计。

5.2 本文中的底盘轻量化实际设计时，不断调整开孔位置及大小，结合ANSYS的参数闭环分析功能，快速进行改动后的分析，最终确定模型方案。因此，利用该方法进行方案设计能够缩短时间，提高设计质量。

【参考文献】

[1]赵韩，钱德猛.基于ANSYS的汽车结构轻量化设计[J].农业机械学报，2005（6）.

第14篇

关键词：建筑结构；优化法；房屋结构；设计应用

在市场经济不断发展的今天，建筑市场的竞争也不断加大，企业为了能够在这样激烈的竞争下依然稳步的发展，就要不断的进行革新，对施工设计及方法进行深入探究，建设出既美观又安全的建筑，满足人们的需求，才能在市场经济的机制下立于不败之地。在建筑建设时投入较大的部分是建筑结构方面的资金投入，为了减少这部分的投入需要不断的优化结构设计，在确保建筑质量安全的基础上，对房屋建筑设计进行规划，制定建设方案，合理的安排施工项目，把控施工的整体结构，增加企业经济收益。下面即是从结构优化方法的重要性和应用两个方面入手，对建筑结构设计优化方法房屋结构设计进行分析和讨论，借此为相关工作者提高参考。

1 房屋建筑结构优化方法的重要性

如今，随着城市化进程的不断加快，城市建筑土地资源越来越紧缺，因此高层或超高层住房将成为城市住宅的发展方向，相较于传统的建筑模式，高层建筑等新型建筑的建设具有更大的难度，这就要求相关的施工建设人员应该重视房屋结构优化问题，在减少资金投入的同时，进行细致的建筑设计方案规划，运用新技术和新理念，建设出既安全又经济的建筑。根据相关数据可以看出合理的房屋结构设计可以减少建设资金投入，与没有进行设计优化的建筑相比采用优化法进行优化后的建筑能够节省10%～20%的建设费用。不过，在实际的施工建设过程中，优化设计的实施往往不是一帆风顺的，可能因为多方面的限制而难以进行。首先，很多施工单位都会因为赶工程进度，而不顾施工质量，对于房屋设计的缺陷不予及时的优化处理，而对最后的建筑质量造成影响。其次，还有一些施工建设人员自身经验不足、专业素质不高，无法进行建筑设计优化。最后，还因为一些施工建设人员和设计人员只注重建筑的部分建设，而忽视建筑的整体设计，不能准确的制定工程预案，影响建筑整体的造价。对建筑的结构进行设计优化能够合理的规划建筑设计，减少工程资金投入，房屋结构各个方面整合起来，保证建筑质量，为人们提供经济安全的住房。

2 房屋建筑结构设计优化方法的应用

2.1 整体优化和局部优化

建筑设计都有一定的层次和复杂性，首先从层次性方面来说，其一般包含建筑的设计体系、结构体系及安装设计体系等，而每一个体系内还有很多分支体系。相关的设计人员在设计建筑时，要根据实际情况参照不同分支体现的特点进行优化，逐步攻克难关，完成整个工程；其次从复杂性方面来说，其一般包含建筑原料选取、零部件选取、结构类型选取等内容。因此，无论是什么样的房屋建筑，都可以从整体分层、细化的进行优化，实现设计优化的目标。

2.2 分阶段优化

在一个工程项目中每一环的建设都是相互关联的，每一个环节都有自己的优化设计方案，在进行工程建设时对这些环节进行分阶段的优化有利于整体工程的优化设计，有效的保证建筑的施工质量，增加企业经济收益。

2.3 桩基础优化

灌注桩和预制桩是桩基础的两种类型。灌注桩是施工的重点项目之一，其施工时过程复杂，工期较长，难以把控质量。所以，在沉降符合相关标准的基础上，可以进行预制桩施工法，结合深层桩基，加大土壤对桩身的摩擦，并选用长度的预制桩。

2.4 上部结构优化

对房屋建筑上部结构进行优化，首先需要将剪力墙进行合理布置。具体做法是让剪力墙质量保持均匀，使得对称楼层平面中心和同楼层结构重心重叠在一起，减小地震、劲风等外部作用力的影响。在房屋类型达到标准的情况下，要应用大开间的剪力墙构造，适当的增长剪力墙墙肢，减少墙肢数量，降低混凝土应用。其次因为剪力墙的暗柱通常都采用的是钢筋，这样就可以应用大开间剪力墙来减少钢筋的数量。不过，在建筑场地地质复杂或较差的情况下，不能削减钢筋数量，这时就不适合运用大开间剪力墙构造。

2.5 建筑结构协调优化

房屋建筑设计还要在确保建筑结构不受影响的情形下和整体平面保持紧密配合，真正的实现美观、安全。建筑柱及墙布置，需要和房屋建筑平面的基本功能需求相一致，统一各个房间进深以及开间大小。简化建筑系统，避免出现墙与柱错位的现象，保持每一层的高度和截面面积相同。还要注意的是在进行楼体或电梯设计的时候，一定要在一些应力集中或受力方向较多的转角区域进行加固，采用承重能力较强的建筑材料，而在一些非承重构建结构中运用材质相对较轻的建筑材料，合理布局整体的建筑结构，减轻其自重，保证重心、刚心及质心交叠，避免扭转情况的出现，保障整体建筑在合理布局的规划下进行施工建设。

2.6 排水结构协调优化

在工程建设中建筑的给排水专用房里面往往会有很多机械设备，这样会加大其负荷量，因此需要尽量把水泵安置于地下室中。值得注意的是排水房间中的管道数量较多，且大小不一、粗细不同，所以要在楼板上加固穿孔位，预留符合标准的孔洞，尽量不要设置会影响水平方向管线贯穿柱和建筑梁结构的孔洞。如果管道贯穿的是房屋的承重墙，还应该注意对墙体进行加固和维护。尽可能确保结构的布设同管网体系相协调，避免出现管道绕柱或梁的状况。

2.7 结构同电气的协调优化

如果用导线的形式将电气的管线安装于金属管外部或墙体、楼板处，那么就会加大施工难度。因此，在管线贯穿建筑梁的情况下，需要在保证墙体厚度的同时在建筑梁上打孔，并要保证墙体一侧平面和建筑梁齐平，不能让管线暴露在墙体外。

3 结束语

总的来说，对建筑的结构进行设计优化，不但能够减少工程预算，而且可以确保建筑自身的功能。同时，需要注意的是建筑企业及开发商绝对不能只追求经济利益而不顾建筑质量，不能为了使结构设计优化实现经济最大化而削弱技术性能、缩减建材的质量。需要明确房屋结构的设计优化的最终目的是在保障建筑的功能和质量基础上增加企业收益，因此相关的建筑设计人员就要不断提高自身的专业水平，运用新的技术，设计合理的方案，优化建筑结构设计，建设安全经济的房屋。

第15篇

（辽宁水利职业学院，沈阳 110122）

摘要： 本文就财务流程的优化设计进行探讨，提出了供应链环境下财务流程优化设计的思路，并给出了基于精益思想和六西格玛技术的流程优化设计方法。

关键词 ： 供应链；财务流程；精益六西格玛

中图分类号：F270 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）03-0021-02

作者简介：刘莹（1987-），女，辽宁沈阳人，实验室主任，助教，研究方向为财务管理。

0 引言

随着市场环境的变化，企业的个性化需求越来越大，企业间的竞争已经转变成由多个企业形成的供应链之间的竞争。供应链管理思想的提出把企业战略管理又向前推进了一步，其对企业管理的理念进行了重新的定位和审视，把整个供应链系统中的企业看作是一个整体，强调了企业间的长期战略性合作，更加注重供应链的整体战略，是企业战略管理思想的一次飞跃。供应链环节下的财务流程是是供应链整体的重要组成部分，一直都是管理研究的中心。而针对供应链管理的财务流程优化是对供应链核心资金流重新梳理，能够以另一个角度提升绩效，降低工作成本。

1 供应链管理下财务流程的描述

在理论中，供应链环境下财务流程设计以企业的可持续为基础，注重事中实时控制。此种管理模式不仅有助于拓展财务业务的外延范围，还有助于丰富原有的财务管理体系的相关理论。在实践上，供应链财务管理模式，能够在一定程度上增强企业供应链管理措施的实施效果，能够提升企业财务管理部门的工作能力与水平，从而有益于企业形成与成功实施战略决策。从供应链管理的角度来看，供应链管理包括前期采购、中期制造和后期销售这三大部分组成。优化设计供应链管理时，应兼顾重组企业的业务流程、内外部产品、信息订单和对应的资金流，最后降低库存、运输等浪费环节，以此提高效率和降低成本。

2 供应链管理下财务流程优化设计的思路

财务管理是供应链管理中的重要环节。企业应该基于市场规律，结合经营规划，在供应链管理下构建科学的财务流程，并从以顾客为中心、流程化管理和风险控制三方面角度出发，对财务流程进行优化设计。

2.1 以顾客为中心 在客户需求的驱动下，供应链获得长远发展。客户满意度是对供应链当中所有运作环节的最合理的评价。第一，财务流程的设计要以创造客户价值为前提，基于财务流程优化设计的视角，为整个供应链的价值实现创造有利条件。与传统的财务流程相比，在供应链环境下财务流程要以完善的顾客服务体系为基础要素，更多地关注顾客关系维护和顾客服务质量提升。第二，财务流程的设计要完全面向顾客，通过不断提高顾客满意度来保持企业财务活动的质量。使供应链中的企业整体资金流能够很好地为顾客服务，帮助其提升业务绩效，降低成本，提升价值增值。第三，供应链环境下的财务流程应该能介入并控制客户关系的生命周期，以确保通过关系的维护实现经营目标。

2.2 流程整体化管理 将供应链上所有的企业财务流程进行整体化管理，而不在是传统的每个企业单独进行割裂式、片段式的管理。

首先，利用精益思想，对财务流程进行价值分析。一是掌握整条供应链的业务内容、运作情况。二是基于经济性、柔性、运行绩效及实现难度等指标分析评价各项业务的运作流程，从中遴选出最佳方案。三是针对所选财务流程所包含的细部环节进行整体性分析。其次，对业务流程实行精益化价值分析时，借助六西格玛方法技术综合分析财务流中每一个小环节，供应链环境下财务流程进行双目标优化。第一，最大化满足顾客；第二，满足供应链的运营需求。前一种能力以提升客户满意度，扩大增值空间为主要目的，后一种能力的主要目的是通过打造流程核心竞争力提高产品服务质量，以此来拓展更多客户群。

2.3 注重事中质量风险控制 当前，对财务流程的设计多强调评价及反馈。这种事后控制方式无法防止由于市场及顾客需求的改变或战略失误导致的危机。因此，在供应链环境下，财务流程的优化设计要突出事中的财务服务质量及风险控制，制定财务流程控制方案，以保障财务流程的高效运转。在实施中，加强对全过程中各种不利因素的有效控制。采用链条式思路综合管理服务质量相关的管理措施及控制技术，调整业务流程，基于客户要求提高时效，降低价格，对商业模式进行优化，构建高效的测试评价体系。

3 供应链管理下财务流程优化设计的方法

构建供应链管理下的新型财务流程能够有效地将供应链的各个企业的财务运转融合在一起，使其更加高效。为了使整个供应链的财务流程能够很好地为顾客服务，需要建立面向顾客的财务流程机制，并且能够让顾客参与流程的运作及优化设计过程，促进顾客及全流程的价值增值。企业可以在六西格玛管理技术中融入精益化管理思想，以顾客满意为己任，不断创新财务流程优化设计理念。精益强调暴露问题，通过对价值流的考察，发现非增值活动及资源浪费；六西格玛则是借助管理技术或管理方法，基于数据分析锁定问题根源，采取科学的办法加以改进。基于上述优化设计理念，构建精益六西格玛流程设计方法—DFSS-SM（Design For Six Sigma-Service Manufacturing）。该方法涵盖了定义、测量、分析、设计、验证五大阶段。

3.1 定义阶段 明确现有资源及财务流程的内容和范围。基于精益六西格玛工具定义价值增值方向及须改进项：①定义顾客需求，锁定变异项或浪费情况，寻找改进机会；②分析整个供应链的运转情况及现有资源；③明确财务流程中的各个环节，定义每个环节的业务范畴、关键输出及所用资源。

3.2 测量阶段 第一，分析和识别与供应链环境下财务流程有关的顾客，并明确其需求和需求内容的多项关键质量特性。其中，包括外部顾客和内部顾客。第二，进行数据采集，对影响财务流程各个环节相对于顾客增值大小的相关指标进行对比分析。

3.3 分析阶段 明确财务流程所包含的细部环节，深度查找问题，保证各环节无缝链接。控制变异项，维护整个供应链的稳定性是财务流程运作阶段必须重视的问题。此外，从顾客价值增值的角度上去分析流程浪费的原因，提升增值空间。

3.4 设计阶段 基于整条供应链的运作情况进行财务流程的优化设计，充分体现以顾客需求和供应链运营需求为双层目标的设计要求，并满足之。在此基础上，进行详细的环节功能设计，并进行简单测试。

3.5 验证阶段 对财务流程进行测试，检验是否能够在供应链环境下满足顾客需求与企业运营需求，并进行试运行。

4 总结

供应链环境下对财务流程的运转提出了新的要求，在流程的优化设计中，要更多地考虑供应链所处的整体环境、顾客需求等因素。本文在描述供应链环境下财务流程基础上，提出了财务流程优化设计的思路，并给出了精益思想和六西格玛技术相融合的方法，这不仅为供应链财务管理提供了新的方法，而且进一步丰富了业务流程管理的理论。

参考文献：

[1]郭占海.供应链管理下的企业财务战略管理[J].财会研究，2014（7）.