基于模型的优化设计范文

前言：我们精心挑选了数篇优质基于模型的优化设计文章，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

关键词：给水管网；管网优化；数学模型

中图分类号：TV212.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3198（2007）09-0249-01

1 引言

自从60年代Carmelita以及Shake等人提出利用系统分析的方法，尤其是优化算法进行给水管网设计的课题以来，前人在如何建立管网优化模型方面已经做了大量的研究和探索工作。

给水管网的优化设计，应考虑到4个方面：即保证供水所需的水量和水压、水质安全、可靠性和经济性。管网技术经济计算就是以经济性为目标函数而将其余的作为约束条件，据此建立目标函数和约束条件的表达式以求出最优管径或水头损失。由于水质安全性不容易定量的进行评价，正常时和损坏时用水量会发生变化，二级泵房的运行和流量分配等有不同方案，所有这些因素都难以用数学式表达。因此，管网技术经济计算主要是在考虑各种设计目标的前提下求出一定设计年限内管网建造费用和管理费用之和为最小时的管段直径或水头损失，也就是求出经济管径或经济水头损失。

2 数学优化模型

2.1 压力流单水源环状网的优化设计数学模型

起点水压未给的管网需要供水动力费用，而动力费用随泵站的流量和扬程而定，扬程则决定于控制点要求的最小服务水头，以及输水管和管网的水头损失等。水头损失又和管段长度、管径、流量有关。所以，管径由管网的建造费用和管理费用之和为最低的条件确定，这时目标函数为:

该数学模型是以经济性为目标函数，将其余条件作为约束条件(水力约束和可靠性约束)。由于水质的可靠性指标难以量化，故未考虑水质的约束条件，同样由于可靠性指标的度量问题，水压的约束也仅仅是要求水源泵站扬程必须满足控制点的水压要求，只要控制点的压力在最高用水时可以达到最小服务水头，整个管网就不会存在低压区。此外，也要考虑管径的范围约束，以保证管网的水量和水压。

2.2 多水源环状网的优化设计数学模型

多水源管网供水安全，可以节省造价和电能。其优化设计计算原理与单水源时相同，目标函数为:

该数学模型与上述系统不同的是，每一水源的供水量，随着供水区用水量、水源的水压以及管网中的水头损失而变化，从而存在各水源之间的流量分配问题，即要考虑到水源的水量约束条件。

2.3 设加压泵站环状网的优化设计数学模型

为满足管网中局部地区的水压应在管网中设置加压泵站。当加压泵站位置靠近水源泵站时，水源水泵降压快，而加压泵加压流量大；加压泵站远离水源泵站时，水源水泵降压慢，而加压泵加压流量小。这样，目标函数在进行优化设计计算时应考虑水源泵站和加压泵站两项动力费用。因此建立如下数学模型:

该数学模型与上述系统不同的是：在满足管网水力约束和可靠性约束的同时要满足加压扬程约束。加压泵站流量属于待求的未知数，可近似取为所属管段的管段流量。

对上述系统采用优化的方法进行实现，最终求得系统最优时的管径、管段流量、流速、水力坡度、水泵扬程、各节点的水压等。

3 结束语

给水管网是给水工程中投资最大的子系统，一般要占到工程总造价的50%-80%。在工程总投资有限的前提下，在保证整个供水系统中水量、水压、水质安全以及供水可靠性的基础上，以整个系统的总造价或年费用为目标函数进行管网优化设计，寻求目标函数最小的设计方案,对加强安全可靠性、降低工程成本、提高经济效益和社会效益有着重要的现实意义。

参考文献

［1］王训俭，张宏伟，赵新华.城市配水系统宏观模型的研究［J］.中国给水排水，1988,4，(2).

［2］俞国平.城市配水管网的优化设计［J］.中国给水排水,1987,(5):48-53.

第2篇

关键词：发动机悬置系统；能量解耦；Pareto遗传算法；稳健优化设计；Monte Carlo法

中图分类号：U464.12 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2012）04-0016-04

Robust Optimal Design of Engine Mounting System Based on Tolerance Model

WANG Xin-kan1，2

（1.Institute of Noise and Vibration Research，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China；2. Anhui Key Laboratory of Automobile NVH and Reliability，Hefei 230009，China）

Abstract：Considering the influence of the uncertainty of design variable on the results，the robust optimization design theory is used to build robust model. Pareto Genetic Algorithms is adopted to optimize the stiffness of mounting of engineer mounting system which takes the decoupling of energy distribution as a target，and the Monte Carlo method is used to analyze the optimized results. The results show that the method can improve the robustness of mounting system.

Key words：engine mounting system；energy decoupling；Pareto genetic algorithms；robust optimal design；Monte Carlo method

人们对汽车乘坐的舒适度要求越来越高，发动机是汽车主要的振源，其振动经悬置系统传递给车架或车身，因而发动机悬置系统的参数设计对汽车整车减振来说非常重要。对于发动机悬置系统的优化设计，可以从不同角度提出目标函数和约束条件，并建立不同的数学模型。常见的目标函数主要有：发动机悬置系统六自由度完全解耦或是部分解耦，移频使系统固有频率处在合理的区间，系统的支反力（矩）最小或是传递率最小。考虑到研究的车型上的悬置位置和安装角度已经确定，因而以悬置的刚度为设计变量，主要从移频且使悬置系统部分解耦来进行多目标参数优化设计。悬置厂商提供的悬置垫，悬置刚度参数一般都有很大的可变性，主要来源于悬置材料的变化和悬置几何形状的变化。另外在悬置与支架等的装配过程中，往往会产生预应力以及悬置形状的扭曲，也将造成悬置刚度值的变化［1］。传统的确定性解耦优化方法往往忽略了悬置刚度值的可变性，忽略了刚度偏差对悬置系统解耦的影响，使实际的工况下解耦效果很不理想。基于对悬置参数不确定因素影响的考虑，应该选择一种方法一方面寻求目标函数的最优值，另一方面应该考虑设计变量的误差等不确定因素，这就需要我们在优化设计中结合稳健设计的思想，即稳健优化设计。本文将稳健优化设计应用于发动机悬置系统的解耦优化中，充分考虑了各种干扰和设计变量的变差情况，不仅保证设计结果的合理性，同时也保证设计结果对悬置参数的不敏感性。同时利用Monte Carlo方法对结果进行分析验证，对悬置刚度对系统性能的影响程度进行研究。

1 稳健优化设计模型

传统确定性优化模型为：

min f（x）s.t. gi（x）≤0 i=1，2，L，m xL≤x≤xu（1）

式中：x，xL，xu分别为设计变量及其上下界； f（x）为目标函数；gi（x）（j=1，2，L，m）为m个约束函数。

稳健优化设计中，不仅考虑目标函数均值?滋f变化，而且要考虑目标函数的标准差?滓f的变化。均值?滋f和标准差?滓f的计算，可以通过泰勒级数展开来近似。考虑变量相互独立，则目标函数的均值和标准差分别为：

?滋f =f（?滋x）+■■■?滋xi?滓2xi?滓f =■ （2）

对于约束函数，由于变量变化因而引起约束的变化，于是原问题的约束变为：

?滋g i（x）+n?滓g i（x）≤0 （3）

同时为了表示设计变量偏离的可行性，相应的设计变量的边界变为：

xL-n?滓x≤x≤xu+n?滓x （4）

（2）、（3）式中n为任意常数，当n=3，x随机变差时，其设计的可行率可达到，能满足实际要求。

综上，稳健优化模型为［3］：

min ?滋f ?滓ff（x）s.t. ?滋g i（x）+n?滓g i（x）≤0 i=1，2，L，m xL-n?滓x≤x≤xu+n?滓x（5）

2 发动机悬置系统优化模型

第3篇

【关键词】旅游线路；优化设计；数学模型

一、引言

旅游线路是指在一定的区域内，为使游人能够以最短的时间获得最大观赏效果，由交通线把若干旅游点或旅游区域合理地贯穿起来并具有一定特色的路线。假设江苏徐州有一位旅游爱好者从2011年五月一日上午八点出发，预选了表1中所示的十个景点。在以下的几种需求下分别建立相应的数学模型，优化设计出最佳的旅游线路。

表1预选的十个省市旅游景点

旅行中的必要假设：车票或机票可预订到；旅行期间天气良好，交通顺畅；晚上20：00至次日早晨7：00之间，如果在某地停留超过6小时必须住宿，住宿费用不超过200元/天，吃饭等其它费用60元/天；景点的开放时间为8:00至18:00。符号说明：m：总的旅游费用；T：总的旅游时间；cij：第i个城市到第j个城市所需的交通费用；dij：第i个城市到第j个城市所需的交通时间；Zi：第i个景点的住宿费用；T12：交通花费总时间；ti：在第i个景点的停留时间；yi：第i个景点的住宿时间；n：游览景点的数目；rij值为1表示从第i个景点直接到第j个景点，为0表示其他情况；Si值为1表示在第i个景点住宿，为0表示其他情况。

二、不同旅游需求下的数学模型

1．需求一：时间不限，花费费用最少。总的旅游费用由交通费用、门票费用、住宿费用和吃饭及其他费用4部分组成，而门票费用、吃饭及其他费用已经确定，只需在游客游览完十个景点的条件下使交通费用和住宿费用最少即可。通过在网上查询可得到：十个景点门票总费用为1225元，市内交通总费用为224元。

由于该问题是典型的TSP（旅行商问题）问题。我们以旅游费用最少为目标建立一个单目标优化模型，引入两个0-1变量分别表示是否游览某个景点和是否在某景点住宿，从而得出旅游费用的目标函数表达式，并给出相应的约束条件。目标函数：

根据此模型，使用LINGO编程进行求解得到的旅游线路如下：徐州->黄鹤楼－>庐山（住宿）－>黄山－>普陀山－>恐龙园（住宿）－>崂山－>八达岭长城－>乔家大院－>西安市秦始皇兵马俑－>洛阳市龙门石窟－>徐州。通过制定详细的旅游行程表表明此路线可行，确定总费用在2880元左右，在可接受范围之内，表明此模型可用。

2．需求二：费用不限，花费时间最少。需求二不限制旅游费用，而要求在最短时间内游遍十个景点。旅游时间由交通花费时间、景点停留时间、住宿时间3部分组成。考虑飞机时刻安排以及在景点停留最短时间要求，我们尽量使景点停留时间和住宿时间最少。从网上收集各城市交通情况，并根据常规车速估计，各城市机场或车站与景点间的市内交通总时间为：T2=25小时。在需求一基础上，改变目标为时间最少，调整约束条件，建立如下模型。目标函数：

使用LINGO编程求解，得到最短时间为9天。推荐最佳旅游路线为：徐州－>乔家大院－>崂山（住宿）－>普陀山（住宿）－>八达岭长城（住宿）－>龙门石窟（住宿）－>秦始皇兵马俑（住宿）－>黄山（住宿）－>庐山（住宿）－>黄鹤楼（住宿）－>恐龙园（住宿）－>徐州。通过制定详细的旅游行程表表明此路线可行，且时间安排合理。

3．需求三：限定费用，尽可能多游览景点。需求三限定旅游费用，时间不限，设计在此条件下能游览最多景点的最佳路线。使用单目标优化模型，以景点数最多为目标，在需求一基础上加上总费用小于2000元的约束条件，建立模型如下。目标函数：Max n，约束条件：在需求一约束上加上总费用约束，m≤2000元。然后编程求解，得到最多景点数为7，时间为8天。推荐最佳旅游路线为：徐州->恐龙园->庐山->黄鹤楼->八达岭长城->乔家大院->秦始皇兵马俑->龙门石窟->徐州。旅游花费费用为1217元左右，但程序在求解时未考虑每天吃饭费用60元这个定值，所以总的旅游费用为1217+60×8=1697元。通过制定详细旅游行程表表明此路线可行且合理，总的旅游花费满足要求。

4．需求四：限定时间，尽可能多游览景点。需求四限定时间，旅游费用不限，我们建立以游览景点数为目标的单目标规划模型，并在需求二基础上加上总时间不大于5天的约束条件，建立模型如下。目标函数：

编程求解，得到5天时间内最多游览6个景点。推荐最佳旅游路线为：徐州－>八达岭长城－>龙门石窟（住宿）－>秦始皇兵马俑－>乔家大院（住宿）－>黄鹤楼（住宿）－>恐龙园（住宿）－>徐州。同样制定了详细的旅游行程表，表明此路线可行，且在5天内游览景点数最多。

5．需求五：限定时间和费用，尽可能多游览景点。把旅游费用作为新的约束加入约束条件，模型如下。目标函数：Max n，约束条件：

利用模拟退火算法思想设计算法，并编程求得结果：5天时间内游览5个景点，共花费1910元左右。推荐最佳旅游路线为：徐州－>八达岭长城－>乔家大院－>秦始皇兵马俑－>黄鹤楼（住宿）－>恐龙园－>徐州。同样可以利用此线路设计结果制定详细且安排合理的旅游行程表。

参考文献

[1]马勇．区域旅游线路设计初探[J]．旅游学刊．1990，V5（3）

[2]姜启源．数学模型（第三版）．高等教育出版社，2003

[3]谢金星，薛毅．《优化建模与LINDO/LINGO软件》．清华大学出版社，2005

第4篇

关键词:道路设计;交通量分配;地理信息系统;遗传算法;道路选线

1研究背景

选线是道路设计中最根本的问题,因为它不但影响道路本身的经济效益和社会效益,而且也影响到路线在道路网中的作用[1]。目前国内外研究中, 王卫红[2]的基于MapGIS的公路选线; Jong等[3]的同时优化三维空间线形的进化模型; Manoj等[4]的一个基于标准的选线决策支持系统; Manoj等[5]的基于遗传算法的线形优化模型,都没有考虑新建道路对区域内路网服务水平的影响。Manoj等[5]提到了路网优化的概 念,但却将具体研究确定为未来的研究内容。我们以前的研究[6]在应用遗传算法枚举线路空间位置,以及新增线路后拓扑网络关系, OD交通量被服务的质量改善和交通环境负荷减轻等方面取得了突破。但是,并没有应用道路设计理论,沿自动生成的道路空间位置进行道路设计。

因此我们以尚未被充分研究的问题为对象,开发同时优化新建道路的空间位置与详细设计的模型。在优化目标函数中考虑新建道路本身的相关费用及其对路网的影响所导致的费用变化。力争应用道路设计的理论与方法设计道路的详细线形,开发平面和纵断面自动设计系统,并计算道路的建设费、土方工程费。利用交通量分配模型计算新建道路带来的道路网服务水平的变化,从而计算OD交通的走行时间费用,并利用环境排放模型计算道路网上交通的环境负荷及其金钱价值。在本研究中,上述所有过程将以同一个GIS数据库为平台, GA算法被用来枚举道路空间位置的候选方案,以及求解该非线性优化模型。

2研究方法

研究的总体框架如图1所示,各阶段的具体内容和创新点将在相关章节予以叙述。

2•1道路的空间位置及遗传算法的应用

2•1•1初始空间位置的生成

在确定新建道路的空间位置时,通常有两个或数个控制点是事先指定的,确定道路的空间位置就是给出控制点间新建道路通过的各个地点。因此新建道路的空间位置应该以控制点连线周边的地形数据为基础设定,当使用DEM数据作为地形数据时,线路的空间位置可以被认为是线路的中心线所占用的DEM网格单元的集合,初始空间位置生成就是确定这个集合的过程。

为了提高遗传算法候选方案的有效性,可以先确定选线走廊。如图2所示,为了使初始空间位置有足够的选择余地,沿控制点的连线隔一定距离设定一个横断面,位于该断面上的网格单元就是道路在这个横断面上可能通过的位置。假设控制点间的直线被分成n+1段,就会有n组网格单元,对每组单元进行连续排列可以得到各组网格单元的最小和最大编号。初始空间位置可以表示为一个数字串,其中每个数字都对应一组网格单元中的一个编号。随即生成的道路空间位置的初始方案可用式(1)计算[6],也就是说在每一组网格单元中随机选取一个网格(图2中五角星标示的网格),将网格的中心点作为道路的控制点,连接所有的控制点生成道路的初始线形i。

2•1•2遗传算法的设计和适应度函数的选取

如图1所示遗传算法被用来判断各个候选方案的优劣并繁衍出新的候选方案,它对代表上一代道路空间位置的数字串进行交叉、变异、选择操作,从而得出一组新的空间位置方案,通过循环计算寻找道路空间的最优位置。这里根据遗传算法的规则将初始空间位置表示成初期染色体,各单元编号就是染色体的基因,然后进行基因交叉、变异和选择染色体,具体算法步骤如下。

第1步∶将道路空间位置的初始方案作为初始染色体,染色体的数量由Psize来控制,并用十进制编码法对初始染色体编码。

第2步∶判断已有的方案是否最优,如果是停止计算,否则进行下一步计算。

第3步∶在两个父代染色体间交换基因。这里采用式(2)所示的算术交叉法。

其中,为父代染色体， 为子代染色体;αi为(0,1)间的一个随机数;i=1,2,…,k(k是进行交叉的染色体的对数)。

第4步∶实施变异操作。如果c=(c1,c2,…,cn)是一个染色体 是一个被选择用于变异的基因,那么ck的变异结果如式(3)所示。

这里,Δ(t,y)的形式如式(4)所示,它返回[0,y]间的一个值,该值随进化代数增加向0逼近。

式中,r是[0,1]间的随机数;t是当前进化代数;λ(λ=25)是由计算者根据经验指定。

第5步∶从上一代染色体中选取子代染色体。考虑到道路的特征,可以事先排除一部分交叉变异后的染色体,其标准是:新建道路上的最小平面转角应该大于某个值;新建道路不应该和既有的某个路段相交多次。然后对余下的空间位置方案进行道路设计和交通量分配,并选择适应度高的Psize个方案返第2步操作。

2•2基于DEM数字地形进行详细线形设计

由于优化的目标函数包含道路建设费用,因此必须尽可能详细地设计出道路的纵断面和水平断面形态。尽管在本阶段达到施工要求的设计是不可能的,但是与之尽可能地相似的设计还是必要的和可以做到的。由于在整个优化过程中,要用遗传算法为一条新建道路繁衍出数十万个空间位置方案,因此手工设计的方法是无法满足计算流程的要求的。另外,遗传算法的计算因子很多都是随机变化的,因此还要保证上百代的遗传算法得以连续不断地进行。因此,在求解优化模型的计算过程中实现道路设计的自动化以及无缝不间断输入、输出是必不可少的。接下来介绍道路平、纵曲线的设计方法及在GIS中的自动化实现。

2•2•1平曲线在GIS中的实现

遗传算法中每次在GIS数据库中生成的道路线形都是折线对象,考虑道路设计的要求,道路平面线形设计应符合直线、缓和曲线与圆曲线的连接原则,但这样会导致问题的复杂,加大计算的难度和负担。因此这里不考虑缓和曲线的设计,用圆曲线平滑新建道路的每个折点,设计直线与圆曲线直接相连的线形。

圆曲线的加入使得圆曲线半径的确定成为关键问题。新建道路线形中,每个控制点都有两条线段与之相邻,这里取水平长度较短的线段长的1/2作为该圆曲线切线长,利用切线与半径的数学关系,确定圆曲线半径。如图3所示,以控制点C2为例,C1C2长度小于C2C3,T点为线段C1C2的中点,确定圆曲线半径R=TC2tan (α)。同理在C3,C4,C5等控制点处可以确定另外一条圆曲线。这种方法并不能保证所有的圆曲线半径满足最小圆曲线半径的要求,因此要利用惩罚费用对不满足该要求的方案进行处理,以便在进入到下一次循环之前淘汰它们。

2•2•2竖曲线在GIS中的实现

在道路设计中通常要满足平包竖的原则,用二次抛物线平滑新建道路纵断面上的各个折点。根据道路的竖曲线设计原理,在纵断面上针对于每个控制点,取与之相邻的水平长度较短的线段的1/3作为二次抛物线的切线长,由于在平曲线设计时以长度的1/2作为圆曲线的切线长,这样可以很好地满足平包竖的原则。但是这样也不能保证所有的纵坡都满足设计规范的要求,因此还要对包含不满足纵坡要求的线形附加惩罚费用。

如图4所示,CP1、CP2、CP3为3个控制点,控制点间的两纵坡坡度分别为i1和i2,ω=i2-i1,若ω>0,则曲线为凹形;反之为凸形,本图中为凸形。这里采用二次抛物线作为竖曲线的基本方程式

竖曲线外距

如图4,在水平方向上每隔50m标示一个桩位,通过上面的公式,计算该桩号上的高程值,用于下面介绍的土方工程量的计算。

2•3评价新建道路对路网服务水平的影响

在遗传算法的各代中都有许多道路方案,而每个方案都对应一个不同的路网。要想研究路网的服务水平,首先要实现路网在GIS中自动重新拓扑题,这里采用文献[6]中描述的自动拓扑路网的方法。

新建道路对路网服务水平的影响,表现为节约的OD总走行时间的价值,汽车尾气排放所引起的金钱损失两个方面。在对每个方案实施自动路网拓扑后,可以用Frame-Wolf法[7]进行OD交通量的分配,从而获得同一个OD交通量在各个路网中路段上的交通流量、走行时间以及行车速度,最后计算出整个OD交通量在各路网上的总走行时间的金钱价值、各种尾气排放量以及相应的金钱损失额度。

2•4计算新建道路涉及的费用

新建道路涉及的费用是评价各选线方案的关键原则,本研究将它作为遗传算法的适应度函数的主要部分。如图1所示,本研究将新建道路的社会总费用成本以及惩罚函数作为遗传算法中的适应度值。这里从道路设计和交通规划的角度分别计算费用,最后综合两方面计算总费用成本。下面详细叙述费用的计算过程。

这里,为一条新建道路的总费用成本 为与设计相关的费用总和 为与道路交通相关的费用总和。

2•4•1与道路设计相关费用

这里， 为基本建设费用,是单位长度的基本建设费用与道路长度的乘积 为土方工程费;为桥梁隧道费用;为惩罚费用。

在计算 时首先利用GIS的空间分析功能,叠加新建道路数据层和选线区域的河流数据层得出道路跨越的河流长度,最后利用跨越长度和桥梁单位长度造价的乘积得到。

在计算 时要同时考虑横断面、纵断面的线形,计算新建道路的土方工程费。土方工程量计算分填土、挖土和平衡运土3部分。由于研究采用DEM的网格作为地表高程状况,所以分割相邻两个格网间的路段,并假设各个区间的坡度是均匀的。这样就可以获得线形实际地面高程,同时利用纵断面和横断面设计线形取得计算高程,按Manoj[5]的方法得到土方工程费计算方法如公式(10)所示。

由于利用遗传算法自动生成控制点,设计新建道路的平曲线线形和竖曲线线形,所以很难完全满足所有的平面圆曲线半径都大于最小半径值的要求,以及纵断面坡度都小于最大坡度的要求,为此,这里引入违反规范的惩罚费用,以实现道路方案的有效评价。

这里把 惩罚费用计算分为两部分,平曲线半径的惩罚费用和纵断面坡度的惩罚费用的计算,具体公式如下式。

其中,为纵断面坡度惩罚费用 为平曲线半径惩罚费用。

其中,为评价时自定义的系数;为道路纵断面第i个控制点的坡度;

为规范要求的最大坡度。

其中 为评价时自定义的系数;为道路平面第i个控制点处设置的圆曲线半径 为设计规范要求的最小圆曲线半径。

2•4•2与道路交通相关的费用

为环境负荷费用,如图1所示,对于每一种线形方案都进行新路网的重新拓扑与交通量平衡分配,通过分配的输出结果(路段交通量、走行时间、平均车速等)可以计算环境负荷费用和走行时间费用。

在计算环境负荷费用时主要考虑了汽车排放的尾气(CO,HC,NO2)造成的污染费用,其计算公式如下。

其中,为单位污染气体的金钱损失指标,有很多种估计值,本研究采用Nakamura等[8]提出的指标值

n为新建路网中的路段总数 为路段i的长度 为第i个路段上的平均行驶速度;qi为第i个路段上的交通流量。

表1给出了各种普通车辆在各种走行速度下的CO, HC, NO2的排放因子。

为路网走行时间费用,其中,n为路网中的路段总数 为第i号路段的走行时间;为时间价值。

为占用绿地费用,占用拆迁费用。 的计算是在GIS中完成的,首先以新建道路的中心线,以新建道路宽度制作缓冲区,生成道路空间面对象,然后分别与表示建筑物、绿地、湿地的数据层叠加,得到相应的建筑物编号,绿地、湿地面积,最后乘以建筑物的和绿地、湿地的单位面积造价得到占用拆迁费用,占用绿地费用及湿地破坏费。

2•5数字试验

这里用一个有35个交通小区的地区对上述方法进行了数字试验,试验地区的道路网由433个路段条, 287个节点构成。实验时GAs中的参数为pc=0•6,pm=0•001,Psize=50,Tmax=60,λ=3,并假定新建道路的设计车速100km/h,路面宽10m,最小圆曲线半径1 000m,纵断面最大坡度4%,挖土费用40元/m3,填土费用12元/m3, 1km工程造价1 000万元,时间价值0•6元/min,道路寿命30年。在GAs算法进行70代后获得比较令人满意的结果。

3总结

第5篇

【关键词】钢丝拉拔；硬质合金拉丝模；孔形改进

一、拉丝模的概念及分类

所谓拉丝模，通常是指拉制各种金属线及光纤的模具。拉丝模的中心有一个一定形状（圆、方、八角或其它特殊形状）的孔，利用装在拉丝机上的拉丝模，迫使金属线在外力作用下，以一定的速度通过拉丝模，产生塑性变形，从而得到和拉丝模的孔径和形状一致的线材成品。

拉丝模按材质分，一般有以下几种：1）硬质合金拉丝模。2）钢模。3）聚晶模。4）天然钻石拉丝模。5）陶瓷材料拉丝模。

硬质合金拉丝模由于其较好的综合特性：高耐磨、高抛光性、粘附性小、摩擦系数小、能量消耗小、抗腐蚀性能高，具广泛的加工适应性。得以最广的应用。现今，实际应用最多的拉丝模也就是硬质合金拉丝模。本文讨论的也就是硬质合金拉丝模。

二、硬质合金拉丝模

我国的拉丝模设计理论原来一直是沿袭前苏联的“圆弧过渡”理论，其拉丝模为“弧线型”。从十九世纪八十年代起美国人开始提出新的“直线型”设计观点，大大推动了拉丝业的发展，直线型拉丝模的优势渐渐被人们重视，我国也从九十年代起开始向直线型拉丝模方向发展。

1.弧线型拉丝模与直线型拉丝模的对比

弧线型拉丝模： 按工作区分为5个部份：入口区、区、工作区、定径区、出口区/有区/工作区的角度和高度都难以控制，角度偏大或偏小都会引起模孔的快速磨损；在模子入口处的模角较大，模壁上的正压应力增大，因而比直线型拉丝模更易于形成较深的环型沟槽，影响模具寿命。

直线型拉丝模： 按工作区分为4个部份：入口区、工作区、定径区、出口区/取消区/加长了工作区，入口区和工作区的高度延长了，使线材进入工作区的中间段，利用入口区和工作区上半部分形成的楔角，建立“楔形效应”，在线材表面形成更致密牢固的膜，提高效果。但是工作区和定径区之间无过渡圆弧。拉丝过程中线材与接丝模形成面磨损，试验证明，直形型比圆弧型拉丝模的寿命高3-4倍。

综合而论：通过预制孔技术加工的直线型拉丝模各区域参数的稳定性高于弧线型，能实现和满足高速拉拔生产的需要。

2.直线型拉丝模存在的问题

直线型拉丝模虽然比以前的弧线型拉丝模增加了很多优势，但在实际过程中，还是存在一些不足之处：拔丝粉易带入模具中；模具孔径慢慢磨损后，带来的孔径超差；磨具孔壁出现附积现象；模具孔壁出现划伤；工作区出现环状磨损……等等。因此，有必要对当前的直线型拉丝模进行再次改进提高。

三、直线型拉丝模的改进和优化设计

b） 金属晶格的变形流动规律和晶格变化情况的传统网格法分析。金属在变形区内受到各分布应力的作用，在变形区的受力情况下，一般产生图示情况，横向晶格变动，纵向晶格变动，并带有金属流动规律。因此，在变形区内创造均匀的金属流动和晶格变形条件非常重要，有助于改善拉拔过程，减少残余应力，降低模具消耗等。

c）变形区内的内应力分布特点。从受力分析与网格分析来看，一般把拉拔变形区分为入口端不接触变形区、塑性变形区、定径区。试样在没有进入模孔之前就开始了变形，形成球面弧形入口端非接触变形。此变形与材料的塑性与模具入口端的形腔有关。

那如何才能达到以上的要求呢？综合以上理论分析，加上平时的实际经验，本文提出如下二点改进：

1）对模具的各过渡转角处，尽可能进行圆弧形或平滑形的过渡

改进后的直线型剖面图与原先的直线型剖面图对比如下：

2）在模具的入口处前端，加上放射状的线槽，注意线槽不能太细太深，不然会引起卡丝和断丝现象。线槽和模具也尽可能是圆弧形或平滑形的过渡。这样对化解拉拔产生的应力起到一定的作用，也能提搞效果。

结论

经过对国内外工厂近二十年的生产加以研究、探索、总结，再根据一整套科学的理论分析和探讨，结合实践工作中的经验，本文提出的尝试性的观点，对直线型拉丝模加以改进，提出新的孔形改进设计，确实达到了提高成品质量，降底断丝率、减小模具损耗的目的。

参考文献

[1]肖东平，王一心.《拉丝模的加工方式》.冶金工业出版社，2001

第6篇

关键词：隔膜泵；液力端；活塞杆；应力分析；优化

中图分类号：TH323 文献标识码：A

近年来工业中将固体物料制成高浓度浆体进行多相流管道输送逐渐成为了迅速发展起来的新型运输方式，它已被广泛地应用于各个部门，如化学工业中物料的水力输送、水利工程的港口疏浚和河道治理、火力发电厂的废渣输送、采矿工程的水力开采和水砂充填、选矿厂精矿和尾矿的输送等。隔膜泵作为固-液两相介质输送的核心设备，在煤化工和氧化铝等领域日益得到广泛的应用。隔膜泵动力端主要由曲轴、连杆、十字头和介杆等关键件组成。其中，液力端的活塞杆通过卡箍与动力端的介杆连接，保证动力端动力稳定输出到液力端。活塞杆在传递动力过程中受到持续的大吨位载荷，有时会在其圆角处产生较大的应力集中，导致在正常的工作条件下，该处也极易达到屈服。为了设计既安全可靠又经济合理，需对活塞杆进行应力分析并进行优化设计。

本文采用三维建模程序SolidWorks和通用有限元分析程序ADINA，建立了活塞杆三维几何模型并进行应力分析和强度校核，同时对活塞杆进行了减重优化设计。

1活塞杆优化设计

三种活塞杆（轴对称结构形式）结构模型如图1所示。分别对三种活塞杆结构进行有限元分析和强度校核。

1.1第一种活塞杆结构应力分析

对第一种活塞杆结构进行应力分析，活塞杆网格划分采用四节点四面体单元，由于活塞杆圆角（R10）具有应力集中，对此处网格进行细划，活塞杆材料的弹性模量为206GPa，泊松比为0.3，材料屈服极限为550MPa。

边界条件：约束活塞杆与介杆的接触面，在活塞杆与活塞接触面施加沿轴线方向的压力，活塞杆几何模型和有限元模型分别如图2和图3所示。

活塞杆的应力云图如图4所示。

1.2第二种活塞杆结构应力分析

对第二种活塞杆结构进行应力分析，活塞杆的受力和边界约束条件与第一种结构保持一致，活塞杆圆角处进行网格细化，第二种活塞杆结构的几何模型和有限元模型如图5和图6所示。

活塞杆的应力云图如图7所示。

1.3第三种活塞杆结构应力分析

对第三种活塞杆结构进行应力分析，活塞杆的受力和边界约束条件与第一种、第二种结构保持一致，活塞杆圆角处进行网格细化，第三种活塞杆结构的几何模型和有限元模型如图8和图9所示。

活塞杆的应力云图如图10所示。

2活塞杆优化设计结果

将三种活塞杆结构计算应力结果汇总，包括了活塞杆最大节点应力、最大单元应力、最大应力位置及活塞杆的重量信息，见表1。

结语

（1）第一种结构是传统活塞杆结构形式，可以看出该种设计不仅重量最重，而且活塞杆圆角处应力集中也最严重，最大应力达到了233.435MPa，

（2）第二种结构是在第一种设计基础上的是改进设计，将卡箍处圆角半径增大，使应力降低到171.197MPa，说明增大圆角有利于缓解应力集中。

（3）第三种结构采用一种手电筒形式，应力分布较均匀，并且卡箍圆角最大应力得到有效降低119.571MPa，而且其重量最轻，是三种结构中最合理的设计。

参考文献

[1]郁永章.容积式压缩机技术手册[M].北京：机械工业出版社，2000.

第7篇

 

近年来，随着我国高等教育的不断发展，高校连续多年扩招，每年大学毕业生数量连创新高。同时，由于社会经济的高速发展和经济的变化性导致了高校所开设的专业与社会对人才的需求不完全匹配，给广大的大学毕业生造成了十分严峻的就业压力。因此，在目前国家宏观经济下行压力较大，大学毕业生就业形势不太理想的情况下，应当未雨绸缪，想企业之所想，急企业之所急，在充分了解社会对应用型人才需求的前提下，充分挖掘学校在人才培养方面的优势，通过改革行政管理专业人才培养目标，优化课程结构设置，以加强学生就业质量为导向，构建培养实践性、应用型的行政管理专业背景的理论基础与实践能力并重的人才培养模式。

 

一、高校行政管理专业毕业生就业环境变化

 

行政管理专业自20世纪80年代在我国高校中恢复专业设置以来，其发展势头如雨后春笋，并逐步确立了本科-硕士-博士的三级学位培养体系，在公共管理专业学位教育、公务员在职培训教育方面发挥了十分重要的作用，为党政机关、企事业单位培养了众多的高级行政管理人才。然而，近年来，随着我国社会主义市场经济体制的逐步确立，大学生自主择业机制的进一步完善，高校行政管理专业毕业生就业形势越来越严峻，尤其是自1999年高校扩招以来，行政管理专业毕业的大学生就业问题矛盾日益突出。从近年来高校行政管理专业毕业大学生就业流向来看，当前该专业大学毕业生的就业环境已经发生变化。具体来说主要表现在以下2个方面：

 

(一)行政管理专业毕业生入职对口公共部门难度加大

 

高校行政管理专业培养以培养公共行政管理人才为主要目标，毕业生对口就业单位一般为党政机关、国有企事业单位以及社会团体等公共部门。然而，随着开设行政管理专业的学校数量不断增多，我国公务员考录制度的不断完善，加上高等教育制度改革不断推进，高校扩招，行政管理专业毕业人数激增，入职对口公共部门难度越来越大。比如在2012年国家公务员考试招考的中央机关及其直属机构共130余单位，计划招考人数1.8万多人，而要求行政管理专业的仅有200余岗位，仅占1.1%，且这类岗位其他专业如社会学、人力资源管理等专业也可报考。

 

(二)企业发展对行政管理专业毕业生需求不断增加

 

近年来，随着我国经济社会的高速发展，中小微等私营企业发展受到国家高度重视，企业发展环境得益改善，促进了私营企业的发展壮大。企业的发展壮大需要以管理人才作为支撑，一方面，从企业管理的现实来看，任何组织，无论是政府、国有企事业单位，还是社会团体、私营企业，其内部组织机构中常见的如办公室、行政部、综合处等机构都会或多或少涉及大量的行政事务的处理。

 

(三)高校培养行政管理专业人才素质与社会对该专业人才要求匹配度不高

 

一方面是党政机关、国有企事业单位等传统用人单位对行政管理专业毕业生需求锐减，一方面是广大私营企业对该专业毕业生大量需求。而从企业反馈的行政管理专业人才素质上看，高校培养的行政管理专业人才还远远达不到企业的用人标准。从当前高校对行政管理专业设置的培养目标及安排的主要课程上看，高校依然不能意识到社会对事件型人才的渴求，而是依然把政治学、行政学、法学及管理学等理论教学放在首位，培养出来的是熟悉党政方面的方针、政策法规，能够从事的是党政机关行政管理的基本能力。

 

二、行政管理专业人才培养模式优化方向

 

(一)与时俱进，根据市场需求适时调整专业培养目标

 

当前，行政管理专业培养目标主要以为党政机关培养从事公共事务管理的专门人才。这样的目标设定，一方面是较为模糊的，管理人员需要的不仅是技术技能，而且应当具备较高实践操作管理能力。一方面该目标的设定仅限制为为党政机关培养，已经脱离了当前社会对行政管理人才需求的实际。因而，行政管理专业人才培养目标应当结合当前经济社会发展现状和市场对人才需求的反馈，进一步细化，并把企业作为该专业人才培养的主要对象，强化培养人才的科学思维，具备对企业和政府互动关系有充分的协调、处理能力的人才。

 

(二)调整课程设置，提升学生专业素质能力

 

对行政管理专业人才培养目标的设置，需要建立在该专业课程调整的基础上，可以把该专业理论学习的内容设置为两大块，包括政府行政管理模块和企业行政管理模块，教学上偏重于企业行政管理的相关知识，如增加《政府经济学》、《政府营销学》、《政府失灵与市场失灵》、《公共投资学》等与企业经营有着一定联系的课程;在企业行政管理课程中，则可以设置一些如《人力资源管理》、《组织行为学》、《办公自动化》、《公文写作》、《公共关系学》等课程，有机地将政府和企业的管理理论课程进行结合，从而加强学生在政府和企业管理的有效融汇贯通。

 

(三)加强校地合作，培养实践性应用型人才

 

高校教育的最终目的是为社会提供高素质的应用型人才，人才的培养不仅需要学校的努力，同时也需要社会的支持，特别是地方政府、企事业单位的大量支持。一方面，除了需要地方政府在办学经费、优惠政策、人才引进、就业安置及高校实习基地建设等方面给以支持外，还需要地方企业为学校人才培养提供相应的支持，如加强校企的沟通互动，企业提出人才培养的需求，学校根据企业的需要调整人才培养的方向，并利用企业实践优势，建立实习基地，以企业管理为标本，建立校企人才培养实习进出路径，培养实践性的应用型人才。

第8篇

论文摘要:本文是在调研基础上对肃南裕固族自治县新型农村养老保障制度的理论思考，认为肃南计划生育家庭优先的农枚村养老保障制度建设理念现代，设计科学，标准较高，人口和计划生育利益导向突出。在突破城乡界限，体现对计划生育家庭的优先优惠方面具有很高的“标本价值”，可资“新农保”试点地区借鉴。

一、农村社会养老保障制度建设的理论和实践

(一)主要理论研究成果

近年来，伴随育龄妇女生育率下降，人口老龄化社会带来的养老保障压力增大已经成为需要高度重视的基本国情之一。中国正处于经济社会快速发展的阶段，自“十六大”以来的一系列党和国家重要会议精神中，“关注民生”，“构建社会主义和谐社会”是非常重要的命题。在2009年正式试点新型农村养老保险制度之前，实践操作层面的农村社会保障制度建设就已形形，兼容并包。学界关于中国农村社会保障制度各个层面的研究也比较丰富，从多个层面展开。相对于农村的其他社会保障制度而言，养老保障制度的建设较为完善一些，但是地区间的差距也十分显著，保障水平很低，制度不稳定，共济性差(韩玉堂、管谊、刘志诚);也有人认为应“根据区域差异和农村劳动力分布状况，分层分类解决农村劳动力的养老问题”(曹信邦、裴育)。

在浩繁的研究成果中，认为农村社会养老保障应从计划生育家庭起步的不乏其人，并认为应探讨适宜的计划生育与养老保障结合的路径(何律琴);应以保障农民的利益为目标(车晓端、王嘉彦);也有研究认为应完善计划生育家庭养老模式(李新京、李忠、邓行舟);并就完善农村计划生育家庭经济供养体系进行对策建议(郑韩雪、胡继亮);有人认为应结合人口和计划生育工作进展情况，进行《国民经济和社会发展第十个五年计划纲要》中即已提到的“开展农村独生子女户和双女户社会保险试点’，工作(张夜湘、周美林)。更进一步的工作则有对江苏省傈阳市农村计划生育社会保障机制建设的探讨(张国平、蒋海清、宋君);对贵州省庆余县建立农村计划生育家庭养老保障制度的调查及对实施方案的测算(武家华、吴士勇)等。这些研究极大地拓展了农村养老保障制度建设研究的范畴，提出了鉴于我国经济社会尚不够发达，农村人口数量庞大的国情，在不可能“齐步走”地进行农村社会养老保障制度建设的条件下，相对更容易被社会各界接受的渐进的农村社会养老保障制度建设路线图。笔者也认为，农村计划生育家庭优先的社会养老保障制度建设有助于体现社会公平，彰显基本国策对经济社会各项事业的影响，进一步稳定我国来之不易的低生育水平。

(二)农村社会养老保障制度建设的实践探索

对城乡二元格局下农村在国家层面建设的社会养老保障制度空白的突破，在2009年9月完成，国务院的《关于开展新型农村社会养老保险试点的指导意见》(下称《意见》)，提出将在2020年实现新型农村社会养老保险制度(以下简称“新农保”)全覆盖。2009年底，全国27个省、自治区的320个县(市、区、旗)正式启动试点，覆盖农村居民约1. 3亿人，当年试点面达11.8%。2010年财政部将再投人25亿元，覆盖面将扩大到23% o《意见》的出台对占中国人口半数以上的农民构筑防范养老风险的“安全网”，对改善民生，建设社会主义和谐社会具有重要的历史和现实意义。

理论研究进展的同时，农村计划生育家庭优先的社会保障建设实践业已在各地普遍开展，各类以“奖励、优惠、免除、补偿”为内容的政策的出台都蕴含一定程度的社会保障内涵。而真正突破的则在于国家人口计生委推出的部分农村计划生育家庭奖励扶助制度试点，奖励扶助制度也因此成为国家人口和计划生育委员会利益导向机制建设“三项制度”的重要内容。奖励扶助制度自2004年开始实施，规定农村计划生育家庭中的独生子女领证户和两女节育户家庭，夫妇年龄达到60岁之后每人每年发放600元奖励金，2009年这一标准提高到了每人每年720元。这一制度的实施具有显著的计划生育家庭优先的社会养老保障制度色彩，通过微观制度建设改变了生育子女对家庭的经济影响，少生者得利，具有比较明显的对基本国策倡导的示范效应。在笔者的调查中，广大群众、党政领导干部和人口计生工作者均对奖励扶助制度给予很高评价，认为这是政府让利于模范执行计生政策家庭，减少计生家庭后顾之忧的制度创举，增加了计生“两户”的福利，并极大地降低了计划生育工作的难度。

在“新农保”开始实施之后，“新农保”与奖励扶助制度的双重享受无疑将使计划生育家庭获得相对较为明显的社会福利和民生改善，但是在“新农保”建设中对计划生育家庭利益的考量也成为在国家人口和计划生育利益导向机制建设中的重要制度安排和导向。在近年中央对农村和农民“多予少取放活”思想指导下推出的多项惠农政策中，“新农保”无疑是最具长远社会效益的社会“安全网”和“稳定器”，解决占人口半数以上的农牧民“老有所养”的问题，在中国具有极强的现实意义，在“新农保”建设中是否体现对基本国策的倡导和响应具有显著的导向作用。在计划生育家庭优先的农村社会养老保障制度建设实践中，甘肃省肃南裕固族自治县的实践具有很强的标本意义。

二、肃南农村养老保险制度的实践探索

肃南县隶属甘肃省张掖市，位于河西走廊中部、祁连山北麓一线，东西长650公里，南北宽120公里，总面积2. 4万平方公里。全县辖6乡2镇、9个国有林牧场、101个村和3个城镇社区。全县人口3. 58万人，其中农牧民占70%。

肃南县地广人稀，县域经济社会事业较为发达，是全国“百强”民族县之一，教育、卫生、城市规划、社区建设等工作都与经济发展同步规划，同步实施，切实注重经济社会各项事业协调发展。

2008年1月16日《肃南裕固族自治县农牧村养老保险办法(试行)》开始实施，2008年底全县应参保的农牧村民为16227人，实际参保12768人，普及率78.6%。该项制度的出台早于全国的“新农保”试点2年时间，且待遇水平高于“新农保”的每人每月50元，分年龄类别享受不同的待遇给付水平，最低达到了每月80元以上。

(一)肃南农枚村社会养老保险制度的特点

肃南模式的农牧村社会养老保险办法坚持现代社会保障制度建设理念，体现出几个明显特点。

第一，在制度模式上，坚持社会统筹与个人账户相结合。按照现代社会保险制度最普遍通行的制度设计，从而确定了这一办法的长期性和社会性、现代性。规定2008年缴费标准按照2007年度全县农牧民人均纯收人5000元的10%缴纳，每人每年缴纳500元，其中个人缴纳70%即350元，财政补贴30%即150元。个人缴费部分全额计人个人账户，财政补贴的30%中，1/3(10元)计人个人账户，2/3计人社会统筹账户。

第二，在资金筹集上，明确了政府的保障责任。规定在制度建设初期，社会统筹基金用于支付参保人员养老补贴和个人账户余额不足时所需支付的养老金，社会统筹基金由县级财政兜底。

第三，在缴费形式上，实行差别费率制，坚持缴费与待遇相衔接，多缴多领的原则。缴费金额和年限按照年龄分布，规定45周岁以下的农牧民参保，按年缴费;年满45周岁未满60周岁的参保人员，达到规定养老年龄时，缴费年限不足巧年的，按照到龄当年的缴费基数，一次性补足后，享受养老保险待遇;年满60周岁不满65周岁的参保人员一次性缴费3000元、满65周岁不满70周岁的参保人员一次性缴费2500元、满70周岁不满75周岁的参保人员一次性缴费1500元后，享受养老保险待遇;75周岁及以上农牧民可不缴费直接享受养老保险待遇。

享受的养老保险待遇则规定，满60周岁未满75周岁的参保人员月领取养老金100元，75周岁及以上的参保人员月领取养老金80元。不满60周岁的参保人员到领取年龄时，养老金计发办法为:月领取养老金标准二养老补贴(100元)+个人账户累计额/139。

第四，充分体现了农牧村养老保险待遇水平与经济发展的高度相关性。在根据现有发展水平确定待遇水平的基础上，规定养老补贴标准可根据经济发展水平适时调整。

(二)肃南农枚村社会养老保险制度与城镇居民社会养老保险制度的比较—彻底改变城乡二元的制度安排，缩小了城乡差异

《肃南裕固族自治县城镇居民养老保险办法(试行)》的出台，在甘肃省同样具有标本意义，因为迄今甘肃省具有城镇户籍且无固定收人的城镇居民尚无统一的社会养老保险制度安排，而肃南县已于2008年12月启动该项制度的建设。就《肃南裕固族自治县城镇居民养老保险办法(试行)》与《肃南裕固族自治县农牧村养老保险办法(试行)》的文本来讲，表现出很强的共性，如同样坚持现代社会保障制度建设的理念，同样经过对缴费和待遇给付水平的科学测算，可以充分保证社会保障待遇水平的“刚性”特征。同样坚持了以保障基本生活为目标、个人缴费与财政补贴相结合、缴费与待遇相衔接，多缴多领、保障水平与经济发展水平相适应等原则。同样试图通过制度建设建立“低水平、广覆盖、保基本、可持续”的保障模式。同样体现了对于民生事业的关注，充分体现了政府建设社会主义和谐社会的努力。

但是，比较这两项试行的制度，仍然可以发现其中体现的重要差别及由此折射下的肃南县社会事业发展时间表或路线图对我国长期以来延续的“城乡二元”经济社会模式的突破，从而使其具有更加重要的标木价值。

农牧村社会养老保险制度建设优先于城镇居民社会养老保险制度是其显著特点。肃南农牧村社会养老保险制度出台和实施时间均早于城镇居民社会养老保险制度，农牧村社会养老保险制度于2007年进行前期工作准备，以2008年1月1日为截止日期开始计算参保对象的年龄和相应的待遇水平。而城镇居民社会养老保险制度于2008年进行前期工作准备，以2008年12月31日为截止日期开始计算参保对象的年龄和相应的待遇水平。其间有一年的时滞，肃南县全体人口的社会养老保险制度建设由此由城镇职工基本养老保险制度—农牧村社会养老保险制度—城镇居民社会养老保险制度的三步走实现了全覆盖，而农牧民的社会养老保险制度建设优先于城镇居民，突破了长期以来形成的各项制度建设都是城市优先的格局，城乡差异及其利益分配格局被完全打破。

三、肃南县计划生育家庭优先的社会养老保障制度建设对“新农保”制度的启示

在农牧村社会养老保险制度出台之后，为了体现社会公平，体现国策影响，进一步体现人口和计划生育利益导向，具体在农牧民的社会养老保险办理办法中则充分体现了对农村计划生育“两户”家庭的倾斜，使其社会养老保险制度体现为鲜明的“计划生育家庭优先”的特征。

(一)在农村社会养老保险制度建设中对计划生育家庭的制度优先

近年来，在人口计生工作中与基本国策形成冲突的一个很具负面影响的现象就是“生育获利”。由于各项惠农政策与计划生育基本国策在有些方面的衔接不够，新农村建设中以“普惠”为特征的多项民生政策设计中往往表现为按人头平均，人群全覆盖，这对于推进农村各项经济社会事业发展自然十分必要，但是也造成了模范执行计划生育政策的“两户家庭”由于人口少，在以人数为标准的资源分配中处于劣势，而一些违反计划生育政策超生的群众反而由于家庭人口较多而受益，对计划生育基本国策的贯彻实施十分不利。在这一背景下，如何实现在新农村建设中推进各项事业，且不对计划生育基本国策造成冲击成为新农村建设中必须面对的重要课题，对其破解需要在科学发展观指引下的以人为本的全新制度设计。

肃南于2008年即开始进行探索。县政府出台政策，规定“凡参加了农牧村养老保险的农牧村计划生育‘两户’家庭，且年龄在45 - 60周岁的妇女，其养老保险金财政补贴每人每年200元”。2009年又进一步提高标准，“将每人每年补助200元提高到每人每年补助260元，且财政补贴新增加的60元全部划入个人账户”。这一政策的显著特点体现对社会养老保险制度建设中“公平与效率”问题的全新思考，传统的社会保险理论一般都认为在社会保险制度建设中对公平的考虑毋庸置疑，而对效率的考量则主要体现在“自愿参加”，个人缴费是获得财政补贴的前提，以及个人缴费的费率和缴纳标准与到达享受年限后的享受标准的对应，即“多缴多得，少缴少得”。

在公平与效率兼顾前提下，肃南县对计划生育“两户”家庭的优先集中体现在2009年7月7日由县政府下发的文件《肃南裕固族自治县人民政府关于提高全县农牧村计划生育“两户”家庭养老保险金财政补贴标准的通知》(肃政发仁2009 ] 29号)中。《通知》规定，为“解决农牧村计划生育家庭养老保障问题”，决定在全面实行农牧村养老保险制度基础上，提高全县“两户”家庭养老保险金财政补贴标准。“从2009年1月1日起，凡参加了农牧村养老保险的农牧村计划生育’两户’家庭，且年龄在45 ～60周岁的妇女，其养老保险金财政补贴部分由原来每人每年补助200元提高到每人每年补助260元，且财政补贴新增加的60元全部划人个人账户。”这就决定了与其他妇女相比，农牧村计划生育“两户”家庭的妇女在社会养老保险缴费中承担较低的义务，而在进人享受养老金的年龄段之后，享受标准则远高于其他妇女。在与农村部分计划生育家庭奖励扶助制度衔接之后，两项制度累加，“两户”家庭享受的补助和奖励金将会远高于普通家庭，体现出极为鲜明的人口和计划生育利益导向，通过微观的家庭制度建设，模范执行计生政策的家庭优先享受到了改革发展成果，计划生育家庭成为政府支持下享受较高社会福利和经济扶助的令其他群众羡慕的“特殊人群”。

(二)肃南县计划生育家庭优先的社会养老保障制度建设对“新农保”制度实施的启示

2009年和2010年是我国试点“新农保”制度的关键年份，各地的试点将对民生改善和“新农保”的制度完善起到关键作用。社会保险制度最显著的特点是其“刚性”特征，享受待遇的给付标准只能上升不能下降，这就决定了在我国由于人口众多，农民占一半以上的条件下只能以“低标准、广覆盖”为基本原则。

“广覆盖”之下的“新农保”制度如果没有充分的基本国策考量，将有可能因“生育获利”现象带来前文提及的对人口和计划生育利益导向的负面冲击，因为在目前养老保险制度原本空白的中国农村，“养儿防老”仍是很多人在考虑自身养老问题时的首选，汉族占绝大多数的农民男婚女嫁的风俗习惯也决定了老人的养老需求更多由儿子来满足，生儿子长期以来一直是大部分农民为自己“购买”的养老保险和医疗保险，计划生育在我国推行的30多年中最大的制度制约也在于农村养老社会保障制度缺位。“肃南模式”提供的制度标本极其可贵，对稳定低生育水平，统筹解决人口问题极为关键。对与此相关的人口问题，如出生人口性别比偏高问题的解决也具有不可忽视的重要意义，将逐步引导育龄群众的生育观念发生重大转变，生育将首先带来的是感情满足和精神需要，而非现在的满足养老的经济和物质需求。

第9篇

    论文摘要:本文是在调研基础上对肃南裕固族自治县新型农村养老保障制度的理论思考，认为肃南计划生育家庭优先的农枚村养老保障制度建设理念现代，设计科学，标准较高，人口和计划生育利益导向突出。在突破城乡界限，体现对计划生育家庭的优先优惠方面具有很高的“标本价值”，可资“新农保”试点地区借鉴。

    一、农村社会养老保障制度建设的理论和实践

    (一)主要理论研究成果

    近年来，伴随育龄妇女生育率下降，人口老龄化社会带来的养老保障压力增大已经成为需要高度重视的基本国情之一。中国正处于经济社会快速发展的阶段，自“十六大”以来的一系列党和国家重要会议精神中，“关注民生”，“构建社会主义和谐社会”是非常重要的命题。在2009年正式试点新型农村养老保险制度之前，实践操作层面的农村社会保障制度建设就已形形，兼容并包。学界关于中国农村社会保障制度各个层面的研究也比较丰富，从多个层面展开。相对于农村的其他社会保障制度而言，养老保障制度的建设较为完善一些，但是地区间的差距也十分显著，保障水平很低，制度不稳定，共济性差(韩玉堂、管谊、刘志诚);也有人认为应“根据区域差异和农村劳动力分布状况，分层分类解决农村劳动力的养老问题”(曹信邦、裴育)。

    在浩繁的研究成果中，认为农村社会养老保障应从计划生育家庭起步的不乏其人，并认为应探讨适宜的计划生育与养老保障结合的路径(何律琴);应以保障农民的利益为目标(车晓端、王嘉彦);也有研究认为应完善计划生育家庭养老模式(李新京、李忠、邓行舟);并就完善农村计划生育家庭经济供养体系进行对策建议(郑韩雪、胡继亮);有人认为应结合人口和计划生育工作进展情况，进行《国民经济和社会发展第十个五年计划纲要》中即已提到的“开展农村独生子女户和双女户社会保险试点’，工作(张夜湘、周美林)。更进一步的工作则有对江苏省傈阳市农村计划生育社会保障机制建设的探讨(张国平、蒋海清、宋君);对贵州省庆余县建立农村计划生育家庭养老保障制度的调查及对实施方案的测算(武家华、吴士勇)等。这些研究极大地拓展了农村养老保障制度建设研究的范畴，提出了鉴于我国经济社会尚不够发达，农村人口数量庞大的国情，在不可能“齐步走”地进行农村社会养老保障制度建设的条件下，相对更容易被社会各界接受的渐进的农村社会养老保障制度建设路线图。笔者也认为，农村计划生育家庭优先的社会养老保障制度建设有助于体现社会公平，彰显基本国策对经济社会各项事业的影响，进一步稳定我国来之不易的低生育水平。

    (二)农村社会养老保障制度建设的实践探索

    对城乡二元格局下农村在国家层面建设的社会养老保障制度空白的突破，在2009年9月完成，国务院的《关于开展新型农村社会养老保险试点的指导意见》(下称《意见》)，提出将在2020年实现新型农村社会养老保险制度(以下简称“新农保”)全覆盖。2009年底，全国27个省、自治区的320个县(市、区、旗)正式启动试点，覆盖农村居民约1. 3亿人，当年试点面达11.8%。2010年财政部将再投人25亿元，覆盖面将扩大到23% o《意见》的出台对占中国人口半数以上的农民构筑防范养老风险的“安全网”，对改善民生，建设社会主义和谐社会具有重要的历史和现实意义。

    理论研究进展的同时，农村计划生育家庭优先的社会保障建设实践业已在各地普遍开展，各类以“奖励、优惠、免除、补偿”为内容的政策的出台都蕴含一定程度的社会保障内涵。而真正突破的则在于国家人口计生委推出的部分农村计划生育家庭奖励扶助制度试点，奖励扶助制度也因此成为国家人口和计划生育委员会利益导向机制建设“三项制度”的重要内容。奖励扶助制度自2004年开始实施，规定农村计划生育家庭中的独生子女领证户和两女节育户家庭，夫妇年龄达到60岁之后每人每年发放600元奖励金，2009年这一标准提高到了每人每年720元。这一制度的实施具有显著的计划生育家庭优先的社会养老保障制度色彩，通过微观制度建设改变了生育子女对家庭的经济影响，少生者得利，具有比较明显的对基本国策倡导的示范效应。在笔者的调查中，广大群众、党政领导干部和人口计生工作者均对奖励扶助制度给予很高评价，认为这是政府让利于模范执行计生政策家庭，减少计生家庭后顾之忧的制度创举，增加了计生“两户”的福利，并极大地降低了计划生育工作的难度。

    在“新农保”开始实施之后，“新农保”与奖励扶助制度的双重享受无疑将使计划生育家庭获得相对较为明显的社会福利和民生改善，但是在“新农保”建设中对计划生育家庭利益的考量也成为在国家人口和计划生育利益导向机制建设中的重要制度安排和导向。在近年中央对农村和农民“多予少取放活”思想指导下推出的多项惠农政策中，“新农保”无疑是最具长远社会效益的社会“安全网”和“稳定器”，解决占人口半数以上的农牧民“老有所养”的问题，在中国具有极强的现实意义，在“新农保”建设中是否体现对基本国策的倡导和响应具有显著的导向作用。在计划生育家庭优先的农村社会养老保障制度建设实践中，甘肃省肃南裕固族自治县的实践具有很强的标本意义。

    二、肃南农村养老保险制度的实践探索

    肃南县隶属甘肃省张掖市，位于河西走廊中部、祁连山北麓一线，东西长650公里，南北宽120公里，总面积2. 4万平方公里。全县辖6乡2镇、9个国有林牧场、101个村和3个城镇社区。全县人口3. 58万人，其中农牧民占70%。

    肃南县地广人稀，县域经济社会事业较为发达，是全国“百强”民族县之一，教育、卫生、城市规划、社区建设等工作都与经济发展同步规划，同步实施，切实注重经济社会各项事业协调发展。

    2008年1月16日《肃南裕固族自治县农牧村养老保险办法(试行)》开始实施，2008年底全县应参保的农牧村民为16227人，实际参保12768人，普及率78.6%。该项制度的出台早于全国的“新农保”试点2年时间，且待遇水平高于“新农保”的每人每月50元，分年龄类别享受不同的待遇给付水平，最低达到了每月80元以上。

    (一)肃南农枚村社会养老保险制度的特点

    肃南模式的农牧村社会养老保险办法坚持现代社会保障制度建设理念，体现出几个明显特点。

    第一，在制度模式上，坚持社会统筹与个人账户相结合。按照现代社会保险制度最普遍通行的制度设计，从而确定了这一办法的长期性和社会性、现代性。规定2008年缴费标准按照2007年度全县农牧民人均纯收人5000元的10%缴纳，每人每年缴纳500元，其中个人缴纳70%即350元，财政补贴30%即150元。个人缴费部分全额计人个人账户，财政补贴的30%中，1/3(10元)计人个人账户，2/3计人社会统筹账户。

    第二，在资金筹集上，明确了政府的保障责任。规定在制度建设初期，社会统筹基金用于支付参保人员养老补贴和个人账户余额不足时所需支付的养老金，社会统筹基金由县级财政兜底。

    第三，在缴费形式上，实行差别费率制，坚持缴费与待遇相衔接，多缴多领的原则。缴费金额和年限按照年龄分布，规定45周岁以下的农牧民参保，按年缴费;年满45周岁未满60周岁的参保人员，达到规定养老年龄时，缴费年限不足巧年的，按照到龄当年的缴费基数，一次性补足后，享受养老保险待遇;年满60周岁不满65周岁的参保人员一次性缴费3000元、满65周岁不满70周岁的参保人员一次性缴费2500元、满70周岁不满75周岁的参保人员一次性缴费1500元后，享受养老保险待遇;75周岁及以上农牧民可不缴费直接享受养老保险待遇。

    享受的养老保险待遇则规定，满60周岁未满75周岁的参保人员月领取养老金100元，75周岁及以上的参保人员月领取养老金80元。不满60周岁的参保人员到领取年龄时，养老金计发办法为:月领取养老金标准二养老补贴(100元)+个人账户累计额/139。

    第四，充分体现了农牧村养老保险待遇水平与经济发展的高度相关性。在根据现有发展水平确定待遇水平的基础上，规定养老补贴标准可根据经济发展水平适时调整。

    (二)肃南农枚村社会养老保险制度与城镇居民社会养老保险制度的比较—彻底改变城乡二元的制度安排，缩小了城乡差异

    《肃南裕固族自治县城镇居民养老保险办法(试行)》的出台，在甘肃省同样具有标本意义，因为迄今甘肃省具有城镇户籍且无固定收人的城镇居民尚无统一的社会养老保险制度安排，而肃南县已于2008年12月启动该项制度的建设。就《肃南裕固族自治县城镇居民养老保险办法(试行)》与《肃南裕固族自治县农牧村养老保险办法(试行)》的文本来讲，表现出很强的共性，如同样坚持现代社会保障制度建设的理念，同样经过对缴费和待遇给付水平的科学测算，可以充分保证社会保障待遇水平的“刚性”特征。同样坚持了以保障基本生活为目标、个人缴费与财政补贴相结合、缴费与待遇相衔接，多缴多领、保障水平与经济发展水平相适应等原则。同样试图通过制度建设建立“低水平、广覆盖、保基本、可持续”的保障模式。同样体现了对于民生事业的关注，充分体现了政府建设社会主义和谐社会的努力。

    但是，比较这两项试行的制度，仍然可以发现其中体现的重要差别及由此折射下的肃南县社会事业发展时间表或路线图对我国长期以来延续的“城乡二元”经济社会模式的突破，从而使其具有更加重要的标木价值。

    农牧村社会养老保险制度建设优先于城镇居民社会养老保险制度是其显著特点。肃南农牧村社会养老保险制度出台和实施时间均早于城镇居民社会养老保险制度，农牧村社会养老保险制度于2007年进行前期工作准备，以2008年1月1日为截止日期开始计算参保对象的年龄和相应的待遇水平。而城镇居民社会养老保险制度于2008年进行前期工作准备，以2008年12月31日为截止日期开始计算参保对象的年龄和相应的待遇水平。其间有一年的时滞，肃南县全体人口的社会养老保险制度建设由此由城镇职工基本养老保险制度—农牧村社会养老保险制度—城镇居民社会养老保险制度的三步走实现了全覆盖，而农牧民的社会养老保险制度建设优先于城镇居民，突破了长期以来形成的各项制度建设都是城市优先的格局，城乡差异及其利益分配格局被完全打破。

    三、肃南县计划生育家庭优先的社会养老保障制度建设对“新农保”制度的启示

    在农牧村社会养老保险制度出台之后，为了体现社会公平，体现国策影响，进一步体现人口和计划生育利益导向，具体在农牧民的社会养老保险办理办法中则充分体现了对农村计划生育“两户”家庭的倾斜，使其社会养老保险制度体现为鲜明的“计划生育家庭优先”的特征。

(一)在农村社会养老保险制度建设中对计划生育家庭的制度优先

近年来，在人口计生工作中与基本国策形成冲突的一个很具负面影响的现象就是“生育获利”。由于各项惠农政策与计划生育基本国策在有些方面的衔接不够，新农村建设中以“普惠”为特征的多项民生政策设计中往往表现为按人头平均，人群全覆盖，这对于推进农村各项经济社会事业发展自然十分必要，但是也造成了模范执行计划生育政策的“两户家庭”由于人口少，在以人数为标准的资源分配中处于劣势，而一些违反计划生育政策超生的群众反而由于家庭人口较多而受益，对计划生育基本国策的贯彻实施十分不利。在这一背景下，如何实现在新农村建设中推进各项事业，且不对计划生育基本国策造成冲击成为新农村建设中必须面对的重要课题，对其破解需要在科学发展观指引下的以人为本的全新制度设计。

肃南于2008年即开始进行探索。县政府出台政策，规定“凡参加了农牧村养老保险的农牧村计划生育‘两户’家庭，且年龄在45 - 60周岁的妇女，其养老保险金财政补贴每人每年200元”。2009年又进一步提高标准，“将每人每年补助200元提高到每人每年补助260元，且财政补贴新增加的60元全部划入个人账户”。这一政策的显著特点体现对社会养老保险制度建设中“公平与效率”问题的全新思考，传统的社会保险理论一般都认为在社会保险制度建设中对公平的考虑毋庸置疑，而对效率的考量则主要体现在“自愿参加”，个人缴费是获得财政补贴的前提，以及个人缴费的费率和缴纳标准与到达享受年限后的享受标准的对应，即“多缴多得，少缴少得”。

在公平与效率兼顾前提下，肃南县对计划生育“两户”家庭的优先集中体现在2009年7月7日由县政府下发的文件《肃南裕固族自治县人民政府关于提高全县农牧村计划生育“两户”家庭养老保险金财政补贴标准的通知》(肃政发仁2009 ] 29号)中。《通知》规定，为“解决农牧村计划生育家庭养老保障问题”，决定在全面实行农牧村养老保险制度基础上，提高全县“两户”家庭养老保险金财政补贴标准。“从2009年1月1日起，凡参加了农牧村养老保险的农牧村计划生育’两户’家庭，且年龄在45 ～60周岁的妇女，其养老保险金财政补贴部分由原来每人每年补助200元提高到每人每年补助260元，且财政补贴新增加的60元全部划人个人账户。”这就决定了与其他妇女相比，农牧村计划生育“两户”家庭的妇女在社会养老保险缴费中承担较低的义务，而在进人享受养老金的年龄段之后，享受标准则远高于其他妇女。在与农村部分计划生育家庭奖励扶助制度衔接之后，两项制度累加，“两户”家庭享受的补助和奖励金将会远高于普通家庭，体现出极为鲜明的人口和计划生育利益导向，通过微观的家庭制度建设，模范执行计生政策的家庭优先享受到了改革发展成果，计划生育家庭成为政府支持下享受较高社会福利和经济扶助的令其他群众羡慕的“特殊人群”。

    (二)肃南县计划生育家庭优先的社会养老保障制度建设对“新农保”制度实施的启示

    2009年和2010年是我国试点“新农保”制度的关键年份，各地的试点将对民生改善和“新农保”的制度完善起到关键作用。社会保险制度最显著的特点是其“刚性”特征，享受待遇的给付标准只能上升不能下降，这就决定了在我国由于人口众多，农民占一半以上的条件下只能以“低标准、广覆盖”为基本原则。

    “广覆盖”之下的“新农保”制度如果没有充分的基本国策考量，将有可能因“生育获利”现象带来前文提及的对人口和计划生育利益导向的负面冲击，因为在目前养老保险制度原本空白的中国农村，“养儿防老”仍是很多人在考虑自身养老问题时的首选，汉族占绝大多数的农民男婚女嫁的风俗习惯也决定了老人的养老需求更多由儿子来满足，生儿子长期以来一直是大部分农民为自己“购买”的养老保险和医疗保险，计划生育在我国推行的30多年中最大的制度制约也在于农村养老社会保障制度缺位。“肃南模式”提供的制度标本极其可贵，对稳定低生育水平，统筹解决人口问题极为关键。对与此相关的人口问题，如出生人口性别比偏高问题的解决也具有不可忽视的重要意义，将逐步引导育龄群众的生育观念发生重大转变，生育将首先带来的是感情满足和精神需要，而非现在的满足养老的经济和物质需求。

第10篇

关键词：SOLIDWORKS；HyperWords；ALGOR；轻量化设计；解藕板

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 04-0000-02

The Lightweight Design of Wire Bonders Decoupling Board on HyperWorks

Wang Shijun,Wang Dacheng

(Wuyi University,Jiangmen529020,China)

Abstract:SOLIDWORKS board established in the original model decoupling,to use it into HyperWords in the use of the relative density method,the objective of minimizing the degree to supple,and add the symmetry constraint on the decoupling plate optimization,according to the optimized morphology and board decoupling,the model is part of the experience modification and reinforcement distribution,the establishment of the final model decoupling board.ALGOR in the decoupling of the original board and new board decoupling of the static and dynamic analysis,static stress and the frequency of their results were compared to verify lightweight design goals.

Keywords:SOLIDWORKS;HyperWords;ALGOR;Lightweight designdesign;

Decoupled board

一、拓扑优化方法简介及理论

（一）优化方法简介。拓扑优化是一种数学方法，在给定的空间结构中寻找最优材料分布，其目的在于用最少的材料得到结构的最佳性能。拓扑优化在工程结构设计的初始阶段可以提供一个概念性设计，帮助设计者对复杂结构与部件能够灵活地、理性地优选方案，寻找结构最佳的传力路径，且其在概念设计阶段能够激发设计人员的灵感，有效实现结构最佳功能和最小成本的结合，因此成为结构优化设计领域的热点。拓扑优化方法包括均匀化法、渐近结构优化法和相对密度法，在HyperWords中主要使用相对密度法，其基本思想是人为地引入一种假想密度在0-1之间可变的材料，0为空1为实,并假定材料的宏观弹性常量与其密度成非线性关系。优化过程中以单元设计变量的大小来决定单元的取舍。相对于其他优化方法,相对密度法设计变量少、计算求解过程简单。

（二）优化理论

1.优化设计的数学基础。优化设计最为关键一步是建立优化设计的数学模型，该模型是用数学的形式表示设计问题的特征和追求目标，是用抽象的方法表达实际问题的特征或本质。数学模型3个方面的内容组成，即由设计变量、目标函数和约束条件，设计变量是在优化过程中会发生改变，是提高优化性能的一组参数，不同参数代表不同的设计方案。目标函数是关于设计变量的函数，即要求的最优设计性能。约束条件是对设计变量和其他性能的要求，是对设计的限制。优化设计的数学模型为目标函数

在Optistruct中，目标函数f（X）、约束函数g（X）与h（X）是从有限元分析中获得的结构响应。设计变量X是一个n维向量，它的确定依赖于优化类型。在拓扑优化中，设计变量是单元的密度；在尺寸优化中，设计变量是结构单元的属性，优化设计即在约束条件下，求解目标函数的最优值。

2.基于Optistruct的结构优化设计流程结构优化方法的选择为根据结构设计的特点和要求，将需要参与优化的数据定义成模型参数，优化处理器根据2次优化参数的比较后确定该次循环目标函数是否已经达到最小值、最优值。如果达到最优，完成迭代，退出优化循环；否则，将根据已完成的优化循环和当前优化变量的状态修正设计变量，重新进入循环。Optistruct采用HyperMesh进行结构优化问题的前处理和定义，在HyperMesh中完成有限元建模后，利用优化定义面板定义优化变量、约束和目标以及优化参数；然后提交Optistruct进行结构分析和优化。

二、解藕板的轻量化设计

（一）设计目标。解藕板是焊线机中音圈电机和焊头部分的连接件。在焊线的过程中音圈电机通过解藕板带动焊头部分高速、高频运动，且音圈电机的瞬间加速度为8G左右，因此要求解藕板必须具备高刚性和高频率，否则将严重影响焊头部分的定位进度。由于焊头部分及音圈电机的安装位置已经确定，因此不能改变解藕板的长、宽尺寸。现以原始解藕板为基础进行简化，将倒角、圆角、螺钉孔等去除，因为这些特征系统位移及动态特性的影响很小，因此建模时将这些特征略去，简化后的解藕板模型如图1所示。通过本次优化设计要使解藕板的质量减少15%以上、静态位移减少15%以上、一阶固有频率增加20%以上。

（二）拓扑优化设计。由于SOLIDWORKS中的模型文件不能直接导入到HyperWords中，因此需将文件转换为PRT为后缀的格式，然后导入到HyperWords中进行几何清理、网格划分、质量检查、建立负载和约束等操作。其中在网格划分时为提高后处理运算效率，用四面体网格进行划分，尺寸大小为10L。在添加负载及约束时，通过三维建模计算，得焊头部分的质量200K，将其施加于焊头部分连接面，解藕板与音圈电机连接面采用全约束，网格及加载后模型如图2。

在拓扑优化中优化参数不需要人工定义，而是软件将材料分布自动当成优化参数。本文解藕板的拓扑优化以解藕板的体积和柔顺度（Compliance为响应体积是全局响应，柔顺度必须分配到子程序中），以柔顺度最小为目标函数，对于结构静力优化，结构整体刚度最大等价于结构的柔顺度（Compliance）最小化，以0.5的体积上限范围为约束，运用Optistruct模块进行解藕板的拓扑优化计算，经过80步迭代得到优化后的结果，在HyperView中查看密度等值面结果，将Curren Valu取0.015，得到等值面图，如图3。

三、结果对比

在ALGOR中对原始及优化后的解藕板模型进行静应力和模态分析，对比静态位移、固有频率及质量指标，通过简单计算检验优化结果是否达到设计目标。验证分析中所加负载及约束与拓扑优化时完全相同，根据焊线头部分运动频率及振动频率的参与性确定提取原始解藕板及新解藕板的静态位移及前二阶模态分析结果，如图4、图5。其中静态位移的最大值在解藕板与焊头部分连接面的中点处。四阶模态频率及对应最大位移如表1。

为了直观的看出验证结果，现将设计目标及优化结果的一些重要参数列于表2：

由表2看到拓扑优化设计的解藕板完全满足设计目标，而且三项参数均得到不同程度的改善，证明拓扑优化设计的解藕板是较合理的。

四、结论

（一）基于HyperWords的Optistruct模块，运用优化理论对焊线机的解藕板进行了轻量化设计，同时考虑到实际应用及机加工工艺的要求，依据实际经验对模型进行部分修改及布筋。通过对原始解藕板及优化设计后的解藕板进行静力学及动力学分析及参数对比，验证了轻量化设计的预设目标。从优化过程及结果可以得出：基于HyperWords的Optistruct模块的优化设计，不仅在产品的设计开发初期缩短开发周期、降低开发成本，而且可以对已有部件以柔度和固有频率为目标进行轻量化设计，降低了原材料成本。

（二）拓扑优化设计不仅要求从事此工作的技术人员有丰富的工作经验及专业技能，更要求要不同学科技术人员的参与，如CAD、CAE、CAM等多学科技术人员。

（三）铁、铜等金属资源为非可再生资源，利用优化设计可以在满足技术要求的前提下降低金属的使用量。

（四）拓扑优化技术在国外工程领域已经有较多应用，而且已有大量成功应用的案例，反观国内的工程应用还较少，我们要加强这方面的工作，缩小与国外的差距。

参考文献

[1]隋允康,叶红玲,杜家政.结构拓扑优化的发展及其模型转化为独立层次的迫切性[J].工程力学,2005,22:107-118

[2]刘旺玉,曾琳.基于OptiStruct的风力叶片拓扑优化设计[J].机械工程师,2009,6:47-48

[3]张胜兰.基于HyperWorks的结构优化设计技术[M].机械工业出版社,2007

第11篇

优化过程包括：有限元成形模拟、单元场量跟踪、拓扑操作、几何转换等步骤，整个优化策略可参考图1。首先，定义一个背景网格，网格上的单元大小、形状以及规模可以参照实际优化问题确定。背景网格上的单元处于激活与非激活两种状态，并可通过单元增删操作改变其激活状态。迭代过程中，所有处于激活状态的单元构成了预成形的拓扑结构。优化程序运行前，采用椭圆作为初始的预成形形状，并转换成拓扑结构，以用于后续单元增删操作的原型。初始预成形以及随后每次迭代过程中生成的预成形模型都将进行成形过程的有限元模拟。优化程序将自动对模拟结果进行分析处理，并计算优化目标函数是否满足预设条件。如满足，则迭代过程中止，优化进程结束，输出当前的预成形结构作为优化结果；如不满足，则执行以下的拓扑优化程序。

2有限元分析模型

工件材料为镍基合金，初始的预成形为一近似椭圆，最大外廓尺寸约为19.3mm×5.6mm，其面积约为理想锻件截面积的119%，采用四边形等参单元划分网格，其流动应力应变模型可参考文献[16]。锻造过程模拟工件采用的是刚黏塑性有限元模型，模具为刚性体设置。背景网格总体为矩形轮廓，单元形式为边长0.1mm的正方形，单元总数15296、节点数15600。始锻温度1010℃，模具温度250℃。锻造过程中的工件与模具传热系数为11kW/m2•℃、摩擦因子μ=0.3。成形过程中，上模速度为200mm/s，下模不动。目标函数收敛值为0.05。有限元模型如图4。

3模拟结果分析

未优化的预成形锻后毛边较大，过多的金属在流经模腔两端较窄的边缘时，产生剧烈的变形并导致锻后制件在两端存在较大的等效应变，如图5a所示。从三种优化模型上看，随着预成形进化的过程，所有模型的锻后毛边都在逐渐减小，高应变区的等效应变值也都有所下降，但是两种基于应变准则的模型在改善金属流动、缓解高应变方面要明显优于静水压力的优化模型；从优化外形上看，基于应变增量偏差的优化外形最为简单，这有利于降低预成形件的成形难度，如图5b、5c、5d所示。图6给出了三种优化模型的最大最小等效应变差随迭代进程的变化情况。虽然在10次优化结束时，所有模型的应变差值相对初始值(2.17)都降低，但是基于静水压力的应变差值在优化过程中出现波动；而基于应变的优化模型则总体呈下降趋势，并且优化结果要优于静水压力优化模型，应变的总体变化幅度明显减小，变形均匀性显著提高。图7给出的是三种优化模型锻后单元总体等效应变标准偏差随迭代进程的变化情况，标准偏差S.D.计算方法如公式7，该指标可直接反映变形体单元变形均匀程度。由图所示，静水压力模型在优化过程中，其等效应变标准偏差变化无显著规律。与未优化前相比，10次优化后的标准偏差值无明显减小，这表明基于静水压力准则的预成形优化并未有效改善锻件成形的变形均匀性；而基于应变准则的优化模型标准偏差值则随着优化过程呈现显著的下降趋势，说明变形体内各单元之间的等效应变偏差量在逐渐减小，单元等效应变的趋同性得到提高。其中，基于应变增量偏差准则的模型表现出最优的变形均匀性优化效果。图8给出的是10次迭代优化后的锻造载荷行程曲线比较。预成形的优化减少了毛坯的总体体积、改善了材料流动，因而降低了成形过程中的变形抗力，使得整个锻造行程中，所有优化模型的成形载荷都小于未优化模型的成形载荷。而在成形后期，由于模腔都接近充满，锻件体积相近，因此所有优化模型的成形载荷趋于一致，其最大载荷与优化前模型相比减少约5%。

4结论

第12篇

关键字：ANSYS/LS-DYNA；齿轮结构；齿轮传动；齿根应力；优化设计

一、ANSYS/LS-DYNA基本介绍

ANSYS/LS-DYNA是求解接触、触碰问题的显示动力学软件，可以用于处理结构形状、便条件和荷载工况等十分复杂的问题，还可以用于考虑传动误差和轮齿表面摩擦的影响，通过ANSYS/LS-DYNA可以对齿轮的动力接触进行仿真分析，动态仿真齿轮啮合的全过程。ANSYS/LS-DYNA的显示动力分析过程总的来说包括三个基本操作环节：前处理--求解--后处理，具体来说可分为五大步骤：第一，分析方案的总体规划，综合考虑结构的特点、计算精度和计算成本；第二，前处理阶段，用ANSYS，CAD软件建立模型，指定单元类型、实常数，定义材料模型，划分网络形成有限单元模型，以及定义接触表面，施加荷载与边界和写入K文件；第三，递交LS-DYNA求解器，根据情况设置求解参数，在进行求解；第四，结果后处理，数据的可视化处理；第五，对结果进行分析与评价，最终形成分析报告。在建立几何模型时，可以使用两种方法：ANSYS直接建模法和结合CAD软件的联合建模法。通过ANSYS/LS-DYNA对齿轮结构进行优化设计时，必须先建立准确的齿轮模型。

二、基于ANSYS/LS-DYNA齿轮齿根动应力分析

在对复杂曲面建模时，ANSYS的用处并不大，因而笔者选用三维造型软件Pro/E仿真以了一对精确啮合的齿轮。该模型的齿轮传动为等速传动，忽略轮齿误差和轴箱变形，详细的参数如表一所示，模型图如图一所示。

由于齿轮结构较为复杂，而且对计算机的性能要求较高，所以可以对齿轮进行智能网络划分。单元划分越小，计算的精度就越高，但与之相对应的求解时间会显著增加。作为动态分析的网络模型，为了提升接触应力的精确度，通常在齿轮啮合出将单元变长设为小于等于赫兹半宽的1/10。

三、基于ANSYS/LS-DYNA齿轮结构的优化设计

3.1基于有限元的尺寸优化介绍

该尺寸优化方法与传统的尺寸优化设计过程相同，需要以数学规划论和计算机程序设计为前提进行，以寻求最佳的技术经济指标方案，实现技术质量与经济效益的双赢。将有限元方法和结构优化技术融合之后，可以得到产品的最佳性能价格比，以便获得最佳的经济效益和最优的产品质量。该尺寸优化数学模型的描述如下所示：

3.2优化数学模型的建立

3.2.1确定设计变量

设计变量是自变量，通过改变设计变量的数值来进行优化设计，每个设计变量有有范围，即上下限值，而齿轮的很多部位的尺寸都是按照GB/T4095-1995中的要求进行设计的，无法改变，因而，在进行尺寸优化设计过程中，涉及的只有与腹板相关的结构尺寸，在建模中可以将优化变量以矩阵的形式表示： ，如图三所示。

3.2.2目标函数的确定

一般而言，常用的目标函数具有体积和质量最小的特征，但是轮缘的外形多样，要想建立整个齿轮的体积和质量之间的关系时十分困难。但是本文是对腹板结构进行优化设计，所以轮齿的外形和体积固定不变，所以只要轮辐的体积和质量达最小即可，所以本文以轮辐的体积作为目标函数进行优化设计，得到目标函数（其中rf为齿根圆半径，rh为轴孔半径）：

3.2.3约束条件的建立

对于几何尺寸约束而言，依照国家标准，轮齿的结构必须确保最小壁厚的一定强度。在本文中，根据图二可以明确三个设计变量的约束条件分别为： ， ， ，单位均为毫米（mm）。一个合理的齿轮结构设计必须是满足所有给定约束条件的设计，若其中任何一项约束条件不被满足，该设计都被认定为设计不合理。而要想达到最优设计的程度，首先必须满足所有给定的约束条件，还要确保可以得到最小的目标函数值。

3.2.4优化结果分析

在进行了优化分析和收敛检查之后，就需要对优化的结果进行分析，即根据获得的三个设计变量的迭代收敛情况来判断结果是否为最优。若否，则需要根据优化结果分析进行修正。由图四可知，当迭代次数达到某一数值时，三个设计变量的迭代收敛，说明此时该设计达到最优。

四、结语

本文主要阐述了ANSYS/LS-DYNA齿轮结构的优化设计，并引入了有限元的优化设计过程和建模方法，建立了有限元分析的优化设计模型，表明有限元分析技术在优化设计中的具有良好的效果，该技术的大量使用将有助于设计师主动寻求最佳方案，减少设计成本和周期，使产品质量和经济效益更优。

参考文献：

[1]戴进.基于ANSYS/LS-DYNA齿轮结构的优化设计[J].现代制造技术与装备，2008-05-15.

第13篇

关键词：舰载导弹；小扰动；制导控制；俯仰角

中图分类号：TJ765. 3 文献标识码：A

0 引 言

舰载导弹是搭载在水面舰艇上，主要用于执行防空反导，水面舰艇攻击等作战任务，目前已经发展成为水面舰艇的核心作战武器。舰载导弹经过30多年的改进演变，目前已经形成较为完整的制导控制体系和发射体系，而今的舰载导弹也已构建了较为成熟的垂直发射系统，带来了舰艇空间在更大限度上不断上升的利用效率，增强了舰艇的安全可靠及抗损性[1]。随着制导控制技术的变革与飞跃式进步，对舰载导弹的控制精度也随即提出了更高的要求，舰载导弹的制导控制是保障导弹稳定可靠飞行和发射的关键技术，通过对舰载导弹的制导控制技术的优化设计，能够有效提高导弹对目标的命中率和可靠性，因此，研究舰载导弹的制导控制技术优化具有重要意义。

舰载导弹在整个飞行过程中，由于大气密度等飞行条件的影响，容易产生大气的小扰动，在小扰动条件下则会导致飞行控制失稳，需要进行稳定性控制和小扰动抑制。传统方法中，对舰载导弹的小扰动抑制控制方法主要有PID神经网络模糊控制方法、自适应误差补偿方法、反演积分控制方法和滑膜控制方法等[2-5]，通过构建导弹的飞行动力学系统模型，采用相关的控制方法进行参量镇定和误差修正，提高了控制精度，取得了一定的成果。其中，文献[5]采用 鲁棒控制方法进行了舰载导弹的小扰动抑制和制导控制，基本满足制导控制的精度要求，且计算开销较小，能够应用在实践中，但是随着干扰强度的增大，控制精度和导弹飞行轨迹的误差修正能力不好。针对上述问题，本文提出一种基于小扰动抑制和参数自整定误差修正的舰载导弹制导控制优化算法，首先构建舰载导弹的被控对象模型和纵向运动数学模型，根据控制约束参量进行舰的载导弹制导控制约束参量分析，然后采用小扰动抑制方法进行扰动误差和控制参量的自整定修正，实现控制算法优化设计。最后通过仿真实验进行性能测试，得出有效性结论，展示了本文方法在提高导弹制导控制性能方面的优越性。

1 被控对象描述和舰载导弹运动数学模型构建

1.1 小扰动条件下舰载导弹制导控制对象描述

在舰载导弹的制导控制设计中，重要的一步是构建舰载导弹制导控制对象模型和运动数学模型，通过控制系统优化设计，进行飞行扰动的补偿和控制参量的镇定性设计，舰载导弹在发射出箱后飞行时容易受到大气小扰动的影响，导致飞行失稳，在舰载导弹的制导控制设计中，采用陀螺仪、加速度计和姿态基准采集器进行运动参量采集[6]，舰载导弹制导控制流程结构框图如图1所示。

4 结束语

通过对舰载导弹的制导控制技术的优化设计，提高导弹对目标的命中率和可靠性，本文提出一种基于小扰动抑制和参数自整定误差修正的舰载导弹制导控制优化算法，构建舰载导弹的被控对象模型和纵向运动数学模型，根据控制约束参量进行舰载导弹制导控制约束参量分析，然后采用小扰动抑制方法进行扰动误差和控制参量的自整定修正，实现控制算法优化设计。通过仿真实验进行性能测试，研究得出，采用该控制方法进行舰载导弹的小扰动抑制和制导控制设计，降低了导弹的轨迹输出误差，俯仰角等运动参量的跟踪性能较好，提高了控制品质，展示了较高的应用价值。

参考文献：

[1] 周勇，甘新年，胡光波，等.鱼雷制导控制系统多通道控制加权算法设计[J].现代电子技术，2014，37（19）：14-17.

[2] 徐为民 徐攀. 不确定扰动下双起升桥吊双吊具鲁棒自适应滑模同步协调控制[J]. 控制与决策， 2016， 31（7）： 1192-1198.

[3] 赵石磊， 郭红， 刘宇鹏. 基于轨迹跟踪的线性时滞系统容错控制[J]. 信息与控制， 2015，44（4）： 469-473.

[4] 明平松 刘建昌. 随机多智能体系统稳定性综述[J]. 控制与决策， 2016， 31（3）： 385-393.

[5] ACHANTA R， SHAJI A， SMITH K， et al. SLIC superpixels compared to state-of-the-art superpixel methods[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence， 2012， 34（11）： 2274-2281.

[6] 黄朝，许鑫， 刘敦歌，等. 基于多传感器的微弱磁异常信号提取方法研究[J].电子测量技术，2015，38（10）：91-95.

[7] 邓异，梁燕，周勇.水声换能器基阵信号采集系统优化设计[J].物联网技术，2015，5（4）：36-37，41.

[8] 葛立志.基于全弹道控制分析的水下航行器攻击模型视景仿真[J].舰船电子工程，2015，35（3）：137-141.

第14篇

    关键词:优化设计;计算智能;遗传算法

    1 优化设计与计算智能

    优化设计是在20世纪60年代随着计算机的广泛应用而发展起来的一种现代设计方法?由于该方法将工程或产品的设计问题转化为最优化问题,在计算机上基于最优化理论进行寻优计算,从而能在满足设计要求和限制条件的全部可行方案中选定最优方案,大大提高了设计质量和效率,因此在工程和产品设计中得到广泛应用?

    就工程优化设计而言,随着优化设计在工程领域应用的深入,人们趋向与用更接近实际的模型解决大型复杂系统或结构的整体?全局?全方位的优化问题,优化设计所要解决的问题因其大(设计变量?约束条件数目大)?杂(不同性质的对象并存)和灰(不确定性,包括随机?模糊?未确知)而十分复杂?面对这样复杂的问题,各种传统的优化方法往往无能为力?

    向生命学习,从生物和人的自身寻求如何解决问题的答案?80年代末~90年代初,人们创建出计算智能?智能计算方法的应用证明,计算智能对解决大规模?复杂系统的问题非常有力?

    将计算智能与优化设计有机结合,运用计算智能的计算方法解决优化问题,这就是基于计算智能的优化设计-智能优化设计?

    2 基于计算智能的优化设计

    2.1 基于模糊计算的优化设计

    工程设计存在大量的模糊信息,如:设计标准的模糊性?设计准则(规范)的模糊性?外部环境作用的模糊性等?由于模糊信息不能用准确的数量来表达,必须用模糊计算的方法来处理,包括:模糊变量?模糊约束?模糊目标函数?模糊推理计算等?

    模糊优化设计包括三个方面的内容:

    ①模糊优化设计方法;

    ②自适应模糊优化系统模型;

    ③模糊专家系统?

    2.2 基于神经网络的优化设计

    人工神经网络是模拟人脑神经网络的结构而形成的,具有一定智能(自学习?自适应?容错性)的计算模型,也是一个大规模复杂非线性动力学系统?它具有非线性大规模并行分布处理的高速运算能力?很强的非线性映射能力和信息的分布式动态存贮能力?可以处理不完整?不准确的信息?

    2.3 基于进化计算的优化设计

    进化是自然界最为壮丽的过程?进化的自然法则是过度繁殖?生存斗争?遗传和变异?优胜劣汰?适者生存?这一法则的选择结果就是物种的优化?进化过程也是自然界的优化过程?

    进化计算是模仿自然界进化过程的计算方法?该方法无须明确描述问题的全部特征,只需根据自然法则来产生新的更好的解?

    实现进化计算的思路是:用简单的编码来表示复杂的结构,通过对一组编码(种群)进行遗传和变异的操作,优胜劣汰的选择,实现进化(寻优)的计算过程?

    进化计算具有适合大规模并行计算和不受搜索空间限制条件(如:可微?连续?单峰)的约束的特点?

    进化计算包括:演化算法和遗传算法?

    3 关于基于遗传算法的优化设计的讨论

    3.1 基于遗传算法的优化设计方法

    3.2 基于遗传算法的优化设计方法的讨论

    (1)由于Ai=a1a2……an,且ai∈xi,基于遗传算法的优化过程是在优化问题的解空间中利用进化规则进行寻优的过程?作为遗传操作,由于只有编码码位在不同个体之间的交换,没有码值的改变,故遗传操作是在由群体所有码值张成的子空间的有限点集中的寻优?因此,遗传操作可以获得解的收敛性,但难以得到全局最优?变异操作改变了码位值,因而,改变了寻优空间,这将有助与跳出局部极值的陷阱,得到更优的解?

    (2)尽管变异操作可以不断改变寻优空间,仍存在两个问题:

    第一,如何保证寻优搜索的非重复性和遍历性,这关系到寻优的效率和得到全局最优解?

    第二,优化过程通常是非线性系统的动力学过程,变异操作中码位值的变化都有可能使寻优过程进入混沌状态,在奇异吸引子的吸引和束缚下,优化解点在混沌区内无规?不定?不重复的跳动,从而导致优化过程无法收敛?

    (3)将混沌理论引入优化设计,有可能解决上面的问题?

    混沌运动具有无重复和遍历性,这正是寻优搜索所需要的?利用混沌生成技术,将码位值定义为混沌变量,通过变异操作,实现寻优的无重复?遍历搜索?

    在适应度判别时,利用混沌分析技术识别寻优过程是否进入混沌状态?若是混沌状态,则利用混沌控制技术,将混沌状态转化为非混沌状态?从而保证优化过程收敛?

    4 结束语

    随着优化设计在工程领域应用的深入,面对因其大?杂和灰而十分复杂的问题,各种传统的优化方法往往无能为力?计算智能,包括模糊计算?人工神经网络?进化计算(包括遗传算法),被证明对解决大规模?复杂系统的问题非常有力?将计算智能与优化设计有机结合,形成基于计算智能的优化设计,为解决工程优化设计面临的复杂问题提供了可行途径?

    参考文献

    [1]吕大刚,王光远.结构智能优化设计——一个新的研究方向[J].哈尔滨建筑大学学报,1999,(4).

    [2]李泉永.机械结构优化设计的回顾与展望[J].桂林电子工业学院学报,2000,(4).

    [3]樊会元,席 光,王尚锦.应用遗传算法对叶栅进行改进设计的研究[J].机械科学与技术,2001,(1).

    [4]黄文培,王金诺,于兰峰.混沌-Powell混合算法在机械优化设计中的应用研究[J].四川大学学报,2001,(5).

第15篇

关键词：结构优化 拓扑优化 不确定性 多场耦合 智能结构

Structural Optimization Considering Uncertainties and Multi-field Coupling

Kang Zhan Bai Song

（Dalian University of Technology）

Abstract：This report presents our recent progress on study of structural robust optimization under uncertainties and topology optimization of piezoelectric smart structures. Based on ellipsoid convex model description of uncertainties， we studied the robust design optimization problem of truss structures. In the study， the uncertainties of material properties of truss structures are considered and modeled by non-probabilistic ellipsoid convex model. A quantified measure of structural robustness was proposed， and based on this measure， the optimization formulation aims at choosing the robustness of the concerned structural behaviors with smallest robustness， and maximizing the chosen robustness under total volume constraint. Numerical example verified the validity of the proposed method. We studied the topology optimization formulation and numerical techniques of continuum structures with bounded loads on the basis of non-probabilistic ellipsoid convex model description of uncertainties. For the purpose of improving the numerical efficiency， by using the linear relationship between the displacements and the loads， a quantified measure of structural robustness is computed using analytical geometric method. Using this measure， the optimization formulation aims at finding the optimal topology layout to maximize the displacement robustness of structure under volume fraction constraint. The validity of the proposed method is verified by a numerical example. Piezoelectric actuators with large aspect ratio are suitable for deliver large displacements. Assembling this type of actuators by means of repetitive components has the advantage of low manufacturing cost. We present a mathematical model for topology optimization of planar piezoelectric actuators with repetitive components. The design objective is to maximum the work exported at the displacement output port. Constraints with regard to the control energy consumption and the material volume are imposed to the optimization problem. The distributions of the actuation voltage as well as the topologies of both host layers and piezoelectric layers are to be optimized. Numerical techniques for sensitivity analysis of structure response are presented and the proposed optimization problem is solved with a gradient-based mathematical programming approach. Illustrative examples are given to demonstrate the validity and applicability of the proposed approach.