優化設計與優化方法范文

前言：我們精心挑選了數篇優質優化設計與優化方法文章，供您閱讀參考。期待這些文章能為您帶來啟發，助您在寫作的道路上更上一層樓。

第1篇

截面優化 形狀優化 拓撲優化 算法

結構優化設計是最近30年來才發展起來的一個新的技術，這是結構上的一次重大的飛躍，它讓設計者們從被動的狀態變為了主動狀態。優化設計能夠非常合理地使用每一種材料的性能，讓結構內的每一個單元都能夠很好的協調在一起，并且保證安全度是完全達標的。于此同時，它還能夠幫助整體性的方案設計進行一個非常合理的決策。結構優化設計從出現到現在已經有40多年的歷史了，而在過去的30年內，它在理論和算法等方面都取得了非常顯著的進展。這些進展大部分是與連續變量優化設計相關的，另外少部分是與離散變量優化設計相關的。

1.結構優化設計理論

1.1 截面優化

截面優化的設計變量要么是板的厚度、桿的橫截面積，要么是復合材料的方向角度或分層厚度，因此，在使用有限元對結構的位移與應力進行計算時，只需要直接地使用靈敏度分析以及適當的數學規劃方法便能夠完成截面優化的過程，而不需要對網格進行重新劃分。對于幾何狀態一定的情況，有限元分析只需要在桿的橫截面的性質發生改變的時候才重復地進行。對于板這類有連續性結構的東西，也只需要把各個單元的厚度作為設計的變量，得出的優化結果便是呈階梯形分布的板的厚度。在這些優化設計的過程當中，設計變量和剛度矩陣一般情況下是簡單的線性關系。所以，截面優化應該重點研究優化算法與靈敏度分析。

1.2 形狀優化

形態優化的主要特征是在結構給定的前提下通過對結構的邊界形狀或內部的幾何形狀進行調整來節約材料并且對結構的特性進行改善。從對象上劃分，形狀優化主要可以分為塊狀、板狀的連續體結構與桁架類的桿系結構。對于桿系結構形狀進行優化的求解方法主要可以分為兩類。第一類是綜合法，即是將兩類變量統一起來同時進行處理，運用無量綱化，然后構造近似數學模型進行求解。第二類是分步優化方法，即是將尺寸變量和幾何變量分為兩個設計空間，然后分別對這兩類變量進行優化，也即是每一步將一個變量固定，同時優化另一個變量，兩步之間通過迭代進行協調。

1.3 拓撲優化

拓撲優化已經成為了現今結構優化設計研究的一個焦點，因為它可以在工程結構設計的最初的階段便為設計者提供一個概念性的設計，讓結構在布局上運用到最好的方案，這樣，拓撲優化就比截面優化和形狀優化能夠獲得更大的經濟效益，也更容易受到工程設計人員的親睞。拓撲優化的目的是在設計空間中尋找結構的剛度最好的分布形式，從而來對結構的一些性能進行優化或者減輕結構的重量。

2.結構優化設計方法

2.1 數學規劃法

數學規劃方法的提出開創了現代結構優化的新時代，將優化問題轉化成數學規劃的形式求解也就是將問題轉化為在設計的空間中，在一定的可行域內尋找最小目標等值面上的可行的點，這個點也就是問題的最優解。數學規劃法有非常嚴格的理論基礎，雖然它在一定的條件下能夠收斂到最優的解，但是它要求問題能夠非常明顯地表達，而且大多數情況下還要求設計變量必須是連續變量，目標函數是連續的而且性態要良好。對于大型的結構優化問題，收斂性一般都不是很好，而且迭代的次數比較多，這樣就加大了結構分析的工作量，降低了工作效率。近似概念大大地提高了規劃方法的計算的效率。

2.2 最優準則法

直接地使用數學規劃理論需要多次地調用函數進行計算，而且當設計變量增加時調用次數也會迅速增加，導致設計的效率太低，在這樣一種背景下便出現了最優準則法，它是最先發展的一種結構優化設計方法。這種方法雖然計算效率比較高，但是在建立迭代公式的過程中受到很多假設的限制。

2.3 仿生學方法

近年來，對自然界進化進行模擬的算法有兩類，即模仿自然界過程算法和模仿自然界結構算法，主要又可以分為：進化算法、神經網絡算法與模擬退火。

結語

結構優化是一門綜合性的學科，也是一個有很大發展潛力的研究方向，它具有一定的理論價值與應用價值。在理論上，它對結構設計提出了一個新理念，極大地促進了人類資源的合理配置。于此同時，結構優化問題的本身也帶動了一些相關性學科的發展，對各個學科的發展提出了一些新要求。本文對結構優化的一些優化方法進行了簡要的概括。截面優化相對來說已經比較完善，形狀優化也漸漸地變得成熟，只有拓撲優化至今還處在理論探索的階段。

參考文獻

[1]侯貫澤，劉樹堂，簡國威.工程結構優化設計理論與方法[J].鋼結構，2009，08：30-33.

[2]董立立，趙益萍，梁林泉，朱煜，段廣洪.機械優化設計理論方法研究綜述[J].機床與液壓，2010，15：114-119.

[3]李晶，鹿曉陽，陳世英.結構優化設計理論與方法研究進展[J].工程建設，2007，06：21-31.

[4]錢令希，程耿東，隋允康，鐘萬勰，林家浩.結構優化設計理論與方法的某些進展[J].自然科學進展，1995，01：66-72.

第2篇

關鍵詞：離心泵；數值分析；優化設計；文丘里自吸系統

引言

隨著我國社會經濟的快速發展，我國各行各業對大型自吸離心泵的需求不斷增加，大型自吸離心泵應用廣泛，在城市給排水、灌溉工程以及工業循環水等方面發揮著重要的作用，所以，研究大型自吸離心泵的設計方法、完善大型自吸離心泵的設計理論，能夠有效提高泵的工作效率，對提高自吸離心泵的性能有重要的現實意義。

1 大型自吸離心泵存在的問題

從上世紀60年代開始我國就開始了對大型自吸離心泵的研究，到90年代提出了應用彈性橡膠閥來實現回流孔自動關閉的理論，在此基礎上研制出了外混式結構的自吸離心泵，提高了泵的可靠性，這種離心泵得到了廣泛的使用。隨著時代的發展，對大型自吸離心泵的要求也在不斷提高，文章針對大型自吸離心泵的結構、參數以及成本等方面對其進行了廣泛的調查，總結出了目前大型自吸離心泵存在的主要問題：（1）自吸結構設計方法有待完善。在國內離心泵生產企業中，大多數還是生產內混式和外混式自吸離心泵，缺乏創新，離心泵的工作效率和自吸性能有待提高；（2）自吸原理比較單一。大多數自吸離心泵采用的是上世紀90年代提出的通過彈性橡膠閥壓縮來控制回流孔自動關閉從而實現自吸的理論，這種自吸原理雖然得到了廣泛的應用，但隨著科學技術的進步，這種自吸原理逐漸變得單一、落后；（3）大型自吸離心泵的材料單一。我國生產大型自吸離心泵的主要材料是鑄鐵，這會導致大型自吸離心泵比較重，也會一定程度上增大工作人員的工作強度。

2 大型自吸離心泵結構及參數設計

2.1 大型自吸離心泵結構設計

大型自吸離心泵通過自吸系統將泵的進口管內空氣排凈并實現快速自吸，保證了泵的工作效率，提高了泵的自吸性能。大型自吸離心泵的主要結構由吸入段、泵體、冷卻油箱、軸承以及自吸系統等組成，泵與自吸系統采用螺栓連接，密封形式為油冷卻，保證泵工作效率和可靠性，大型自吸離心泵的結構如圖1所示。

圖1 大型自吸離心泵三維結構圖

2.2 大型自吸離心泵的設計參數

設計流量為Q=500m3/h，揚程H=45m，泵的轉速n=2200r/min，柴油機的功率為P=100kW，泵的效率ηh=83.5%，泵及裝置效率ηm%=65.5%。

2.3 葉輪水利設計

大型自吸離心泵內部水的流動非常復雜，在自吸系統工作時涉及到氣液的混合，葉輪是非常重要的過流部分，葉輪的設計關系到泵的流量和抗氣蝕性能等，對于大型自吸離心泵的正常工作起著重要的作用。本裝置葉輪的結構采用閉式結構，葉輪的設計首先需要確定泵的比轉速，比轉速可以采用以下公式來計算：

n■=■=188

其次，需要確定泵的進出口直徑，泵的進口直徑是指進口管法蘭處內徑，常用泵的進口直徑、流速以及流量之間的關系表1所示。

表1

根據圖表再加上實際情況選擇泵的進口直徑為200mm，大型自吸離心泵的出口直徑選擇與進口直徑相同，也為200mm；最后要確定葉輪的主要尺寸，葉輪直徑也叫做葉輪頸部直徑，本裝置使用的是懸臂式葉輪。通過一系列計算可得，葉輪進口直徑為200mm，葉輪出口寬度為200mm，葉片包角為120°，進口安放角為25°，出口安放角為30°，葉片厚度為8mm，葉片數為6片。

3 大型自吸離心泵自吸系統工作原理

本大型自吸離心泵采用了文丘里自吸系統，文丘里自吸系統是一種以壓縮空氣作為動力的排氣裝置，主要由噴嘴、逆止濾網以及排氣裝置外殼等組成。文丘里自吸系統的排氣裝置和進口管采用螺栓連接，中間安裝金屬濾網，用來過濾固體顆粒，文丘里自吸系統內部沒有運動部件，所以不需要設置裝置，而且密封性能良好，結構相對簡單，系統工作可靠性也大幅提升。文丘里自吸系統通過壓縮空氣產生射流，這時逆止閥會被打開，射流會不斷地卷吸泵體內的空氣，然后排出。與此同時，逆止閥會組織外部的氣體進入泵體內部，經過這樣的反復排氣會使泵體產生真空，這時水流進入葉輪，水流的作用力會將逆止閥關閉，這時離心泵開始了正常工作，實現了大型離心泵的自吸功能。

4 大型自吸離心泵試驗研究

按照上述設計，在產品質量檢測水泵試驗臺上進行檢測，并按照國家標準GB/T3216-2005《回轉動力泵水力性能驗收試驗1級和2級》進行實驗。預測性能曲線與實驗性能曲線重合度非常高，由于集合造型、湍流模型以及計算方法等都會對計算結果產生一定的影響，所以實驗結果產生的誤差在可以接受的范圍之內。同時對大型自吸離心泵自吸性能進行實驗，按照相關標準，當自吸離心泵自吸高度達到5米時，自吸時間應小于120s，本裝置進行自吸實驗時，自吸高度達到5米時自吸時間為75s，遠遠高于國家標準，通過實驗可以得出，大型自吸離心泵的性能參數滿足設計要求。

5 結束語

綜上所述，文章對離心泵優化設計理論與方法進行了分析，介紹了泵的結構、自吸系統以及葉輪等的設計，通過對大型自吸離心泵試驗研究可以得出其性能參數滿足設計要求，甚至一些參數遠遠超過了國家相關標準。對大型自吸離心泵進行研究，提高了泵的工作效率和性能，對促進我國社會經濟發展具有重要的現實意義。

參考文獻

[1]任靜，吳玉林，楊建明，等.水力機械轉輪內的CFD分析及優化設計[J].工程熱物理學報，2000，21（3）：31-32.

第3篇

關鍵詞：房屋， 結構設計， 優化技術 ， 方法，要點

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

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

近年來，由于土地價格市場的變化，不斷上漲的土地價格給開發商的建筑總成本控制帶來了極大的壓力，同時，人們對于居住條件及生活環境的要求不斷提高，相應建筑產品的品質要求也就不斷提高，這就讓開發商不斷尋求新的手段滿足顧客需求，而降低工程造價就成為開發商追求的直接目標，這就需要我們利用結構設計優化設計技術方法，提高有限空間 有限資源的最大化效果發揮，實現經濟化 實用性和適用性的良好目標。

1 房屋設計的現狀及實行優化的原因

依據我國的國情以及發展形勢，我國今后主要以建設高層住房為主。與此同時，投資者們也日益關注建設成本如何最低化，使用結構設計優化技術能夠實現建筑成本的最低化。

若想實現結構優化的目的，工程設計人員首先以建筑的安全性為基礎，然后理性分析建筑方案，融合與之相適宜的設計理念以及方法實現對工程造價的有效控制，以符合投資者的經濟要求。根據統計資料顯示，建筑結構經過優化設計比未進行優化的建筑節省了50%至30%的費用。然而，在很多實際優化設計中，其因為受到較多因素的制約而難以施展、發揮出其優越性。比如，過度追求工程設計進度，就會影響工程設計人員的設計效果，一味地以滿足工程進度為目標；年輕的工程設計人員常受其專業素質限制，難以理解其設計軟件，無法實現優化技術。也有一些工程設計人員過于關注建筑部分，忽視了建筑的整體方案，能實現控制整體造價。由此可見，工程設計人員要將其技術與經濟效益進行有機結合，只有合理的設計方案才能確保實現最大經濟效益。

2 房屋優化設計的主要內容

通常房屋結構的設計主要是利用適宜的方法和設計理念來滿足房屋建筑設計的需求，比如確定合理的布置、結構形勢、構件尺寸等。尤其是優化設計基本的鋼筋混凝土房屋結構體系，往往自整體布局與具體構件兩個角度進行分析。影響整體布局的關鍵因素是建筑物的柱網尺寸、層高、體型、抗側力構件位置等。具體構件主要是指結構構件的幾面、布局、鋼筋及混凝土的配筋構造、強度等級、對于這兩大方面的因素，需要有專業的工程設計人員，熟知構件設計規范并具有豐富設計經驗，而且善于分析與把握構件受力特性及結構，進而選取最相適宜的方法展開優化設計工作。

3 房屋結構設計優化方法

賞心悅目的建筑是建筑的美觀與結構設計相互協調密切配合的結果。建筑結構設計追求適用、安全、經濟、美觀和便于施工五種效果，而建筑設計優化設計技術方法的應用不但滿足了建筑美觀、造型優美的要求，又能使房屋結構安全、經濟、合理，成為實際意義上的“經濟適用”房。從建筑上分析結構設計優化方法，它主要體現在房屋工程分部結構的優化設計和房屋工程結構總體的優化設計量方面。

房屋工程分部結構優化設計實施過程中，還應該按照一切從實際出發的原則，結合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經濟效益的目標進行結構優化設計。進行結構設計時，應在滿足設計意圖后，盡量使平面布置規則，縮小剛度和質量中心的差異，這樣水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉作用 豎直方向上應避開使用轉換層，減少應力集中現象。

3.1結構優化設計模型

結構設計優化就是在各種影響變量中選擇主要參數，并建立函數模型，運用科學合理的方法得出最優解。結構總體的優化建立模型的大致步驟如下：

（1）設計變量的合理選擇。通常的設計變量選擇對設計要求影響較大的參數，將所涉及的參數按照各自的重要性區分，將對變化影響不大的參數定為預定參數，通過這種方法可減少很多計算編程的工作量。

（2）目標函數的確定。使用函數找出滿足既定條件的最優解最后，約束條件的確定 房屋結構可靠度優化設計的約束條件，包括了應力約束、裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、從正常時的極限狀態下彈性約束到終極狀態的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。設計中，要保證各約束條件必須符合現行規范的要求。

3.2結構優化計算方案

結構設計優化設計多個變量、多個約束條件，屬于一個非線性的優化問題，設定計算方案時，常將有約束條件轉變為無約束條件來計算常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成計算方案的設定后只需編制相應適用的運算程序即可得到我們的最終優化結果。

4 結構設計優化中應注意的問題

結構設計優化方法應用于實踐之中，是目前一個比較廣泛的課題，利用結構優化的方法在不改變適用性能的前提下達到降低工程造價的目的 結構設計優化設計應用于項目的整體設計、前期設計，舊房改造，抗震設計等設計的各分部環節，發揮著巨大的效益 在按照結構設計優化的方法及模型進行實踐的過程中，要注意下面的幾個問題：

4.1 結構設計優化應注意前期準備

因為前期方案的確定直接影響建筑的總投資，而現在存在的普遍問題就是前期方案階段結構設計并不進行參與，建筑師進行建筑設計時大多并不考慮結構的合理性以及它的可行性，但是建筑設計的結果卻直接對結構設計造成影響，某些方案可能會增加結構設計的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結構優化設計就能參與進來，那么我們就能針對不同的建筑類別，選擇合理的結構形式，合理的設計方案，獲得一個良好的開端。

4.2 概念設計結合細部結構設計優化

概念設計應用于沒有具體數值量化的情況，例如地震設防烈度，因為它的不確定性，計算式難免與現實有較大的差異，在進行設計的時候就要采用概念設計的方法，把數值作為輔助和參考的依據 設計過程中需要設計人員靈活的運用結構設計優化的方法，達到最佳的效果。

在結構設計的過程中，要注意對于細部的結構設計優化，比如現澆板中的異形板拐角處易出現裂縫，可劃分為矩形板注意鋼筋的選擇，I級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿足要求的情況下，現澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋，從而達到既安全又經濟的目的。

4.3 下部地基基礎結構設計優化

地基基礎的結構設計優化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎，那么要根據現場地質條件選擇樁基類型，盡量節省造價。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應多進行比較以確定最合適的方案。

5 結束語

總之，工程造價在工程項目占有很大比例，具有重要的經濟效益，所以優化設計房屋結構能夠卓有成效地減少工程造價成本。與此同時，優化設計房屋結構要保障建筑的安全級別，合理化等，協調好技術和經濟兩者之間的關系，切勿因重視節省成本，而忽視質量或技術。為了實現整體目標最優，結構設計人員與工程師要分析房屋結構設計，充分發揮其優勢，利用精細高效的工作標準及要求來實現最優化的房屋結構。

參考文獻