一、当前软件(PKPM)主要问题
? 1、计算模型落后甚至不正确的若干方面
? 2、采用的算法不完全满足规范要求的若干方面
? 3、采用的过于简化的计算模型的若干方面
? 4、设计观念已经落后的若干方面
? 5、计算模型粗放忽略了结构有利要素的若干方面
? 6、涉及优化的关键环节缺失的若干方面
? 7、不开放接口的封闭观念
1、计算模型落后甚至不正确的若干方面
?（1）基础筏板、桩筏或桩承台有限元计算常给出配筋异常大的结果
?（2）楼板按照单房间的导致支座钢筋偏大；
?（3）基础冲切计算流程错误导致筏板承台厚度过大；
?（4）承台独基与地基梁的重复计算造成重复布置
2、采用的算法不完全满足规范要求的若干方面
?（1）剪力墙边缘构件配筋的单肢配筋方式配筋过大或不够；? （2）柱剪跨比按简化计算方法常导致短柱过多超限过多；
? （3）型钢混凝土柱的配筋按不同规程才可优化
3、采用的过于简化的计算模型的若干方面
? （1）对弹性时程分析结果只能作全楼统一的地震作用放大；? （2）对活荷载的折减系数、重力荷载代表值系数只能设置全楼统一的数值；
? （3）施工模拟计算不能胜任目前多种工程需要；
? （4）转换梁按照梁杆件计算模型导致易发生抗剪抗弯超限；? （5）地下室外墙的计算模型不合理导致地下室外墙过大的配
筋设计；
? （6）基础考虑上部楼层刚度的计算不全面；
4、设计观念已经落后的若干方面
? 认为梁设计时考虑楼板的壳元计算减少梁的配筋偏于不安全
5、计算模型粗放忽略了结构有利要素的若干方面
? （1）地下1层以下地下室的不需按抗震设计；
? （2）梁配筋计算没有考虑支承梁的柱的宽度影响；
? （3）应正确区分框架梁与非框架梁；
6、涉及优化的关键环节缺失的若干方面
? （1）基础承载力验算；
? （2）基础冲切计算；
? （3）柱对筏板的冲跨比计算；
? （4）柱剪跨比；
? （5）防水板和桩的抗浮计算
二、YJK软件的优化设计
1、结构设计计算的优化空间很大
? YJK软件依靠先进的技术和对规范全面的把握，可以明显改进结构设计的经济合理性，节约材料。
? 设计阶段实现对结构成本（钢筋和混凝土材料用量）的显著优化，应成为当前甲方和房地产商重视的措施
2、以技术进步带动设计优化
? 开发更先进的计算方法
? 全面的贯彻规范
? 纠正目前软件中大量不合理处理环节，从而发挥结构应有的能力和潜力
? 突出关键环节，避免人为的失误造成浪费
3、上部结构整体计算方面的优化改进措施
（1）、根据弹性时程分析结果可分层地震作用放大
（2）、模拟施工加载次序的楼层自动连续和指定任意构件施工次序（3）、活荷载的折减系数、重力荷载代表值系数可按构件分别设定4、根据弹性时程分析结果可分层地震作用放大
? 弹性时程分析的作用是找出和反应谱法的各层差距，给出X、Y 两个方向的各层不同的放大系数。将各层放大系数导入反应谱计算进行
设计。
? 但是传统软件对于地震作用的放大仅仅设置了一个全楼统一的地震作用放大系数，这个放大系数只能从弹性时程分析的X、Y两个方向的各层放大系数中选择最大的数值来输入
? 这种处理比规范要求明显偏大。
5、JK给出地震放大系数参考值
–计算结果的选取：当取三组加速度时程曲线输入时，计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反应谱法的较大值；当取七组及七组以上的时程曲线时，计算结果可取时程法的平均值和振型分解反应谱法的较大值。
–软件根据两种算法的层剪力、层间位移角比值确定全楼地震放大系数（如只有个别楼层比值偏大，可通过增加薄弱层及调整薄弱层放大系数实现），用户可参考该系数调整振型分解反应谱法计算的内力。
6、指定任意构件施工次序
? 规范条文：
《高规》 5.1.8 高层建筑结构在进行重力荷载作用效应分析时，柱、墙、斜撑等构件的轴向变形宜采用适当的计算模型考虑施工过程的影响；复杂高层建筑及房屋高度大于150m的其他高层建筑结构，应考虑施工过程的影响。
?合理确定施工次序不仅符合实际要求，而且减少构件的计算受力7、模拟施工加载次序可自动确定
? 对一些传力复杂的结构，如转换层结构、采用广义层方式建立的多塔结构的相关部位，施工加载次序可自动生成。
? 避免人工未能修改施工次序造成计算异常
?对于广义层多塔的情况，程序会自动按各塔同时向上施工的原则设定各层的施工次序
?对于被设置为转换层、或者该层中设置了转换梁、转换柱、水平转换构件的楼层，程序默认与其上两层同时加载（3层1个施工次序意味着3层共同受力，可使转换层相应构件受力减少）
?对于存在梁托柱、梁托斜杆情况的楼层，程序默认与其上一层同时加载（梁托柱连续2层的施工次序可使托柱梁的受力减少）
?如果伸臂桁架按照楼层施工将使它受力太大，一般都必须调整它的施工次序
8、活荷载的折减系数、重力荷载代表值系数可按构件分别设定?以前仅考虑考虑楼层的折减系数、重力荷载代表值时的活荷折减系数（地震活荷组合系数）为全楼统一值
? 计算前处理增加“活荷折减”菜单，可按单个构件设定不同的值，可按自然层分别对梁、柱、墙、斜杆的某一杆件设置
?从而适应了共存于同一结构的多种类型的活荷载的不同折减或组合，并可避免梁考虑面积和柱墙考虑楼层的重复折减
?柱墙折减和梁考虑从属面积的折减都放到计算参数中设置
9、柱的设计优化
（1）、提供柱剪跨比的通用计算方法
? 柱的剪跨比是柱设计中的重要指标，规范对剪跨比小于2或
小于1.5的柱判断为短柱，对短柱的要求比一般柱严格得多。
? 规范对柱的剪跨比计算规定的通用计算方法是M/（Vh0）；
简化计算方法为Hn/（2h0），但规定简化计算方法只能用在“框架结构”中，且柱的反弯点在柱层高范围内时。
? 现软件只提供柱剪跨比的简化算法，首先这种应用超出了“框架结构”的范围，特别是大量按照通用算法算的柱的剪跨比并不属于短柱的结构，按照简化算法却属于短柱。这样的结果常导致在高层建筑中出现大批超限的柱，其实按照规范的通用算法它们中的大部分并不超限，这种粗略算法的结果只能通过加大柱截面尺寸来解决，造成完全不必要的浪费。
? 对钢筋混凝土柱提供剪跨比的通用计算方法M/（Vh0），可有效避免简化算法时大量柱超限的不正常现象。
λ c --- 柱剪跨比，非简化方法计算时输出对应的设计内力。
软件设置了专门的剪跨比简图
按照通用算法计算柱的剪跨比：大多数短柱变为非短柱；
从超限柱19根变为没有超限柱；箍筋计算量减少7%。
? 旧的算法导致大量超限柱
? 旧的算法造成材料的浪费
（2）、型钢混凝土构件可按不同规程计算
? 设计型钢混凝土柱时可采用目前发布的两种规程：《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ 138-2001) 和《钢骨混凝土结构技术规程》(YB 9082-2006) 。
? 截面配筋设计时，前者只考虑本方向工型钢，忽略另一方向工字钢，后者则每个方向都考虑全部工型钢作用。
? 因此使用《钢骨混凝土结构技术规程》(YB 9082-2006) 常可以较大幅度的减少型钢混凝土柱的配筋量。
? 传统软件只能按照前者的规程计算，没有按照后者规程计算的功能10、梁的设计优化
（1）、矩形混凝土梁考虑楼板翼缘作用按T形截面配筋（参数输入—构件设计信息）
考虑楼板作为梁的翼缘后，梁的跨中配筋量有效减少。
（2）、梁端配筋考虑柱宽（参数输入—构件设计信息—梁端内力取值位置：1）
一般可减少梁上钢筋15%以上，比设置梁刚域方式更有效
（3）、与剪力墙垂直相连的梁可按非框架梁设计
（参数输入—计算控制信息—与剪力墙相连的梁按框架梁设计，不打勾即按非框架梁）
按框架梁设计时抗震等级是x级;按非框架梁设计时为非抗震（4）、计算梁时应考虑较厚楼板的面外协同作用（如地下室顶板）使用弹性板6时应采用的参数设置（参数输入—计算控制信息）：
a、板元细分最大控制长度：1
b、梁与弹性板变性协调
（5）、转换梁常见超限问题应对
? 转换梁本身容易抗弯抗剪超限
? 转换梁上承托的剪力墙容易抗剪超限
转换梁自动按壳单元计算
? 传统软件处理转换梁模型的方法
缺陷：用梁单元计算转换梁，不能真实反映转换梁的刚度。
–实际情况：剪力墙的下边缘与转换大梁的上表面变形协调；
–计算模型：剪力墙的下边缘与转换大梁的中性轴变形协调；于是计算模型中的转换大梁的上表面在荷载作用下将会与剪力墙脱开
，失去本应存在的变形协调性。
处理方法：托墙梁刚度放大系数
? YJK软件处理转换梁模型的方法
采用壳元模型计算，自动进行单元划分，使细分的单元和上部承托的剪力墙单元保持协调。
转换梁弯矩对比：YJK与ANSYS相同；SATWE的跨中弯矩比YJK大将近一倍；YJK支座弯矩比SATWE大，但可考虑支座宽度的影响，实配负筋不大
转换梁剪力对比：YJK、ANSYS、SATWE相差不大
转换梁顶部、底部、箍筋计算用量对比：YJK可使转换梁底部配筋明显减少
11、剪力墙设计优化
（1）、自动按照组合墙配筋（参数设置—墙柱配筋设计考虑端柱；墙柱配筋设计考虑翼缘墙，每端翼缘不大于腹板面积的一半，不大于4倍翼缘墙厚）
?剪力墙配筋按照考虑翼缘、考虑边框柱的组合截面
?对型钢、型钢混凝土柱剪力墙按照组合截面配筋
?剪力墙组合轴压比计算
?按照组合截面计算剪力墙稳定性
?剪力墙边缘构件的设计
?剪力墙是多个墙肢相连组合工作的，《抗规》6.2.13条和《砼规》9.4.3条都指出：抗震墙应计入腹板和翼墙共同工作、剪力墙承载力计算中可考虑翼缘等。说明规范要求按照墙肢相连的组合截面计算。? 但是现软件计算剪力墙的配筋时是按照每个单肢墙的一字墙分别计算，然后把相交各墙肢的配筋结果叠加作为边缘构件配筋，虽然这种配筋方式编程简单，但是一方面多数情况下配筋结果偏大，另一方面正如许多权威专家多次指出的：有时配筋不够不安全。
? 特别对于带边框柱剪力墙，现软件是将柱配筋和与柱相连的墙肢配筋相加作为边缘构件配筋，常导致配筋大得排布不下，这完全是计算模型不合理导致的错误结果。
以前设计方法：墙和边框柱配筋分别输出,边缘构件取二者之和
组合墙计算：没有边框柱单独的配筋,边缘构件取墙的配筋
按组合墙计算的边框柱配筋大大减少
（2）、按组合墙计算剪力墙的轴压比(每肢翼缘不大于6倍翼缘墙厚) ?计算每一段剪力墙轴压比时，结合相邻墙肢适当范围的轴力组合计算
?有效避免相邻墙段轴压比差距过大的情况
?墙稳定计算时准确考虑组合墙状况，可随时查看每一墙肢的单墙肢和整体稳定计算书
（3）、对短墙肢自动单元加密计算（参数输入-计算控制信息：短墙肢自动加密）
?对于水平向只划分了1个单元的较短墙肢，自动增加到2个单元，以避免短墙肢计算异常。
短墙肢自动加密避免内力异常大：不勾选“短墙肢自动加密”时短墙肢的单元划分结果，一片墙划分为一个单元；勾选“短墙肢自动加密”时短墙肢的单元划分结果，一片墙划分为两个单元。
（4）、墙水平分布筋参与边缘构件的配箍（一般可减少边缘构件箍筋用量的20%）
? 《高规》第7．2．15明确提出约束边缘构件可以考虑墙水平分布筋：
? 箍筋体积配箍率，可计入箍筋、拉筋以及符合构造要求的水平分布钢筋，计入的水平分布钢筋的体积配箍率不应大于总体积配箍率的30%
? 约束边缘构件和构造边缘构件均可以考虑墙水平分布筋
? 要求保证至少每隔一个是采用封闭箍筋，也就是说即使墙身间距和边缘构件箍筋间距相同，也只是每隔一个用墙水平筋替代部分箍筋?绘图设置：约束边缘构件箍筋计入墙水平分布筋（否）；构造边缘构件箍筋计入墙水平分布筋（否）
（5）、解决连梁的两个关键问题
? 墙上开洞方式和普通梁输入方式，在跨高比较小时，计算结果差距较大；且按普通梁方式输入有时并不合理；
对“普通梁方式”输入的连梁，程序将跨高比较小的梁自动划分单元并按照“壳元”计算。这种处理方式保证了两种输入方式计算结果的一致性。
（参数输入—计算控制信息—连梁按墙元计算控制跨高比：4）? 连梁超限
? 规范条文：
–按照分缝连梁设计
? 《抗震规范》6.4.7 跨高比较小的高连梁，可设水平缝形成双
连梁、多连梁或采取其它加强受剪承载力的构造。
? 作用：减小抗弯刚度及受力，有效避免连梁超筋或减少配筋。
–按照配置斜向交叉钢筋的方式计算连梁钢筋
? 《混凝土规范》11.7.10 对于一、二级抗震等级的连梁，当跨高比不大于2.5时，除普通箍筋外，宜另配置斜向交叉钢筋。
? 作用：这种配筋方式较普通方式提高了连梁的抗剪能力，从而有效的减少超筋现象。
? 软件处理：
–在“特殊梁”、“特殊墙”中定义“连梁缝数” ，将某些连梁设置成分缝连梁。
? 双连梁或多连梁的处理方式可以有效的减少超筋现象。
? 软件处理：
—在“特殊梁”、“特殊墙” 中定义“交叉配筋”、“斜撑配筋”? 配交叉钢筋是减少连梁抗剪超限的有效措施
配置交叉钢筋有效的减少了超筋现象。
12、楼板设计优化
（1)、全层楼板有限元连续算法减少板支座钢筋
? 设置了“有限元方法”选项，勾选此项程序将把全层的所有楼板板块都按照有限元算法计算。
? 有限元算法是楼板的准确算法，由于本程序具有较强的有限元计算分析能力基础，对楼板也提供了这种算法。
? 有限元算法计算时保持相邻楼板计算协调，因此能准确计算相邻板块不等跨、不同荷载、不同板厚的影响；还可考虑斜板等情况。? 对楼板采用分块计算，速度快、容量不受限
有限元法计算后可给出板内力等值线图
YJK按照连续板有限元法考虑不同板跨之间的平衡计算，经济合理
(2)、无梁楼盖的优化设计计算及柱上、跨中板带的配筋
(3)、现浇空心板的优化设计计算
小结
? 在大多数最容易、最常见的超限环节给出了相应的解决方案
? 所有优化环节具有充分的理论依据、规范依据，为设计院总工认同，收到普遍欢迎
? 体系完整、措施得力
综合这些措施的一般节材效果
? 基础及地下室钢筋：5%
? 柱钢筋：5%
? 梁钢筋：5%
? 楼板钢筋：5%
? 剪力墙钢筋：3%
? 全楼混凝土：3%
某优化项目
? 以前算出48kg/平米，甲方希望控制主要构件含钢量在40kg/平米优化措施
? 地下室顶板优化方案：地下室顶板定义为弹性板3
? 地下室外墙优化方案：有限元计算剪力墙面外荷载
? 梁构件的优化方案：按考虑翼缘的T型梁配筋、考虑柱支座宽度影响、剪力墙面外相连的梁按照非框架梁设计配筋
? 剪力墙优化方案：组合墙方式计算配筋和轴压比。
? 板优化方案：按全楼有限元法计算
某项目优化设计
YJK结构软件的优化措施
1、基础筏板的优化措施：
1）筏板采用有限元计算的结果。
? 单元的均匀划分，避免了应力集中。
2）在基础计算的时候考虑上部结构的刚度。
? 一般上部刚度考虑3层，在前面计算的时候勾选生成传给基础的刚度楼层数填写3层。因为考虑3层上部刚度和考虑全楼的相差不大。同时也可以考虑深梁的作用，一般考虑5-10米深梁的作用。考虑上部刚度，也同时可以考虑深梁的原因：上部刚度的凝聚在墙的两
端。中间部分是没有考虑刚度的。所以墙中间部分的刚度可以通过深梁来虑。
3）如果有后浇带，软件可以考虑后浇带在计算中的作用。
? 后浇带的考虑可以有效降低后浇带两侧的弯矩。随着加荷比例的增加弯矩越来越小。
4）考虑水浮力的计算。
5）柱底峰值弯矩考虑柱宽折减。
6）上部门洞墙线不打断。
7）在基础施工图中还可以划分板区、区域补强，两种钢筋直径交错布置以及修改通长筋的比例。
2、地下室顶板的优化
1）地下室顶板设置为弹性板6。
2）考虑梁板协调。
3、地下室外墙的优化
1）地下室外墙的抗剪与施工缝验算，按照全长设计。
2）有限元计算可以计算剪力墙承受面外荷载的情况。
4、楼板的优化
? 1）有限元计算。
? 2）考虑梁刚度。（一般考虑后还会增加钢筋）
5、剪力墙的优化方案
? 1）考虑组合墙的计算。
? 2）考虑组合轴压比。
6、梁的优化
? 1）和剪力墙相连的梁可以按照非框架梁配筋。
? 2）矩形混凝土按考虑翼缘的T型梁配筋。
? 3）考虑梁的配筋到柱边。
7、柱的优化
? 1）考虑不按照简化方法计算柱剪跨比，在柱剪跨比在此方法下计算小于2，的情况下，按照通用方法计算大于2，则这种情况下可以大大减少柱箍筋的配置。
8、框支梁框支柱的优化
? 框支结构软件的计算方法：
? 1）框支托墙梁采用壳单元计算
? 2）楼板采用弹性板6
? 3）考虑楼板的翼缘作用
? 4）考虑梁的配筋到柱边。
结论：通过盈建科软件的计算，有些型钢混凝土的柱，在截面不变的情况下完全可以改成普通混凝土的柱，计算的结果也符合要求。9、对于局部框支梁的梁抗剪超限的解决
? 1）转换梁的混凝土等级的标号提高到C60
?2）局部抗剪不够的梁加大点截面例如700*1400的梁变成800*1500的梁。700*1600的梁改成900*1600的梁。
? 3）把梁改为加腋梁，以增加局部的截面大小。
? 4）加垂直梁构件分担一部分荷载。
10、关于修改截面尺寸的优化方案
? 1）第4标准层中间350厚的墙修改为300
? 2）修改中间部分的梁截面高度不变，宽度全部修改为200
? 在截面修改以后YJK计算的结果也可以满足要求
? 节省混凝土：1号楼168方，2号楼163方，3号楼159方11、整个项目优化效果预计
? 节省钢材2000吨
? 节省混凝土1000方
? 节约造价1500万以上
机械装备优化设计三级项目题目：基于MATLAB的齿轮优化设计的优化设计班级：12级机械装备二班 设计人员：王守东(120101010236) 荆雪松(120101010215) 武吉祥(120101010219)
一、优化设计问题分析： 所谓优化就是在处理各种事物的一切可能的方案中寻求最优的方案。机械优化设计是把优化理论和技术应用到机械设计中，通过对机械零件、机构乃至整个机械系统的优化设计，使其中某些设计参数和指标获得最优值。绝对的最优，只有在某些理论计算中才能达到，但对于实际的机械优化设计，都带有一定的客观性和相对性。 Matlab 是美国 Mathworks 公司于1967年推出的用于科学计算的可视化软件包。其方便、友好的用户环境、强大的扩展能力使许多领域的科学计算和工程应用节省时间、降低成本和提高效率。 许多机械工程设计都需要进行优化。优化过程可以分为三个部分：综合与分析、评价、改变参数三部分组成。其中，综合与分析部分的主要功能是建立产品设计参数与设计性能、设计要求之间的关系，这也就是一个建立数学模型的过程。评价部分就是对该产品的性能和设计要求进行分析，这就相当于是评价目标函数是否得到改善或者达到最优，也就是检验数学模型中的约束条件是否全部得到满足。改变参数部分就是选择优化方法，使得目标函数（数学模型）得到解，同时根据这种优化方法来改变设计参数 二、优化设计方案选择： 机械设计优化设计中常采用的优化设计方法有进退法、黄金分割法、共轭梯度法、坐标轮换法、复合形法等。下面设计一种齿轮系统，并基于Matlab对系统进行优化设计。 高速重载齿轮时常会受到加速度大、冲击载荷大、启动、制动等
-- 一、填空题 1．组成优化设计数学模型的三要素是 设计变量 、 目标函数 、 约束条件 。 ２.函数()22121212,45f x x x x x x =+-+在024X ??=????点处的梯度为120-?? ????，海赛矩阵 为2442-????-?? 3.目标函数是一项设计所追求的指标的数学反映，因此对它最基本的要求是能用 来评价设计的优劣，，同时必须是设计变量的可计算函数 。 4.建立优化设计数学模型的基本原则是确切反映 工程实际问题,的基础上力求简洁 。 ５.约束条件的尺度变换常称 规格化,这是为改善数学模型性态常用的一种方法。 6．随机方向法所用的步长一般按 加速步长 法来确定，此法是指依次迭代的步 长按一定的比例 递增的方法。 7.最速下降法以 负梯度 方向作为搜索方向，因此最速下降法又称为 梯 度法,其收敛速度较 慢 。 8.二元函数在某点处取得极值的充分条件是()00f X ?=必要条件是该点处的海赛矩 阵正定 9.拉格朗日乘子法的基本思想是通过增加变量将等式约束 优化问题变成 无 约束优化问题,这种方法又被称为 升维 法。 10改变复合形形状的搜索方法主要有反射，扩张，收缩，压缩 １1坐标轮换法的基本思想是把多变量 的优化问题转化为 单变量 的优化问题 12.在选择约束条件时应特别注意避免出现 相互矛盾的约束, ,另外应当尽量减少不必要的约束 。 1３.目标函数是n 维变量的函数，它的函数图像只能在n+１， 空间中描述出来,为了在n 维空间中反映目标函数的变化情况,常采用 目标函数等值面 的方法。 1４．数学规划法的迭代公式是 1k k k k X X d α+=+ ，其核心是 建立搜索方向， 和 计算最佳步长 15协调曲线法是用来解决 设计目标互相矛盾 的多目标优化设计问题的。 １６.机械优化设计的一般过程中， 建立优化设计数学模型 是首要和关键的一步，它是取得正确结果的前提。 二、名词解释 1.凸规划 对于约束优化问题 ()min f X ..s t ()0j g X ≤ (1,2,3,,)j m =??? 若()f X 、()j g X (1,2,3,,)j m =???都为凸函数,则称此问题为凸规划。 2.可行搜索方向 是指当设计点沿该方向作微量移动时，目标函数值下降,且不会越出可行域。 3．设计空间：ｎ个设计变量为坐标所组成的实空间，它是所有设计方案的组合 4.．可靠度 5.收敛性 是指某种迭代程序产生的序列(){}0,1,k X k =???收敛于1lim k k X X +*→∞ = 6.非劣解：是指若有m 个目标()()1,2,i f X i m =???,当要求ｍ-1个目标函数值不变坏时,找不到一个X,使得另一个目标函数值()i f X 比()i f X *,则将此X *为非劣解。 7. 黄金分割法：是指将一线段分成两段的方法，使整段长与较长段的长度比值等于较长段与较短段长度的比值。 8.可行域:满足所有约束条件的设计点，它在设计空间中的活动范围称作可行域。 9.维修度 略 三、简答题 1．什么是内点惩罚函数法?什么是外点惩罚函数法?他们适用的优化问题是什么?在构造惩罚函数时,内点惩罚函数法和外点惩罚函数法的惩罚因子的选取有何不同？
提出的问题要优化设计 陶行知先生说：“发展千千万，起点是一问”。课堂教学中，教师每提出一个问题，就给学生提供一次学习、思考、提高的机会，就能促进学生的不断发展。但也并不意味着提问越多越好。教师的提问要适时、适度、适量，提出的问题要有教学价值，问题设计要科学精当。教师一般可在新课导入、主题学习、课堂小结等阶段进行提问，引发学生思考，有效地组织课堂教学。 1、导入新课。良好的开端等于成功的一半。上课之初的提问，其主要功能在于迅速吸引学生注意力，使学生立即进入学习状态，激发学习兴趣，为课堂学习创设良好的学习氛围。 德国著名教育家赫尔巴特指出：“兴趣是教学的基础，教师在任何一个阶段里都要注意激发学生的兴趣，必须注视学生的反应是否自然发生，如果自然发生则被称为是注意的，教学本身就是有兴趣的”。因此，导入新课时的提问，其目的是为了创设学习的条件，其要旨在于激发兴趣。教师可因生、因时、因材，细观察、巧琢磨，创设新颖的情景，设计新奇的问题。问题的设置一定要巧妙、生动、形象、直观、贴近学生实际经验，发人深思，给学生以强烈的刺激，引起其反映，吸引其注意力，激发其求知欲。比较好的做法是，教师根据学习知识间的内在联系，设计成由浅入深的问题链，进行诱导式提问，不断激发学生的兴趣，使学生及早进入最佳学习状态，从而提高课堂教学效率。 2、主题学习。历史教材的每一节内容就是学习的一个大主题，其下的每一个子目就是一个小主题。这些主题是教学的主体内容，是学习的重点。学习主题时，提问的有效性往往决定着一节课教学的成败。因此，教师要采用多种形式，如设疑启智、联系实际、以旧促新等，科学地设计问题，最大限度地激发学生学习的积极性。（1）设疑启智：“疑是思之始，学之端”。著名教育家第斯多惠认为教学的基本方法是一种归纳的或诱导的、分析的、回归的、启发式的教学方式。这就要求教师在教学中善于设疑，创设科学的诱导源或启发源，以最大化地激发学生的求知欲，引导学生积极探索，勇于创新。设疑启智的要旨在于“设疑—探疑—质疑—释疑”，在这一过程中，让疑问激发学生兴趣，让学生在解决疑问的过程中，体验成功与快乐，提高思维的广度与深度，启迪智慧。 （2）联系实际：就是从社会热点与生活热点入手，从学生的认知实际出发，设计问题，提高学习效率。如台湾问题，教师可提供当前的重要材料，如台独活动的猖獗、两岸的交流、我国政府对台湾的政策、美国政府有关台海问题的政策等，进行设计问题，引发学生的思考，使学生加深对台湾问题的认识，从而激发学生的爱国情感，培养奋发向上的斗志。联系实际，贴近生活，生动活泼，使学生感到亲切，容易激发学生学习的热情，有助于引导学生以史为鉴、古为今用，从历史的高度来把握问题，总揽全局，提高对历史学习的驾驭能力。 （3）以旧促新：就是从学生已有的认知水平与学习经验出发，抓住新旧知识之间的内在联系，创设问题情景，以旧启新，新旧整合。在巩固学生已有知识的前提下，突破学习的
Y J K软件的优化设计Prepared on 21 November 2021
一、当前软件(PKPM)主要问题 1、计算模型落后甚至不正确的若干方面 2、采用的算法不完全满足规范要求的若干方面 3、采用的过于简化的计算模型的若干方面 4、设计观念已经落后的若干方面 5、计算模型粗放忽略了结构有利要素的若干方面 6、涉及优化的关键环节缺失的若干方面 7、不开放接口的封闭观念 1、计算模型落后甚至不正确的若干方面 （1）基础筏板、桩筏或桩承台有限元计算常给出配筋异常大的结果（2）楼板按照单房间的导致支座钢筋偏大； （3）基础冲切计算流程错误导致筏板承台厚度过大； （4）承台独基与地基梁的重复计算造成重复布置 2、采用的算法不完全满足规范要求的若干方面 （1）剪力墙边缘构件配筋的单肢配筋方式配筋过大或不够； （2）柱剪跨比按简化计算方法常导致短柱过多超限过多； （3）型钢混凝土柱的配筋按不同规程才可优化 3、采用的过于简化的计算模型的若干方面 （1）对弹性时程分析结果只能作全楼统一的地震作用放大； （2）对活荷载的折减系数、重力荷载代表值系数只能设置全楼统一的数值； （3）施工模拟计算不能胜任目前多种工程需要； （4）转换梁按照梁杆件计算模型导致易发生抗剪抗弯超限； （5）地下室外墙的计算模型不合理导致地下室外墙过大的配 筋设计； （6）基础考虑上部楼层刚度的计算不全面； 4、设计观念已经落后的若干方面 认为梁设计时考虑楼板的壳元计算减少梁的配筋偏于不安全 5、计算模型粗放忽略了结构有利要素的若干方面 （1）地下1层以下地下室的不需按抗震设计； （2）梁配筋计算没有考虑支承梁的柱的宽度影响； （3）应正确区分框架梁与非框架梁； 6、涉及优化的关键环节缺失的若干方面 （1）基础承载力验算；
油田射孔枪优化改进及应用 射孔枪是油田开采作业能否顺利完成的关键工具，是油田井下开孔的主要工具。针对射孔枪的工作原理，运用ANSYS智能优化软件对其进行结构优化设计，不断提高我国对于油田射孔枪的设计水平，对提高我国油田开采效率，满足日益增加的原油需求量，具有非常重要的意义。 射孔枪的工作原理 石油射孔枪由枪头、枪身、枪尾三部分组成，连接处均采用梯形螺纹来连接以保证具有较高的连接强度，枪身均匀分布外盲孔并嵌入定位销钉来保证射孔与盲孔位置对正。目前国内广泛应用的是聚能射孔弹对于射孔枪的强度与结构设计要求很高，不但要严格控制对输油管道与水泥环的冲击力，还需要具有良好的发射效率来保证射孔枪具有较高的工作效率，同时合理的盲孔深度设计能够使得枪身具有较小的厚度与强度，更能够有效提高发射率。 射孔枪有限元分析 2.1创建有限元的模型 实际工作中多采用创建有限元模型来分析复杂的井下油田状态参数，具体过程可以分为：建立数学几何模型、定义结构材料特点、设计功能单元、施加载荷并根据载荷数据求解及划分边界条件、处理运算结果检测系统运行状态。创建有限元模型即根据作业内容设定模型标题；ANSYS软件无系统单位制，因此需要技术人员根据实际工作参数设定单位制，并保证在同一模型中具有统一单位制；ANSYS软件系统数据库中储存有不同类型的常用功能单元数据，且每种系统单元类型均具有特定编制符号，如OLID95、PLANE76；选定单元类型后需要嵌入与单元类型相符合的单元实常数，如BEAM3单元的截面面积；然后根据实际操作环境设定材料物理性能参数，如弹性模量数、材料密度、应力状态、线膨胀系数等；然后根据设定的结构创建几何模型，并根据智能网格模拟功能产生物理分析模型。 2.2对加载荷进行有限次求解 有限元模型创建好后，可直接利用SOLUTION处理器来规定结构类型和分析操作选项，然后调用数据库中的数据，对模型施加可控制调节的动态载荷数据，并根据载荷参数对有限元模型进行有限次求解并可恢复初始化状态。数据分析类型一般分为：静态、瞬态、调谐等；在ANSYS软件中对有限元模型施加的载荷可分为DOF(自由度)约束、体积载荷、惯性载荷、耦合场载荷等；求解初始化功能主要是从ANSYS数据库系统中选定相符的有限元模型以及载荷数据，来进行运算求解，然后将计算结果输入到系统数据库中存储起来以备调用。
浅谈工程优化设计 一、优化设计对建设投资的影响 1.设计方案直接影响投资 工程建设过程包括项目决策、项目设计和项目实施三大阶段。进行投资控制的关键在于决策和设计阶段，而在项目作出投资决策后，其关键就在于设计。据研究分析，设计费一般只相当于建设工程全寿命费用的1%以下，但正是这少于1%的费用对投资的影响却高达75%以上，单项工程设计中，其建筑和结构方案的选择及建筑材料的选用对投资又有较大影响，如建筑方案中的平面布置为内廊式还是外廊式、进深与开间的确定、立面形式的选择、层高与层数的确定、基础类型选用、结构形式选择等都存在着技术经济分析问题。据统计，在满足同样功能的条件下，技术经济合理的设计，可降低工程造价5%～10%，甚至可达10%～20%，如某无线电厂的多层框架结构厂房(4层)，设计单位按常规设计为独立基础，由于多层厂房荷载较大，致使独立基础的单体尺寸较大，埋深较深(-3.2m)，事后经其他设计人员分析如采用柱下条基，可节约大量的砼，并可降低埋深减少土方开挖，相比可节约投资20多万元；某两幢功能、结构、面积、基础形式均相近的综合楼，其中一幢因考虑立面效果设置了多处装饰柱及装饰线条，致使该部分费用相差10多万元，真可谓是笔下一条线，投资花万千扰。 2.设计质量间接影响投资 据统计，在工程质量事故的众多原因中，设计责任多数占40.1%，
居第一位。不少建筑产品由于缺乏优化设计，而出现功能设置不合理，影响正常使用；有的设计图纸质量差，专业设计之间相互矛盾，造成施工返工、停工的现象，有的造成质量缺陷和安全隐患，给国家和人民带来巨大损失，造成投资的极大消费。震惊全国的宁波大桥事故就是这方面的典型例证。 3.设计方案影响经常性费用 优化设计不仅影响项目建设的一次性投资，而且还影响使用阶段的经常性费用，如暖通、照明的能源消耗、清洁、保养、维修费等，一次性投资与经常性费用有一定的反比关系，但通过优化设计可努力寻求这两者的最佳结合，使项目建设的全寿命费用最低。 二、优化设计运作困难的成因 1.政府主管部门对优化设计监控不力 长期以来，形成了一种设计对业主负责，设计质量由设计单位自行把关的观念，主管部门对设计成果缺乏必要的考核与评价，有的仅靠图纸会审来发现一些简单问题，只有等出现了大的技术问题才来追究责任，而方案的经济性则问及更少。另外，对设计市场管理不够，越级、无证、挂靠设计时有发生，从而导致设计质量下降，加之由于设计工作的特殊性，不同的项目有各自的特点，所以针对不同项目优化设计的成果缺乏明确的定性考核指标。
2011年第八届苏北数学建模联赛 承诺书 我们仔细阅读了第八届苏北数学建模联赛的竞赛规则。 我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与本队以外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。 我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。 我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们愿意承担由此引起的一切后果。 我们的参赛报名号为： 3979 参赛组别（研究生或本科或专科）： 本科组 参赛队员 (签名) ： 队员1： 队员2： 队员3： 获奖证书邮寄地址： 浙江省杭州市滨文路浙江中医药大学
编号专用页 参赛队伍的参赛号码：（请各个参赛队提前填写好）： 3979 竞赛统一编号（由竞赛组委会送至评委团前编号）： 竞赛评阅编号（由竞赛评委团评阅前进行编号）：
题目旅游线路的优化设计 摘要 本文主要研究最佳旅游路线的设计问题。线路的设计主要受旅游费用、旅游时间、可游览景点数的制约。这三个因素只要有一个或两个确定，那么就能建立数学模型求出第三个因素的最优解，然后在满足相应约束条件下，设计出最佳旅游线路。 第一问是在时间不限，旅游景点数确定的条件下，设计出旅游费用最少的旅游线路。我们建立了一个最优规划模型，以最少的旅游费用游完十个景点为目标。先通过网络查出一个地点到其他十个地点的最便宜的交通费，再引入0-1变量表示游客是否在一个点住宿，从而推导出总旅游花费的函数表达式，给出相应的约束条件，使用lingo编程对模型求解。最佳路线：徐州→常州市恐龙园→黄山市黄山→舟山市普陀山→武汉市黄鹤楼→九江市庐山→洛阳市龙门石窟→西安市秦始皇兵马俑→祁县乔家大院→八达岭长城→青岛市崂山→徐州 第二问是在旅游费用不限的情况下，设计出以最少的时间游完十个景点的旅游路线。同样是建立一个最优规划模型，以最短时间游完十个景点为目标，先通过网络查出一个地点到其他十个地点最快捷的交通方式的时间，推导出总交通花费时间和在各景点的总停留时间的函数表达式，给出相应的约束条件，使用lingo编程对模型求解。最佳路线：徐州→常州市恐龙园→九江市庐山→武汉市黄鹤楼→西安市秦始皇兵马俑→祁县乔家大院→洛阳市龙门石窟→八达岭长城→青岛市崂山→舟山市普陀山→黄山市黄山→徐州 第三问是在旅游时间不限，以用2000元的旅游费用游览的景点数最多为目标。这里要引入0-1变量来判断游客是否游览某景点，再利用问题一建立的旅游费用模型，得
优化设计小论文
机械优化设计 优化设计是20世纪60年代初发展起来的一门新的学科,也是一项新的设计技术。它是将数学规划理论与计算技术应用于设计领域, 按照预定的设计目标,以电子计算机及计算程序作为设计手段,寻求最优设计方案的有关参数,从而获 得较好的技术经济效益。机械的研究和应用具有悠久的历史,它伴随甚至推动了人类社会和人类文明的发展。机构学研究源远流长, 但从古到今,机构学领域主要研究三个核心问题, 即机构的构型原理与新机构的发明创造、机构分析与设 计的运动学与动力学性能评价指标、根据性能评价指标分析和设计机构。机构 是组成机械的基本单元,一般机械都是由一个或多个机构组成。对于机构的研究, 能够为发明、创造新机械提供理论、资料和经验。而对于机构的优化设计, 使 机构具有确定的几何尺寸,能够满足运动学要求, 并能实现给定的运动规律,这 些能够为某些具体的机械设计, 使机械满足某些特定的功能提供了可靠的依 据。 机械设计是机械工程的重要组成部分，是决定机械性能最主要的因素。从 工程设计基础和目标上可将设计分为：新型设计(开发性设计)、继承设计、变 型设计(基于标准型的修改)。所谓新型设计，即应用成熟的科学技术或经过实 验证明可行的新技术，设计未曾有过的新型机械，主要包括功能设计和结构设计，是机械设计发展的方向所在，然而贯穿其中的关键环节即是设计的方法和 实现的手段。人类一直都在不断探索新方法和新设计理念。从17 世纪前形成的直觉设计过渡到经验设计和传统设计，直到目前的现代设计[1]，从静态、经验、手工式的‘安全寿命可行设计’方法发展到动态、科学、计算机化、自动化的 优化设计方法，已将科学领域内的实用方法论应用于工程设计中了。 机械优化设计基本思路是在保证基本机械性能的基础上，借助计算机，应 用一些精度较高的力学/ 数学规划方法进行分析计算，让某项机械设计在规定 的各种设计限制条件下，优选设计参数，使某项或几项设计指标（外观、形状、结构、重量、成本、承载能力、动力特性等）获得最优值。
文件编号：TP-AR-L1790 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编订：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 油田射孔枪优化改进及 应用(正式版)
油田射孔枪优化改进及应用(正式版) 使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 射孔枪是油田开采作业能否顺利完成的关键工具，是油田井下开孔的主要工具。针对射孔枪的工作原理，运用ANSYS智能优化软件对其进行结构优化设计，不断提高我国对于油田射孔枪的设计水平，对提高我国油田开采效率，满足日益增加的原油需求量，具有非常重要的意义。 射孔枪的工作原理 石油射孔枪由枪头、枪身、枪尾三部分组成，连接处均采用梯形螺纹来连接以保证具有较高的连接强度，枪身均匀分布外盲孔并嵌入定位销钉来保证射孔与盲孔位置对正。目前国内广泛应用的是聚能射孔弹
对于射孔枪的强度与结构设计要求很高，不但要严格控制对输油管道与水泥环的冲击力，还需要具有良好的发射效率来保证射孔枪具有较高的工作效率，同时合理的盲孔深度设计能够使得枪身具有较小的厚度与强度，更能够有效提高发射率。 射孔枪有限元分析 2.1创建有限元的模型 实际工作中多采用创建有限元模型来分析复杂的井下油田状态参数，具体过程可以分为：建立数学几何模型、定义结构材料特点、设计功能单元、施加载荷并根据载荷数据求解及划分边界条件、处理运算结果检测系统运行状态。创建有限元模型即根据作业内容设定模型标题；ANSYS软件无系统单位制，因此需要技术人员根据实际工作参数设定单位制，并保证在同一模型中具有统一单位制；ANSYS软件系统数据库
题1、[下料问题的优化设计]某车间有一大批长130cm的棒料，根据加工零件的要求，需要从这批棒料中成套截取70cm长的毛坯不少于100根，32cm 长的毛坯不少于100根，35cm长的毛坯不大于100根。要求合理设计下料方案，使剩下的边角料总长最短。 根据题目意义，运用优化设计理论和方法，完成设计全过程;工程问题分析：数学模型建立及特征分析：优化方法选择；优化程序设计（解析优化）；计算结果分析；结论及体会。 基于MATLAB一维优化下料问题分析 0 前言 生产中常会通过切割、剪裁、冲压等手段，将原材料加工成所需大小零件，这种工艺过程，称为原料下料问题。在生产实践中，毛坯下料是中小企业的一个重要工序。怎样减少剩余料头损失是节约钢材、降低产品成本、提高企业经济效益的一个重要途径。在毛坯下料中我们常会遇到毛坯种类多、数量大的情况，如不进行周密计算则因料头而造成的钢材损失是相当可观的。为使料头造成的钢材损失减少到最小程度，我们可依据预定的目标和限制条件统筹安排，以最少的材料完成生产任务。
1 一维优化下料问题的具体模型分析 设原材料长度为L,数量充足。需要切割成n (n≥0)种不同规格的零件,根据既省材料容易操作的原则，人们已经设计好了n 种不同的下料方式，设第j 种下料方式中可下得第i 种零件 ij a 个,又已知第i 种零件得需要量为i b 个, j x 表示第 j B 种下料方式所消耗得零件数目, j c 表示第 j B 种下料方式所得余料(j=1, 2 , ?, n, j x ∈ Z)。满足条件的切割方案有很多种,现在要求既满足需要又使所用原材料数量最少,即最优下料方案满足:μｐ=min (∑j c j x )约束条件:∑ ij a j x =i b , j x ∈Z 。 线性规划数学模型 根据线性规划算法，约束条件包括两部分：一是等式约束条件，二是变量的非负性。出变量的非负要求外，还有其他不等式约束条件，可通过引入松弛变量将不等式约束化成等式约束形式。如果是求最大值的,则松弛模型最优解对应的目标函数值必大于或等于整数规划最优解对应的目标函数值；如果问题是求最小值，则松弛模型最优解对应的目标函数值必于或等于整数规划最优解对应的目标函数值。因此对于最优下料方案模型为： []()1 1 min 1n p j j j n ij j j j j f c x a x b x z μ==+? ==???=???∈??∑∑ 由式(1)的线性规划(LP)引入松弛变量
中国**集团公司风电工程 优化设计、提高效率的若干措施 2012年，集团公司集中组织开展了优化设计、提高效率、降低造价专项活动。在活动中突出造价管理，完善制度标准和措施，建立完善的造价指标对标体系，工程造价得到有效控制，降低造价工作取得了显著的成绩。2013年集团公司将继续集中组织深入开展优化设计专项活动，并在活动中突出提高效率管理工作。 提高效率是一项复杂的系统工程，涉及到设计、设备采购、加工制造、安装调试、建设管理、生产运营等各方面。为进一步加强工程优化管理，建立完成统一的优化设计管理体系，推动优化设计制度化、标准化、程序化、常态化，提升工程管理的整体水平，实现项目全生命周期效益最大化，依据国家、行业和集团公司的有关规定，结合风电项目管理实际，提出了优化设计、提高效率的若干措施。 1、基本要求和原则 1. 风电项目管理工作应坚持价值思维和效益导向，强化前期、设计、招标采购、施工、调试、总结等各个阶段的策划和过程控制，重视设计优化，突出提高效率，建设造价低、工期短、质量优、效益好的精品工程。 2. 优化设计应遵循技术先进、经济合理、安全可靠、节约资源、节能减排、保护环境，全生命周期效益最大化原则。 3.各风电建设项目，应结合工程建设实际、针对工程特点，制定明确的优化设计目标和切实可行的实施细则，主要技术经济指标争取达到国内同时期、同类型机组先进水平。 4.优化设计、提高效率，要做到全覆盖、全过程、全方位、全员参与的四全管理，把集团公司优化设计、提高效率的各项技术措施、管理措施落实在工程建设的各阶段、各系统、各岗位工作中。 5.保证设备选型、系统布置的先进性，突出厂用电率、风功率曲线考核值等影响项目效益的技术经济指标。新建机组无缺陷移交生产，实现机组即投产、即稳定、即盈利、即达设计值的四即目标。
Through the reasonable organization of the production process, effective use of production resources to carry out production activities, to achieve the desired goal. 油田射孔枪优化改进及应 用正式版
油田射孔枪优化改进及应用正式版 下载提示：此安全管理资料适用于生产计划、生产组织以及生产控制环境中，通过合理组织生产过程，有效利用生产资源，经济合理地进行生产活动，以达到预期的生产目标和实现管理工作结果的把控。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 射孔枪是油田开采作业能否顺利完成的关键工具，是油田井下开孔的主要工具。针对射孔枪的工作原理，运用ANSYS 智能优化软件对其进行结构优化设计，不断提高我国对于油田射孔枪的设计水平，对提高我国油田开采效率，满足日益增加的原油需求量，具有非常重要的意义。 射孔枪的工作原理 石油射孔枪由枪头、枪身、枪尾三部分组成，连接处均采用梯形螺纹来连接以保证具有较高的连接强度，枪身均匀分布外盲孔并嵌入定位销钉来保证射孔与盲孔
位置对正。目前国内广泛应用的是聚能射孔弹对于射孔枪的强度与结构设计要求很高，不但要严格控制对输油管道与水泥环的冲击力，还需要具有良好的发射效率来保证射孔枪具有较高的工作效率，同时合理的盲孔深度设计能够使得枪身具有较小的厚度与强度，更能够有效提高发射率。 射孔枪有限元分析 2.1创建有限元的模型 实际工作中多采用创建有限元模型来分析复杂的井下油田状态参数，具体过程可以分为：建立数学几何模型、定义结构材料特点、设计功能单元、施加载荷并根据载荷数据求解及划分边界条件、处理运算结果检测系统运行状态。创建有限元模
第一、填空题 1.组成优化设计数学模型的三要素是 设计变量 、 目标函数 、 约束条件 。 2.函数()2 2 121 212,45f x x x x x x =+-+在024X ??=????点处的梯度为120-?? ???? ，海赛矩阵 为2442-????-?? 3.目标函数是一项设计所追求的指标的数学反映，因此对它最基本的要求是能用 来评价设计的优劣，，同时必须是设计变量的可计算函数 。 4.建立优化设计数学模型的基本原则是确切反映 工程实际问题，的基础上力求简洁 。 5.约束条件的尺度变换常称 规格化，这是为改善数学模型性态常用的一种方法。 6.随机方向法所用的步长一般按 加速步长 法来确定，此法是指依次迭代的步 长按一定的比例 递增的方法。 7.最速下降法以 负梯度 方向作为搜索方向，因此最速下降法又称为 梯 度法，其收敛速度较 慢 。 8.二元函数在某点处取得极值的充分条件是()00f X ?=必要条件是该点处的海赛矩阵正定 9.拉格朗日乘子法的基本思想是通过增加变量将等式约束 优化问题变成 无 约束优化问题，这种方法又被称为 升维 法。 10改变复合形形状的搜索方法主要有反射，扩张，收缩，压缩 11坐标轮换法的基本思想是把多变量 的优化问题转化为 单变量 的优化问题 12．在选择约束条件时应特别注意避免出现 相互矛盾的约束， ，另外应当尽量减少不必要的约束 。 13．目标函数是n 维变量的函数，它的函数图像只能在n+1, 空间中描述出来，为了在n 维空间中反映目标函数的变化情况，常采用 目标函数等值面 的方法。 14.数学规划法的迭代公式是 1k k k k X X d α+=+ ，其核心是 建立搜索方向， 和 计算最佳步长 15协调曲线法是用来解决 设计目标互相矛盾 的多目标优化设计问题的。
机械结构优化设计 ——周江琛2013301390008 摘要：机械优化设计是一门综合性的学科，非常有发展潜力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具。本文重点介绍机械优化设计方法的同时，对其原理、优缺点及适用范围进行了总结，并分析了优化方法的最新研究进展。关键词：优化方法约束特点函数 优化设计是一门新兴学科,它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案,使期望的经济指标达到最优,它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题,优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法,因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。优化设计主要包括两个方面:一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型,建立数学模型包括:选取适当的设计变量,建立优化问题的目标函数和约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式,约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系;二是如何求得该数学模型的最优解:可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值的问题。机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形态、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立目标函
数和约束条件,并使目标函数获得最优值一种现代设计方法,目前机械优化设计已广泛应用于航天、航空和国防等各部门。优化设计是20世纪60年代初发展起来的，它是将最优化原理和计算机技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新方法，就可以寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门。优化方法的发展经历了数值法、数值分析法和非数值分析法三个阶段。20世纪50年代发展起来的数学规划理论形成了应用数学的一个分支，为优化设计奠定了理论基础。20世纪60年代电子计算机和计算机技术的发展为优化设计提供了强有力的手段，使工程技术人员把主要精力转到优化方案的选择上。最优化技术成功地运用于机械设计还是在20世纪60年代后期开始，近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD），在引入优化设计方法后，使得在设计工程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益所以今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计工程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。 优化设计方法多种多样，主要有以下几种：1无约束优化设计法；无约束优化设计是没有约束函数的优化设计，无约束可以分为两类，一类是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法，如最速下降法、共轭梯度法、牛顿法及变尺度法等。另一类是只利用目标函数值的无约束优化方法，如坐标轮换法、单形替换法及鲍威尔法等。此法具有计算
优化设计与工程建设投资控制 建设项目投资控制是每个投资者所关心的重要内容之一。就工程项目建设而言，投资控制贯 穿于项目建设的全过程。从目前的投资控制来看，通过对项目建议书和可行性研究阶段投资 估算的审批和项目法人负责制的实行，投资规模得到了有效控制，象以前那种投资无底洞， 工期马拉松的现象已基本杜绝。设计阶段通过限额设计，使设计概算超投资估算的现象得到 了基本控制。施工阶段通过招标投标和施工监理的全面推行，使工程预算投资得到了合理的 确定和有效控制，通过造价咨询服务部门和审计部门对工程结算和决算的审核，剔除了其中 的不合理部分，使该阶段的投资也得到了应有的控制。但如何通过优化设计来有效控制投资，尚未得到广泛重视。 一、优化设计对建设投资的影响 1.设计方案直接影响投资 工程建设过程包括项目决策、项目设计和项目实施三大阶段。进行投资控制的关键在于 决策和设计阶段，而在项目作出投资决策后，其关键就在于设计。据研究分析，设计费一般 只相当于建设工程全寿命费用的1%以下，但正是这少于1%的费用对投资的影响却高达75%以上，单项工程设计中，其建筑和结构方案的选择及建筑材料的选用对投资又有较大影响，如 建筑方案中的平面布置为内廊式还是外廊式、进深与开间的确定、立面形式的选择、层高与 层数的确定、基础类型选用、结构形式选择等都存在着技术经济分析问题。据统计，在满足 同样功能的条件下，技术经济合理的设计，可降低工程造价5%～10%，甚至可达10%～20%，如某无线电厂的多层框架结构厂房(4层)，设计单位按常规设计为独立基础，由于多层厂房 荷载较大，致使独立基础的单体尺寸较大，埋深较深(-3.2m)，事后经其他设计人员分析如采 用柱下条基，可节约大量的砼，并可降低埋深减少土方开挖，相比可节约投资20多万元；某 两幢功能、结构、面积、基础形式均相近的综合楼，其中一幢因考虑立面效果设置了多处装 饰柱及装饰线条，致使该部分费用相差10多万元，真可谓是笔下一条线，投资花万千扰。 2.设计质量间接影响投资 据统计，在工程质量事故的众多原因中，设计责任多数占40.1%，居第一位。不少建筑产 品由于缺乏优化设计，而出现功能设置不合理，影响正常使用；有的设计图纸质量差，专业设 计之间相互矛盾，造成施工返工、停工的现象，有的造成质量缺陷和安全隐患，给国家和人 民带来巨大损失，造成投资的极大消费。震惊全国的宁波大桥事故就是这方面的典型例证。 3.设计方案影响经常性费用 优化设计不仅影响项目建设的一次性投资，而且还影响使用阶段的经常性费用，如暖通、 照明的能源消耗、清洁、保养、维修费等，一次性投资与经常性费用有一定的反比关系，但通 过优化设计可努力寻求这两者的最佳结合，使项目建设的全寿命费用最低。 二、优化设计运作困难的成因
旅游线路的优化设计 作者:
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承诺书 我们仔细阅读了第八届苏北数学建模联赛的竞赛规则。我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与本队以外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。 我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。 我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们愿意承担由此引起的一切后果。 我们的参赛报名号为： 参赛组别（研究生或本科或专科）：本科 参赛队员（签名）： 队员1 ： 队员2 ： 队员3： 获奖证书邮寄地址：
编号专用页 参赛队伍的参赛号码：（请各个参赛队提前填写好）：竞赛统一编号（由竞赛组委会送至评委团前编号）： 竞赛评阅编号（由竞赛评委团评阅前进行编号）：
题目旅游线路的优化设计 摘要 本文主要研究最佳旅游路线的设计问题。在满足相关约束条件的情况下，花最少的钱游览尽可能多的景点是我们追求的目标。基于对此的研究，建立数学模型，设计出最佳的旅游路线。 第一问放松时间约束，要求游客游遍所有的景点，该问题也就成了典型的货郎担 （TSP）问题。使用lingo编程得到最佳旅游路线为：徐州一常州一舟山一黄山一庐山 —武汉黄鹤楼一龙门石窟一秦兵马俑一祁县乔家大院一八达岭长城一青岛崂山一徐州。 第二问给定时间约束，要求设计合适的旅游路线。我们建立了一个最优规划模 型，在给定游览景点个数的情况下以总费用不限，时间最少为目标。再引入0 —1变量表示是否游览某个景点，从而推出交通费用和景点花费的函数表达式，给出相应的约束条件，使用lingo编程对模型求解。推荐方案：徐州一恐龙园一舟山一黄山一庐山—黄鹤楼一秦兵马俑一龙门石窟一乔家大院一八达岭长城一青岛崂山一徐州。 第三问放松时间约束，要求游客在总费用低于2000元的约束下游览最多的景 点。在第一问的基础上建立模型，并增加总费用低于2000元的约束。使用lingo编 程得到最佳旅行路线为：徐州一常州一武汉一洛阳一西安一祁县一北京一青岛一徐州。 第四问给定时间约束，放松对总费用的约束。我们在第二问的基础上建立一个最 优化模型，以时间最少为目标。再引入0 —1变量表示是否游览某个景点，从而推出交通费用和景点花费的函数表达式，给出相应的约束条件，使用lingo编程对模型求 解。推荐方案：徐州-常州-九江-武汉-洛阳-西安-祁县-北京-徐州。 第五问给定时间、总费用小于2000的双重约束。我们在第三问、第四问的基础上建立模型，以在规定时间内，规定总费用内，以游览最多景点为目标。使用lin go 编程对模型求解。推荐方案：徐州-常州-舟山-黄山-九江-武汉-洛阳-西安-徐州 关键词：最佳路线TCP 问题景点个数最小费用
5．埕岛油田射孔参数优化设计 自1932年美国加利福尼亚州洛杉矶MO油田首次采用射孔完井以来，至今已有65年的历史，目前它已成为国内外各油田所采用一种最主要的完井方法。从整个钻井、开采、采油过程来看，射孔完井是这个大系统中的一个子系统，而就射孔完井本身而言，所要考虑的因素也是很多很复杂的；因此必须把射孔作为一个系统工程，针对不同储层和油气井特性，优化射孔设计和射孔工艺。射孔对油井产能的大小有很大的影响。如果射孔作业得当，可以在很大程度上减少钻井对储层的损害，使油井产能达到理想；反之会对储层造成极大的伤害，从而降低油井产能。射孔参数优化设计的目的就是针对不同的储层和不同的射孔目的，对射孔器、射孔条件、射孔方法进行优选。对于埕岛油田SH201井区来说，必须考虑砾石充填防砂完井的特殊性，把防砂的因素考虑到整个射孔系统中来，把油井出砂与否作为射孔优化设计的约束条件。 5.1射孔系统对油气井的影响 5.1.1射孔过程对油气井产能的影响分析 射孔时聚能弹产生的高速高压金属射流穿透套管和水泥环进入地层，形成一个孔道。套管、水泥环、岩石受到高温、高压射流冲击后变形、破碎和压实，在射孔孔道的周围就会产生一个压实损害带。一般情况下这一压实损害带厚度约为0.64~1.27cm，渗透率下降为原始渗透率的7%~20%，如图5-1所示。 图5-1 射孔损害示意图 由于射孔过程中通常可形成压实带及固相堵塞，因此增大了地层流体流向孔眼的流动阻力，从而降低了油井的生产能力。
5.1.2射孔几何参数对油井产能的影响分析 射孔几何参数包括孔密、孔深、孔径、射孔相位、布孔格式等参数。若射孔几何参数选择不当，将会引起流动效率的降低。对于防砂射孔完井来说，孔密和孔径相对更重要一些，它们对油井的产能的影响比较大。 射孔几何参数越不合理（如孔密很低、射孔相位少、孔深很小等），附加压降将很大，油井的产能将越低。 5.1.3射孔压差对产能的影响分析 正压射孔可使井筒内的流体在正压差的作用下侵入储层，若流体是损害型的，将对储层造成严重的伤害。同时射开的孔眼得不到清洗，一些固相物质堵塞在孔道内，使孔眼导流能力下降。而过大压差的负压射孔可能会造成胶结疏松地层微粒运移、堵塞吼道。并使疏松地层出砂和坍塌，从而产生极大的地层伤害。所以，只有选择合适的负压射孔才可以避免有害流体的侵入，还可以使地层流体在射孔的瞬间由负压差的作用形成较强的冲洗回流，冲洗射孔孔道，减轻压实影响，从而提高射孔井产能。 5.1.4射孔液对产能的影响分析 射孔液对地层的伤害主要包括固相侵入和液相侵入两个方面。侵入的结果是降低地层的渗透率。如果射孔弹能够射穿钻井泥浆污染带，地层在受到钻井伤害以后，再进一步受到射孔液的伤害。液相侵入地层的伤害主要表现在：地层粘土矿物发生水化、膨胀、分散、运移；与地层液体作用发生乳化及化学沉淀；发生水锁及贾敏效应；岩石的润湿反转等。液相的侵入不仅降低地层的绝对渗透率，还可能使油的相对渗透率大大降低。 5.1.5砾石充填对油井产能的影响分析 油气在砾石充填射孔孔道内流动时，流动是线性的，并可产生明显的压力降。经过分析研究,此压力降可用以下的关系式来表达： 2 2 13 5 210 1.96220.0888 .010 5014.1? ?? ? ????+??=?--t o o p o g t g o o o p A q L B A K q B L P ρβμ （5－1） 式中： t A --孔道总的横截面积,2m ； o B --原油体积系数，无量纲；
作业 1. 阐述优化设计数学模型的三要素。写出一般形式的数学模型。 2. 阐述设计可行域和不可行域的基本概念 3、无约束局部最优解的必要条件？ 4. 阐述约束优化问题最优解的K-T 条件。 5. 给出图中的可行设计点、边界设计点和不可行设计点。 6题图 二维设计空间 6、根据逼近思想所构造的优化计算方法的基本规则是什么？ 7、数值迭代计算中，通常采用哪三种终止条件？ 8. 对于约束极值问题 ()()()()()0 04s.t. 3min 1322221122 21≤-=≤-=≤-+=+-=x g x g x x g x x f x x x x 试运用K-T 条件检验点()T *02=x 是否为约束极值点。 9. 说明函数梯度的性质。 10.将优化问题 ()()()2 22143min -+-=x x X f ()05211≥--=x x X g ()05.2212≥--=x x X g ()013≥=x X g ()024≥=x X g 的目标函数等值线和约束曲线勾画出来，并确定： （1）可行域的范围(用阴影线画出)。 （2）无约束最优解()1*X 、())*(1X f ，约束最优解()2*X 、())*(2X f 。 （3）若再加入等式约束()021=-=x x X h ，约束最优解()3*X 、())*(3X f 。 10. 如图所示为机床主轴计算简图。在设计时，有两个重要因素需要考虑，即主轴的自重和伸出端C 点的挠度。试建立机床主轴以主轴自重最轻为目标的优化设计数学模型。其 中，C 点的挠度：()EI a l Fa y 32+=；() 4464d D I -=π；E 为弹性模量。材料的密度为ρ；外力F 给定。 s.t.