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工程结构优化设计概述范文1
【关键词】结构优化设计；房屋建筑；应用；分析
随着我国社会经济的不断发展，人们不仅对自身物质方面的要求有所提高，精神文明建设也逐步成为一种标准与时尚。对于人居环境方面的改善主要体现在于建筑的结构设计与美观设计之间相互协调、密切配合的表现。建筑工程结构设计的基本要求在于建筑结构应具有适用性、安全性、经济性、美观性和便于施工等几个方面的特点和作用，而本文所讲的建筑结构优化设计是基于以上基本要求作更进一步、更深层次、更为合理地建筑结构设计，使建筑工程既能够满足美观造型、结构安全和经济规划等方面的实际意义，还能够归根结底地提供服务于人民一个良好的生活居用环境。
房屋建筑工程的结构优化设计内容主要是通过对建筑基础结构、屋盖系统结构方案、围护系统结构方案以及一些其他细部结构等方面的综合设计过程，强调一切以从实际出发为基本原则，并结合实际工程情况，以计划成本控制为中心的结构优化设计理念。
具体的建筑结构优化设计首要的工作是要建立起一种关于结构优化设计的模型，我们必须认识到建筑结构设计优化就是在各种不同的影响变量参数中的若干关键参数，利用这些关键参数建立起来的函数模型，然后通过科学的计算手段得到函数模型的最优解，一般建立函数模型的程序有设计变量的选择、目标函数等办法。在得到结构优化设计模型之后的主要工作内容是要制定一套科学合理地计算方案，通常认为建筑结构优化设计应属于一种非线性的优化选择问题，可以通过采取拉氏乘子法等数学统计等方法手段进行优化设计模型最优解的计算，计算得到最优解之后就可以确立最终的建筑工程结构设计的优化结果方案。
房屋建筑结构优化设计的意义在于可以有效降低建筑工程的总成本造价和提高建筑工程结构的经济性两方面。相对于传统的建筑结构设计方法，采用建筑工程结构设计优化技术方法可以有效降低工程成本造价25%左右。如对多层或高层建筑物进行结构设计优化，由于层数越多单位建筑面积自然就会越少，从一定程度上还是可以做到节约土地占用的成本费用就是一例。结构优化设计技术的实现可以对施工材料的性能利用更为合理化，使得建筑工程结构内部各个不同单元之间的相互协调更为充分，从而提高了建筑工程结构设计的经济性。
2 结构优化设计技术在房屋建筑中的应用
结构设计优化技术应用于实践应用是目前一个比较重点的课题之一。主要是利用结构优化设计技术是在不改变房屋建筑的使用性能的前提下能够达到降低工程成本造价和提高经济性的目的。结构优化设计技术在一个建设项目中的应用还是比较广泛的，一般应用于项目的整体设计、前期设计以及抗震设计等各个分部阶段过程，通常都可以发挥一定的效益。但是，在应用结构优化设计技术的同时，我们还需要对一些在实践过程中的问题进行重点关注：
2.1 结构设计优化技术的应用需注意到前期的参与
房屋建筑项目的投资计划在实际工程中的影响因素非常复杂繁多，前期方案确定的质量好坏会直接影响建筑项目的总投资成本，而就目前普遍存在的前期方案的确立问题就是在前期方案阶段结构优化设计技术并不参与其中，相关设计人员在进行房屋建筑结构设计时往往会忽略或不考虑建筑结构的合理性和可行性，这样的建筑结构设计结果会对结构设计造成直接的影响，在后续的结构设计工作中往往被增加了结构设计的困难度且在建筑项目总投资上增加了一定的成本。想象一下，如果在房屋建筑结构设计方案确定的初期，结构优化设计就能完全地参与其中，那么我们就能从容地针对不同的建筑类别要求，优化选择合理地结构形式和设计方案，一定可以避免以上情况的发生。
2.2 结构设计优化技术与建筑工程结构设计针对于同一建筑工程结构设计方案都均匀许多种不同的结构设计布置情况。如果已经确定了建筑结构设计布置的建筑工程，也有在同种荷载情况下存在不同的分析办法。在一般的分析过程中，对于设计的参数、设计的材料以及设计试验承载能力的取值都不是只有一种取值情况。尤其是在处理一些建筑工程细部结构的设计问题时，还须面对计算机无法解决等情况，作为设计工作人员就不得不通过自身的判断能力根据结构设计规范的规定内容与指导展开设计。因此可以看出，结构设计优化技术主要应用于没有具体的数值量化的情况中，一般在采用概念设计方法的实际情况是可以通过有效数值作为一种辅和参考性的设计依据，以避免在设计过程中出现较大的误差或偏差，并利于设计结果能够达到最佳的效果。
2.3 概念设计能够处理的实际建筑工程结构设计问题是非常广泛的，我们所期望的是能够通过概念设计，房屋建筑工程结构能够在遭遇各种不同外部荷载作用下不会受到严重破坏或能够将破坏程度降到最低。因此，在分析如何能够应对建筑工程在一定期间内所有可能遭遇的各宗不确定的破坏因素应该成为概念设计的一项重要内容。尤其是在拟建工程项目地区内的地震活动作用最难以捉摸清楚，且地震的破坏作用通常也非常大，所以在对房屋建筑结构设计工程中必须要了解到拟建工程所在地区内在一定历史年限内的地震活动等一系列自然灾害的发生情况，然后充分考虑到建筑工程结构设计一些有助于提高建筑整体结构抗震能力的措施办法，而且应主要避免设计不利于抗震效果的结构做法。因此，在房屋建筑工程结构设计工程中必须要在整个设计过程中贯穿一种抗震设防的思想且以概念设计作为重点指导设计。
2.4 房屋建筑下部地基基础结构设计优化首先任务是要选择一套合适的优化方案，如果是深基础，那么就需要先对拟建工程施工现场的地质勘察情况全面了解到，然后再综合其他现场场地的条件因素进行基础选型及埋深等设计，这样做可以有效节约造价成本。
3 结束语
结构优化设计技术在房屋建筑中的应用，随着社会经济的发展、生产技术水平的提高以及人们对于居用建筑功能要求的不断改变，目前已经得到了极大的推广与发展。结构优化设计工作同样是一项事无巨细的工作，只有在今后更多的实践中不断积累经验，发现问题和解决问题才能够在未来的房屋建筑工程结构设计竞争中占得先机。对于专业设计人员来说要把提高设计质量作为终身奋斗的目标，为国家建设行业贡献自己的力量。
参考文献
[1] 张炳华，王亚飞；土建结构优化设计[M]；上海：同济大学出版社；2008，11（07）：34 - 36
[2] 张友鸿；优化结构设计减少建筑投资成本[J]；陕西建筑；2008，09（11）：12 - 13
[3] 王鹏远，林振国；工程结构与系统抗震优化设计的实用方法[M]；北京：中国建筑工业出版社；2007，13（11）：35 - 37
[4] 卢晓菲，黄淼，唐宏；房屋加层外框架结构方案的优化设计[J]；哈尔滨工业大学学报；2009，07（04）：102 - 104
作者简介：
工程结构优化设计概述范文2
关键词：建筑结构设计；优化方法；应用
1引言
随着我国人民经济水平的不断提高，对住房质量要求不断增加，人们开始重视房屋建筑的美观性、经济性、实用性。就目前情况来看，在房屋建筑工程建设的过程中，因为施工的机械化，建筑结构构件的工厂预制、加工所占比重不断减小，大部分施工工序以及购件需现场进行施工，这样就导致建筑工程施工周期增长，施工难度不断提高。所以，在建筑结构设计的过程中，可以采用结构优化的方式，不断提升工程施工的便利性，同时采用结构优化设计的方式，增加建筑工程的稳定性与经济性。由此可见，再进入结构设计集中加强优化方式的运用是非常重要的。
2建筑结构设计优化技术概述
建筑结构设计的主要内容是在房屋建筑工程实际施工过程中，有限的利用科学技术，优化建筑结构设计，将空间的利用率不断增加。在建筑结构时候画设计的过程中，必须保证空间布局以及设计之间关系的合理性、科学性、专业性。随着信息技术的不断发展，设计技术的要求不断提升，必须加强对设计技术的创新。就目前情况看，建筑结构设计优化技术，主要是对建筑整体进行优化，在建筑结构设计的过程中优化技术，起到了非常重要的作用。在设计中，建筑结构设计主要是各种建筑设计的依据和基础。为此，建筑结构设计，需要根据建筑工程的实际情况进行。，在结构设计的过程中加入优化技术的应用。着重体现经济效益以与质量效益。在具体的建筑结构设计过程中，需要进行长远的考虑，保证建筑方案整体的合理性。这样在现有的结构设计的过程中可以节省30%的费用。在一定程度上，有效地节省了经济成本，避免经济失衡情况的发生。建筑结构优化设计的进行，还可以协调施工过程中各个部门之间的关系，合理的使用施工资源，提升资源的有效利用率，保证建筑工程结构的整体性、安全性、经济性，有效地提升建筑工程的应用价值。
3建筑结构设计优化方法的必要性
将建筑结构设计优化方法应用到房屋结构设计过程中，可以使建筑工程项目的施工成本得到有效的控制，保证建筑工程的美观性、实用性。对建筑施工企业来讲，希望可以用最少的投资得到最大的经济效益，所以，必须保证建筑结构设计的安全性、科学性、合理性，这样就必须加强对建筑结构设计的优化。与传统的房屋结构设计相比，结果优化设计方法具有以下优点：1.有效地保证了建筑结构的安全性；2.科学合理的协调建筑结构内部的全部单位；3.科学合理地使用建筑施工材料；4.时间煮，施工成本降低6％～35%。在建筑房屋结构优化设计的过程中，合理的使用优化设计方案，能够有效地保证建筑物的使用价值，提高建筑物的经济价值与环保价值。在优化方案过程中，节省建筑单位的资金投入，降低建筑工程施工成本。建筑结构优化设计与传统的房屋结构设计相比，能够增加施工企业的经济效益，为用户提供更好的居住环境。通过优化建筑工程结构施工中的各种资源，比如建筑施工材料、结构布局等，实现结构与施工材料的有效结合，共同发挥建筑结构优化作用。建筑物的面积随着建筑物层数的增加而不断提高，想要保证建筑工程具有良好的实际效果，就必须加强建筑结构的优化设计，采用最佳的优化方案，提高建筑工程结构的质量。
4建筑结构优化步骤分析
4.1构建优化模型
首先，科学的选择建筑结构设计变量。在变量选择的过程中，应该将影响建筑结构设计的参数作为变量。比如，建筑物的损失期望值、建筑结构造价值、建筑结构设计的可靠性等进行严格的控制，这些技术相关的目标参数，又是建筑约束控制的参数值。对于建筑结构设计中影响范围较小、变化面积较小的因素，可以将其视为部分设计参数值；在具体的实践过程中，可以采用用预定是参数来表示，并将其作为依据来减小设计，计算变量，减小建筑结构设计方案编制过程中的工作量，有效地提升设计工作效率。其次，目标函数的确定。在进行建筑结构设计优化时，应该找到符合相关规定的尺寸和条件的钢筋截面面积、已经失效的概率函数，通过这种方法可以有效地减少建筑施工成本的浪费。最后，科学地确定约束条件。在建筑结构优化设计过程中，应该有效地保证建筑结构的安全性、整体性、科学性，合理地确定建筑结构约束条件。在建筑结构设计中，应该对目标的性质、实际应用性质等约束条件科学化的进行对比与分析，保证相关约束条件能够有效地满足建筑施工的整体要求，以保证建筑结构设计的最优化。
4.2结果分析
建筑结构设计优化过程中最重要的一步就是结果分析，对计算机中获得的各种数据进行详细的分析，根据分析的结果制定优化设计方案。在建筑结构设计优化的过程中，需要对各种因素进行综合的考虑，努力的完成建筑结构优化设计工作。在建筑施工的过程中，会应用到大量的资金、劳动力，优化建筑结构的主要目的是在最大程度上讲的上述指标，并且保证建筑工程施工的质量。所以，在建筑结构优化设计的过程中应该加强对以下几方面的重视：第一，明确建筑涉及与经济之间的平衡点，有效的降低两者之间的矛盾，在高新技术的应用下降低经济费用的支出；第二，要加强理解高新技术对经济效益带来的影响，必须认识他技术的进步与发展，有效的降低了不必要经济的支出，所以，必须加强对技术发展的重视。
5建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用
房屋建筑工程施工过程中，特别是结构优化设计时，其主要目标就是加强建筑结构设计的功能与建筑施工的质量，并在此基础上加强建筑工程建设的经济效益，为此，应该在建筑结构设计中不断提高专业技术的能力，采用先进的设计技术，合理的选择设计方案，并对建筑结构进行优化设计，以此来保证建筑结构的安全性、使用性、经济性。
5.1对建筑结构整体与局部的优化
在进行房屋的建筑设计过程中存在着复杂性、层次性这两个特点。首先，从房屋建筑结构的复杂性来说，要注意选择建筑材料，材料必须符合使用标准，还要结合具体情况，选择建筑结构类型；其次，从建筑结构设计的层次性来说，要对建筑内部做出整体优化，可从建筑局部的结构设计、建筑使用设备、电气设计、安装体系等方面着手。除此之外，可将整体结构设计与局部结构设计同时进行优化，由此形成一个综合性的结构体系，这样一来能够使房屋的安全性与合理性得到提升，而且能够减少不必要的浪费，另外，要尽力保证建筑结构整体的协调优化，保证建筑的截面面积与建筑高度相协调，避免出现墙位错误的现象，在设计过程中，还可以适当运用几何结构，从而使建筑达到简洁、美观的视觉效果。在电梯和楼梯的设计过程中，要保证其稳固性，可以在减轻其自身重力的同时注意对材料的选择（选择承重能力较强的材料）。无论是进行整体结构优化还是局部结构优化都需要制定出合理的结构方案，另外，“部分决定整体”，设计人员可通过先做好局部设计方案，经过整合之后再完成整体设计，达到局部带动整体的效果。
5.2柱网布局和平面布置的优化设计
在建筑结构优化设计过程中采用柱网布局，柱网布局决定了柱子之间的跨度（纵向或者横向相邻的两个柱子之间的间距），柱网的尺寸通常在5.4米到10.5米之间，如果柱子之间的相邻距离较小那么其传力途径就会变短，殇，不说要复合的面积就会变小，跨中弯距变小，梁高度变低，但是这样会导致柱子的数量变多，建筑内部空间变小，停车场车位配置效率降低。所以，柱网布局是否合理，对建筑工程的综合造价及建筑上部结构有很大的影响。此外，柱子的截面形状与尺寸对工程造假也有着非常大的影响，所以合理的使用柱网布局、柱子截面的形状以及梁系的布置对工程造价的影响是非常明显的。下面我们将结合某工程地下室的布置情况进行分析。首先，以地下室顶板为例，当顶板的厚度、荷载、柱子间距离相同时，次梁截面积及布置方式也相同的情况下。方案一采用的是400x800的主梁，方案二采用的是400x900的主梁。在方案一中混凝土的使用量是0.38，方案二的混凝土使用量是0.39，相对比方案一的混凝土使用量较小，但是钢筋的使用量40.95比38.81多了部分，这样只是从数值上很难进行比较，我们再根据最新的施工材料造价信息单价进行比较，三级钢3600元／顿，C30混凝土320元／㎥，经过比较之后发现：方案二在经济上更具有优势。同时也对，工程本身的实际情况进行综合考虑，最终选用了方儿的结构布置进行设计。然后将地下一层为例，在荷载、柱子的距离、顶板的厚度相同的前提下，分别采用不同的结构布置方式进行设计，方案一采用的是“井”字梁系，方案二采用的是单向次梁系，通过相应的计算数据显示，方案一混凝土使用量0.29大于方案二混凝土使用量0.25，同时方案一钢筋含量26.59也大于方案二钢筋含量23.8，所以，该地下工程梁系布置方案使用的是方案二布置方式。
5.3建筑物下部地基基础结构的优化设计
这对建筑工程下部地基基础结构进行优化设计的过程中，设计人员必须选择合适的设计方案，比如，结合建筑工程实际施工情况选择最佳的桩基础类型，尽量降低施工工程造价，在按照桩基础顶端持力层的厚度对灌注桩的长度进行科学合理的选择，对集中优化设计方案进行合理的对比，进一步选择出最优化的设计方案。比如，某建筑物结构的原设计时用的是桩筏基础，通过对该结构的设计进行优化，将桩筏基础改为桩基础。设置两桩承台、三桩承台、四桩承台和梁式承台。在对这部分进行优化设计的过程中，需要考虑的是基础力度传递的最短路径，但是需要保证总沉降值和不均匀沉降值。桩筏基础相对于桩基础来讲，增加了一块整体的筏板，将整体受力转变为局部受力，增加了传递的途径，但是也增加了施工材料的使用量，虽然浪费了施工材料，但是可以有效地控制不均匀沉降。根据地建筑工程实际情况来讲，如果需要同时满足总沉降、不均匀沉降以及地基承载力的要求，使用天然基础会比使用桩基础更好，并且施工方法简单，施工时间短，所使用的费用也相对便宜，不失为一个好的选择。
5.4做好后浇带设计
通常来说，在进行地基结构的设计过程中，设计人员需要根据混凝土的具体情况与施工现场的土质相结合，之后确定科学的后浇带方式，为了避免混凝土结构出现变形以及由于混凝土不均匀沉降而出现开裂的现象，对后浇带进行合理的使用，除此之外，在这一过程中，要保证地基的基础层一直到房屋顶板与后浇带设置在同一个区域内，还有一点要求就是确保混凝土的等级适当的高于两侧混凝土。在后浇带施工完成之后，要在保证混凝土强度达标的情况下开展后期的施工，而想要混凝土的强度达到规定，要求工作人员认真工作，保证后浇带呈现出完全封闭状态，待混凝土强度达标后，拆除支撑。另外，在地基的实际施工过程中，会受到各种因素的影响，比如由于结构应力出现集中效果减弱情况，混凝土受到温度变化的影响，可能会出现裂缝现象，所以这就是使用后浇带的目的，但是，在施工中，部分地基工程项目中有的无法使用后浇带，这需要设计人员做好相关工作，首先，需明确后浇带所具有的断面形式；其次，根据水位的不同区域，在后浇带的下方安设防水板。
6结束语
随着我国时代的发展和经济水平的不断提高，我们在保证建筑的安全性和实用性的同时对建筑的美观性和和经济性方面的要求也正在不断地提高。既要保证建筑安全、实用，还要做到建筑经济、美观，与此同时也要加强对施工便利性和时效性的考虑。所以对要建筑结构做工完整的优化设计也是十分重要的。而完善合理的建筑结构优化设计可以让这些要求全部实现并且统一化。在这篇文章中，作者结合了自己的亲身工作经验和学习到的相关知识，对房屋建筑结构优化设计进行了全方面的介绍，并且阐述了对建筑结构优化设计的方法和房屋结构设计的方法的应用。
参考文献:
[1]张叶红.关于建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用探究[J].门窗,2014(11).
[2]王也.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].中华民居(下旬刊),2013(3):81～82.
工程结构优化设计概述范文3
关键词：机械优化设计 智能CAD 优化模型
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（c）-0013-01
在机械优化设计中需要对参数模型进行求解和优化，特别是在大型的复杂的设计项目中，需要重复建模、重复优化模型。除了遗传算法等数学方法使用外，CAD技术应用对复杂的机械设计优化问题取得了较好的效果并产生了很好的经济效果。
1 机械优化设计中的CAD技术
单体机械机构的优化对象主要是零件的结构优化，涉及的学科少、优化的功能单一，优化的过程只限于结构设计和机构构成之间的关系。对于复杂的机械设计，优化的对象对体现整体优化思维，即整体优化大于局部优化。在这个过程中就需要采用合理的手段和方法优化的范围综合起来。计算机辅助手段日臻完善，在优化设计中把原理方案、功能，结构方案、总体参数以及结构性状的全部设计包含在内，真正的做到全局优化。
复杂的结构设计计算复杂、方法多变，涉及多学科多目标，而优化更要在这些方法找到更有效的方案更为困难。因此单一的方法来解决整体的优化问题肯定不行，但是采用CAD进行整体的优化和分解协调优化，通过模型建立，减少计算缩短优化时间。在结构优化中器件多，耦合度高，利用CAD技术可以在结构优化中应用网状分解的方法，将其分解，这种分解方法除了提高CAD利用效率之外还可以解决优化过程中的交叉学科问题，例如利用CAD机械设计的协同优化。在整体优化中目前的CAD技术还没有形成普遍使用的分解方法，因此分解的正确性并不是可以控制的，这成为CAD的在机械优化设计中应用的瓶颈。但是优化设计分层优化取得比较好的效果，由此建立起来的CAD优化发展。
2 CAD机械优化设计建模应用
机械产品设计优化技术就是设计者借助CAD技术将设计形体可视化、模拟化、可修改、可分析优化，进一步通过计算机辅助优化实体模型。产品的优化可以在CAD中进行三维几何重现，优化设计通过三维虚拟优化，采用几何模型描述对象的位置、结构、大小和性状，并寻求最高效的组合途径，通过优化的赋值可以将对象的颜色、纹理等信息进行详细描述，优化产品的原型，在这个过程中CAD的建模优化是最常见的优化方法。
2.1 参数建模优化
这种优化是通过工程关系以及几何方法在CAD中给予产品的性状特征，从而可以在产品功能上和设计方法上寻求类似的模型，通过模型的优化达到设计优化。在CAD中建立产品与参数之间的关系，而参数作为变量形成变量集合。在优化过程中通过参数的变化影响设计对象的变化，参数优化模型采用修改和定义的几何建模。参数建模优化包含工程优化、拓补结构优化、尺寸优化等，这些都是CAD参数建模优化中需要考虑的因素。
2.2 特征建模优化
这种优化是在CAD环境下从整个设计的各个阶段来优化设计，可表述为集成优化。进行集成优化需要在CAD条件下建立系统的、完整的、全面的描述需要优化的信息，使得各种特征能够从设计中显现优化的策略。特征建模优化可以明确的表示优化逻辑关系、互动关系以及关联特征方面进行表述和描述。特征建模优化能够在CAD环境中建立高层次的产品功能要素，对优化的信息进行联动管理，体现设计优化中，对形状、结构等复杂产品优化建模是思想，将产品的多特征进行特征分解，根据分解的特征相互建立优化途径，通过特征之间的运算达到优化整个设计的目的。
3 具备知识库智能CAD在机械优化设计中的发展
优化设计是一个高度智慧的创新的活动。CAD技术系统引入知识库，产生智能的计算机辅助设计系统，这成为ACD机械优化设计的发展方向之一。知识库智能CAD能够在信息优化、知识优化的基础上建立基于优化思维的知识库。它能够及时对优化设计的方向进行评估，利用知识库的评价机制，实现信息的交换和共享，解决优化设计中对信息和知识和需求。机械设计问题是模糊的，而优化的方式和途径也多样，对复杂产品进行优化，建立知识库信息获取、组织和表达。因此具备知识库智能CAD快速发展，为CAD在机械优化设计领域提供了新的途径。在机械优化设计中，设计不仅具有创意，而且优化应具备整体性和科学性。优化设计可以根据优化的途径分为优化搜索和优化创新。优化搜索可以根据各种方案选择一种最好的组合达到优化目的。在知识库智能CAD中具备的专家系统，采用参数匹配、信息匹配、结构匹配的方法将优化的产品进行搜索，选择最优的设计方案，遍历知识库中相似结构的模型。如果知识库建立的足够大，足够科学则搜索优化的优化度更高；优化创新是直接通过知识库得到最佳的优化结果。这种优化方法可以通过CAD的知识库，将设计的参数、模型、结构导入直接产生优化结果。但是不论是那种优化方法都要依据设计的原始信息，根据实际情况综合分析智能CAD优化结果，得出优化设计的方案。
4 神经网络智能CAD在机械优化设计中的发展
在优化设计中如果将优化的任务进行分解，形成各阶段优化的方案过多，而后面的的优化组成数量也迅速增加，这样就容易形成优化组合爆炸。在优化设计中面临如此大的优化结构时，往往需要更高层次的归纳和综合，对综合的信息进行少量分析即可找到优化的决策。一般CAD的优化只能在参数、简单结构等方面进行优化，而在如此复杂的框架优化、整体优化中显然不能满足优化要求。因此具备神经网络的智能CAD能够将设计的信息通过人工网络结构进行优化决策方式进行模拟。将优化的各层次和任务进行网络串联，共同完成阶段的优化工作。
5 结论
计算机辅助设计是机械优化设计的必要的工具。在知识库研究、神经网络研究、以及模糊控制研究方面已经取得了很多经验并发挥了巨大的经济效益。在优化设计中需要借助CAD这个途径将这些研究的思维移植并实现将大大提高CAD机械优化设计的效率，产生很大的经济效益。
参考文献
工程结构优化设计概述范文4
【关键词】计算结构力学；结构优化设计；结构虚拟实验
1 引言
结构力学是固体力学的一个分支，主要是研究在各种荷载、支座位移、温度变化等因素作用下，计算工程结构的刚度，稳定性以及强度的一种计算方法以及其组成规律的一门学科。传统力学有一定局限性，含义比较狭窄。在计算机出现之前，结构力学只能通过一些数学方程式，简化计算方法，进行大量实验来得到使用公式。而当第一台计算机在美国出现，这一切都发生了巨大的改变并使结构力学得到了迅速的发展。
计算结构力学在各种大型结构上都非常有用，可以整体分析各种工程结构，还可以不再被动地对其进行优化，二次设计，并提高了计算分析的正确性。可以说在工程科学中，计算结构力学的发展具有划时代的革命性意义。
飞机是人类在20世纪所取得的最重大的科学技术成就之一。现代飞机是一项极为复杂的工程系统，综合运用了各个方面最新的工程技术，力学在飞机设计中，是最为重要的一项工具之一。20实际60年代计算机的发明，使其可以计算更加复杂的程式，使飞机的各项设计更加精确和优化，并且与其他各种设计工艺相结合，产生了基于计算机的一体化设计方案。航空技术迅猛发展，对飞机的设计也有了更高的要求，要遵循结构上的耐久性和损伤容限设计，还需更安全，更轻量化。结构要达到飞机可以承受的应力水平外，细部的抗疲劳能力也是决定飞机寿命的一项重要因素。
2 计算结构力学在飞机强度领域的发展
2.1 发展历程
在航空界，计算结构力学主要作用于以下几个方面。辅助材料设计，结构试验和优化，复杂现象机理以及预计真实环境下飞机的性能和寿命等。
国际上，从五十年代起步，计算结构力学大概可以分为四个发展阶段。第一阶段主要是用简单的力法和二维三维位移有限元法来开发结构分析程序；第二阶段，目前市场中广泛运用分析软件如MARC、NASTRAN等都是在60年代开发出来并投入市场的，技术上，使用数值求解器使得线性静力等问题也得到了解决；第三阶段，计算机技术又发展到了一个新的阶段，各种处理软件，优化技术以及辅助设计系统都得到了完善和扩充；第四阶段，90年代至今，网络时代的迅速发展，使得各项综合科学技术都得到了全面的发展提高。
在国内，航空领域从70年代末起步就立刻快速发展起来，设计人员先后开发出如HAJIF、VEP等不逊于国外的结构分析软件，进入90年代，“计算机辅助分析系统CATAS”的问世，更是大大缩短了计算结构力学与国际上的差距，计算机进一步发展，可辅助试验设计，进行分析评估实验数据，并在分析结构破坏等方面都起着不可忽视的作用。
2.2 结构优化设计
结构优化设计在计算结构力学中是很重要的一环，广泛应用于航空领域。现代飞机制造的要求越来越高，在使用寿命，重量，机动性等方面的标准也越来越严格，为达到要求，各种适用于各个阶段机身制造的尺寸优化软件应运而生，使优化设计发展的尤为迅速。在概念设计阶段，结构优化主要是形式、材料等来进行布局优化设计，关键点在于参数化建模。主要是通过分析各种材料结构的弹性模型，计算其参数的变化，从而修正模型结构。
研制新型飞机的过程中，为了使分析与优化达到一体化程度，发展结构多层次细节的优化设计是非常重要的。根据飞机的航程、升限、飞行速度等性能的要求，在总设计中要综合考虑到多方面的情况，初步布局好相应的几何结构，然后按照此结构布局，进一步优化截面尺寸，对结构的有限元进行计算其在外载荷下的响应，并且对于一些细节部分，需要特别着重关注，对其关键部位进行进一步的优化分析。
飞机的设计是先进而复杂的，航空领域的结构优化设计已经从单一学科发展成融合多个学科的综合性优化设计。目前有三种方法。第一种方法适用于交叉学科研究。通常在涉及到两到三个交叉学科时，以其中一个为主，其他为辅。第二种方法是利用简单的分析工具，用一个计算机程序集成分析不同学科的设计内容，从而减少计算难度。第三种方法是改变单学科程序，综合优化设计整个系统。如利用我国自主研发的COMPASS系统为平台，进行气动弹性剪裁，就是第一种方法。第三种方法主要用于结构和启动学科的耦合设计。这要求设计者必须具备全面综的综合考虑各个学科之间的耦合关系的能力，根据其耦合关系，分解系统，调控框架，从而进行全局优化。
本质上，协同优化就是把一个多学科综合的复杂的设计问题分解为各个学科内的问题，然后通过某种办法来协调解决各个学科的设计结果。原有的问题被协同优化为两级。一个系统级和多个学科级，学科级之间并行。学科级应满足其自身所要求的约束条件，并且达到与系统级分配的目标函数差距最小的要求，经过学科级优化以后，再回传给学科级。从而使各个学科级子系统的差异性越来越小，达到最后最一致的设计结果。
3 飞机结构虚拟试验及展望
飞机结构强度虚拟试验是飞机制造中非常重要的一个环节。计算机结构技术使飞机结构分析技术得到了迅猛的发展，CAD/CAE等技术使传统的飞机制造流程得到了改变。有限元技术可以在设计飞机数字模型的时候，随时对结构进行性能评估并做出修改，不用进行花费较大的结构试验，大幅降低了设计成本。使用虚拟技术进行试验，进行结构认证，减少结构认证的时间。
早在1984年，英国NAFEMS就提出了在航空极其相关领域开展仿真实验的设想，欧洲在20世纪80年代也做过相应尝试。近年来，美国Boeing建立了协同虚拟实验并采用了积木式的虚拟验证方法，开发了如GENOA等高保真的破坏分析软件。
在航空领域，结构虚拟试验已经取得了巨大的发展，已经成为了结构分析必不可少的一部分，但还需进一步加强其可靠性，并进一步降低成本，加强细节。
积木式的认证策略被广泛应用于分析和试验各种飞行器，各种复杂程度不同的结构均可适用。通常从比较小的开始，再开始试验结构元件，组合件，最后再试验全尺寸，从而完成对整个飞行器的结构的检测分析认证。
如何准确预测结构破坏的强度，并分析出其评估数值，是虚拟实验技术的核心技术。需要建立多层次鲁棒性的结构模型，模拟破坏进程，采用迭代式的分析方法，进行相应评估，从而达到强度虚拟实验的目的。要达到此目的，需要基于大量试验结构数据作为分析要素。
结构虚拟试验软件是开放式的，通过对比方针数据和物理试验结果，可以不断的补充和完善软件功能，提高可信度。
4 结束语
计算结构力学在飞机强度领域已经得到了越来越广泛的应用。随着航空业的发展，飞机的低周期成本及飞机使用的多样化已经成为飞机发展的一个趋势。计算机结构力学顺应这种趋势，已经成为飞机制造的一项不可或缺的重要工具。结构优化设计和结构虚拟实验是计算结构力学在飞机强度领域的两个发展重点。通过集成化的结构设计软件，分析数据，优化设计，结合虚拟试验，构建模式，从而降低成本，缩短周期。
参考文献：
[1]张立丰，姚卫星，邹君.模块化飞机结构优化设计的等效多工况法[J].航空学报，2015（03）.
[2]姚珊珊.面向成本的飞机结构优化设计[J].飞机设计，2011（01）.
工程结构优化设计概述范文5
关键词：斗轮取料机；回转平台；优化设计
斗轮堆取料机是当今散货堆料场采用最多的设备之一，其在运行中回转平台的性能至关重要，是决定斗轮堆取料机工作安全的关键。就过去多年的工作实践总结得出，斗轮机回转平台结构性能的优劣直接关系到设备运行安全、性能程度以及经济效益，也决定着企业发展效益。因此，这里我们有必要对斗轮堆取料机回转平台进行研究，提出相关优化设计要点。
一、斗轮堆取料机概述
斗轮堆取料机是一种广泛使用的散装货物堆存、弯曲、装箱、湿匀的大型机械设备，是散装物料工作中不可缺少的重要基础设备。这种设备的使用既能通过旋转的都轮将货物从储料场取走，又可以将送来的货物通过臂架带式输送机将货物反向运输到堆料场，是一种持续、高效、持续的堆取一体化货物装卸设备。
1、斗轮堆取机工作原理
斗轮堆取料机是当今世界上最大的散货料场专用设备，其同传统间歇式工作装载机械和其中机械相比有着运行速度稳定、能耗较低、生产效率高、设备布局简单、自动化控制程度容易、投资省的工作特点，已经被广泛的应用在港口、码头、矿山、冶金以及建筑等多个部门的大型现代化散料储运工作中，实现了矿产、煤炭、化工、建筑原料等散装货物的堆放、转运、装卸等连续作业，但是这种设备在应用中也存在着一定的局限性，通常只能够装卸粒径度小于300mm的物料。
2.斗轮堆取料机的功能
对于斗轮堆取料机而言，它在运行的过程中是通过装料和卸料两个不同的成分构成的，其功能发挥也是通过这两个环节共同配合产生的，是实现堆料、取料乃至运输无间断作业的，基于这种原理，斗轮堆取料机在应用中存在着生产效率高、自动化程度好、设备布置简单、运输无间断的工作目的，其在运行的过程中是以斗转轮机挖取物料、自动卸料以及臂架回转运动为主的综合性工作，臂架在完成之后每一次运转都是一个前进且吃料的过程，之后臂架反向自转来进行卸料和取料。在料物对鞋的时候，将料场带入到运输机当汇总，通过前端的漏斗来卸货，并将货物运输到运输设备上。
二、斗轮堆取料机优化设计
在工程设计中，使得工程性能达到最佳是整个设计的最终目的，是设计领域工作人员一直致力研究和追求的目标。从数学的角度上进行分析，所谓的优化设计是将原来的设计内容、设计原理和函数进行最大化或者最小化，从而使得结构内部的性能得到最大的发挥，在满足各种约束条件下达到性能最佳指标要求。
1、结构优化设计分析
在斗轮堆取料机的优化设计中，首先需要建立一个可靠、完善、健全的优化模型，要选择适当的优化措施和方法进行全面、系统的分析，针对工程项目中存在的各种问题有针对的解决，从而达到函数的一致性和非线性要求，且这些表达方式都是隐形的。目前的优化设计方法主要包含有三种，首先是准则法、数学规划法和仿生物学法。
2、斗轮堆取料机的有限元设计分析
回转平台是斗轮堆取料机的主要部件之一，是连接臂架、立柱和门座的桥梁，承受着上部俯仰机构的重量和各种工况下堆取料工作过程中的载荷，其自身的结构性能对整机的安全运行十分重要，为了保证斗轮机的正常工作，回转平台应具有足够的强度和刚度。
2.1、力学模型
回转平台在斗轮堆取料机工作过程中处于多种载荷工况的作用之下，载荷工况的变化主要受到上部立柱及相连前臂架的俯仰位置和堆取料状态的影响，从而引起回转平台上两处铰支座的受力变化：一处为与支撑前臂架俯仰运动的油虹相连的前部铰支座N，另一处为与上部立柱相连的中部铰支座A。除这两处铰支座所受载荷之外，进行强度计算的载荷还包括无变化的配重重量、驱动电机重量及结构自重由于驱动电机重量和绕回转中心的力矩相对较小忽略不计。
2.2、有限元求解过程
有限单元法是一种适用性很强的数值方法它的基本思想是把一个连续的几何结构离散成具有规则形状的有限个元，并在每个单元中设定有限个节点，各相邻单元之间通过节点相互连接；对于每个单元都用节点未知量通过插值函数来近似地表示单元内部的多种物理量，并使其在单元内部满足该问题的控制方程；然后再将这些单元组装成一个整体，并使他们满足整个物体的边界条件和连续条件，得到一组关于节点未知量的联立方程，求解这个方程组得到单元组合体各节点的位移，进而求得各单元应力。
2.3、模型简化
在结构有限元分析中，建立准确可靠的有限元模型是最为重要的一个步骤，它关系到计算结果的正确与否。特别是针对大型复杂结构的有限元计算，应当认真分析结构特点，在此基础上对结构进行适当的简化，一方面控制计算规模，另一方面使计算精度达到一个比较理想的效果回转平台的实际结构较为复杂，所受载荷也不断变化，因此在建立计算模型时要作必要的简化。为了能准确求出回转平台静力学特性，同时克服有限元分析中建模过分简化的缺点，在建模中，以回转平台实际结构作为依据，适当做出如下基本简化：
（1）不考虑钢板燥接应力及缝形式的影响，各钢板之间的煌接形式采用网格节点重合进行模拟。
（2）建立模型时，简化主梁腹板和翼板、内部筋板和其它加强筋板等零件上的一些倒角这些小的结构对整体的强度、刚度影响都很小。
2.4、单元材料选取
本文采用ANSYS软件对回转平台结构进行有限元分析。由于该回转平台是用钢板煌接而成，且构件都是薄壁结构，且为平直板，而SHELL63弹性壳单元具有薄膜和平板弯曲的描述功能，适用于同时受到薄膜载荷以及横向载荷的薄板结构，能够考虑大偏移位移和应力刚化的问题。因此在建模中，采用了壳单元SffiLL63模拟钢板结构。SHELL63单元的每个节点有X、y、z方向的3个位移自由度和三个转动自由度（ROTX、ROTY、ROTZ），平面方向和法线方向的负载均可承受，该元要求输入的实常数为板的厚度，对构件分配单元属性时按实际板厚输入即可，对参数化建模具有极大的便捷性。
三、结束语
回转平台的合理结构决定着斗轮机的工作性能及整机的稳定性，其结构强度、刚度不足将造成取料性能的降低和疲劳断裂。因此设计中对回转平台进行力学特性分析以及结构优化设计具有重要的意义。■
参考文献
[1] 李艳聪，张连洪，刘占稳，王栋研，李森. 基于神经网络和遗传算法的液压机上梁轻量化和刚度优化设计[J]. 机械科学与技术. 2010（02）
[2] 张安宁，彭树权，梁超，夏彬，尹中会. 基于Cosmos的EBZ255掘进机回转台力学特性及有限元分析[J]. 煤矿机械. 2009（10）
工程结构优化设计概述范文6
关键词：建筑工程；地下室结构设计
中图分类号： S611文献标识码：A文章编号：
一、地下室结构设计概述
人口基数庞大，人均土地资源短缺，是我国的基本国情，尤其是我国实施城市化建设以来，城市土地资源短缺的情况进一步加剧，这使得现代城市建筑朝两大方向发展。一是发展高层建筑，在有限的土地上建设尽可能高的建筑物，通过扩展空中空间，来弥补土地资源短缺；二是发展地下建筑，即地下室，通过扩展地下空间来弥补土地资源的短缺。
发展高层建筑需要有先进的施工技术、高品质的建筑材料和足够强度的工程结构设计，通常投资规模都很大，而且受到气候、地质地形、建筑物功能等多种因素的制约，对多数建筑企业来说，都是一项挑战，目前，还仅应用在于城市的标志性建筑中；而地下室的技术难度就低的多，只要设计好地下空间各部位的功能划分，以及建筑物整体结构的稳定性，多数的建筑企业都可以胜任，因此，发展地下空间成为现代建筑的一大方向，地下室结构设计也成为现代建筑设计的主要组成部分之一。
地下室结构设计中的难点
由于现代建筑物的地下室通常具有多种功能，涉及诸如防火、设备安装、管道铺设、通风、排水等众多专业，使得现代地下室结构设计成为一个系统的复杂工程。经过对国内众多大型建筑物地下室结构设计的分析归纳，其地下室结构设计中的难点主要存在于以下几个方面。
地下室空间结构设计
地下室空间结构设计是指将地下室各层的空间依据使用功能的异同，进行科学、合理的布局排列，包括对各功能区域进行划分及位置示意，地下室通风管道铺设、排水设施分布、电气电缆分布、行人通道位置、电梯空间位置等多种设计元素的组合布局。由于涉及众多元素，又要综合考虑防火、光照等条件进行布局设计，是地下室结构优化设计的一大难点。
地下室抗震设计
由于地下室在提供额外的建筑空间时也作为建筑物的地基存在，因此，地下室必须要有一定抗震能力，以确保建筑物整体的稳定性。影响地下室抗震能力的一大要素就是地下室的埋深设计，如何根据建筑物整体的高度确定埋深，还需要综合考虑建筑物的工程结构形式、采用建筑材料的特性以及整个建筑物的力学重心分布等多种因素，而如果地下室设计不当，就会对建筑物整体的抗震性能产生重大影响。
地下室外墙设计
地下室不只是建筑空间的扩展，也是地表建筑的地基所在，因此，地下室必须要有一定抗震能力，以确保建筑物整体的稳定性。影响地下室抗震能力的一大要素就是地下室外墙设计，需要综合考虑建筑物的工程结构形式、建筑材料特性以及整个建筑物的力学特性等多种因素，防止地下室墙体开裂，以确保建筑物整体具有良好抗震性能。
地下室结构的防水设计
地下室处于地面以下，有的甚至靠近地下水位，再加上日常的降雨的雨水渗入，使得地下室的结构设计必须要具有一定的防水能力，防止水分渗入地下室内部，造成地下室漏水。地下室的防水设计不仅与地下室采用的建筑材料有关，还与地下室的排水设施分布等因素有关，是一项复杂的系统工程，也是地下室结构设计的难点之一。
三、地下室结构优化设计方法
针对地下室结构设计的难点，我们应该利用一切可以利用的资源，动用尽可能先进的技术，努力尝试各种设计方法，以达到地下室结构设计的最优化。经过对目前国内几座比较知名的建筑物的地下室结构优化设计方案的研究，结合上述的设计难点分析，本人认为可以从以下几方面采取措施，以达到地下室结构的优化设计。
空间结构设计
针对地下室的多功能空间特点，在进行地下室空间结构设计时可采用以下几种优化设计方法。
1、同功能空间集中设计
我们可以将具有相同或相似功能区域进行集中优化设计，因为功能相同相似，其所需的环境条件也基本相似，比如员工休息区和图书杂志阅览区，都是用于员工工作之余的休息，所需的都是无噪音环境，因此可以这两大功能区集中在一起进行整体设计，即可减少设计中的细节，又可进行统一风格的设计。
2、分层设计
对条件相差较大或相反的功能区域，可以采用分层优化设计，像图书阅览区和娱乐区，可将图书阅览区置于地下3层，将娱乐区置于地下1层。
3、固定设计
对于各楼层必须具有的主功能区域或基础设施，像走廊和电梯，一般将设计在各楼层的两端或中间，以便行人顺利出入。
（二）抗震设计
地下室抗震能力的强弱不仅与地下室采用的建筑材料和建筑结构有关，还与地下室的埋深有着很大的关系。应该选用具有一定强度的复合型建筑材料，尽量减少地下室外墙之间的接缝，以增强地下室整体刚性；地下室采用的工程结构应该和地上建筑物采用的结构相统一；此外在进行建筑物的地基修筑前，要对建筑物的整体形状进行计算机模拟构建，利用计算机技术测定建筑物整体的重心所在，并计算出合理的埋深。
（三）防裂设计
采用低水化热的粉煤灰水泥
内外温差大是造成混凝土开裂的主要原因之一，而内外温差通常是由水泥的水化热产生。在地下室的墙体建造中，其混凝土的强度越高，所需的水泥用量就越大，产生的水化热就越多。低水化热的粉煤灰水泥是在传统的硅酸盐水泥中增添20%到35%的粉煤灰均匀混合而成，不但可以大幅度降低内部的水化热，减小混凝土凝固过程中的收缩量，而且强度高，对墙体开裂有很好的预防作用。
在墙体中增加钢筋结构
在当下地下室结构的设计中，其墙与柱的钢筋配比存在较大差异，一般只在柱体体铺设较多钢筋，墙体只在地基部分铺设有圈梁，而地基以上的墙体则铺设量很少，由于应力大多集中于地基以上的墙体，使其容易产生裂缝，降低抗震性能。要优化墙柱钢筋铺设量，墙体内钢筋长度不少于1800mm，从而增加墙体的刚性，以有效承受应力，增强器抗震能力。
（四）防水设计
防水设计是防止地下室产生渗水、漏水、阴暗潮湿所必不可少的，设计中应对其外墙材料进行优化，选用渗透系数小于0.001米/昼夜的强抗渗性混凝土，同时根据地下室不同功能区的防水等级要求优化选择相应的防水涂层，选用耐久性好、性能高的防水涂层，在接近地下水位、地表渗水层的关键地带应采用多重防水层。优化带地下室建筑的基坑排水设施，通过将基坑的明沟排水或管井排水设施和地下室内的排水管道相连接，利用基坑的排水设施排除地下室内产生的积水，从而保证地下室的防水功能。
综上所述，地下室是解决土地资源短缺，提高土地利用率的有效方法，不但可以扩展土地空间，还可增添建筑物的功能，为人们提供更多的服务。但是，地下室的通风、排水等都必须依靠设备来提供，使得地下室结构设计很是复杂，仍需我们去积极探索，对地下室可能遇到的各种问题制定尽可能的解决方案。
参考文献：
[1]李志刚. 浅谈高层建筑地下室结构的优化设计[J]. 民营科技,2012,12:291.
[2]郑卫,罗弼时,白嵩. 地下室结构优化设计[J]. 工业建筑,2011,S1:485-491+519.
