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優化設計與優化方法范文第1篇

關鍵字：房屋；結構設計；優化技術

引言

目前，隨著社會經濟水平的不斷提高，土地價格也在不斷上漲。同時，人民對住房條件的需求也在不斷上升，因此，對開發商帶來的壓力也在不斷加大。為了實現房屋建筑經濟效益的最大化，就需要采用結構優化技術，在有限的空間內實現資源的最大利用。房屋結構優化設計是指，采取科學合理的設計理念和技術方法來設計房屋結構，以最小的工程報價來最大化整體的建筑收益，提高房屋的質量水平，使得企業也獲得較高的利潤等。

一、我國目前房屋結構設計現狀以及實施優化設計的原因

隨著我國經濟的飛速發展，人民生活水平的不斷提高，對住房建設要求也越來越高。同時，根據我國目前的基本國情，人口數量日益增長，住房面積需求量不斷加大。因此，我國現階段住房建設主要以高層為主。房屋的結構設計優化不僅能夠滿足當今大眾的需求，更能為投資者減少建筑成本。

房屋建設結構優化必須以建筑的安全性為首要原則，然后再進一步分析建筑方案，配合科學合理的設計理念，從而有效控制建筑工程造價，實現經濟效益的最大化。根據近些年的數據資料顯示，優化建筑結構設計可以為整項建筑工程節省30%-50%的費用。但是，在實際的設計過程中，方案設計受自然因素的影響很大，很難發揮出其本身的優越性。例如，工程設計階段，施工方過多的縮短建筑設計時間，從而使設計效果達不到理想的要求，在縮短工程工期的同時也降低了工程設計質量；建筑設計時，設計人員的經驗不足，專業知識不完備，對一些設計軟件掌握的不夠精通；一些設計者在設計建筑時過度的關注部分結構而忽視了整體方案等等，這些因素都會導致建筑結構設計的不夠優化。因此，房屋建筑設計者必須科學合理的分析整體建筑方案，并設計出最優的結構，才能實現經濟利益的最大化。

二、房屋結構設計優化主要體現在哪些方面

房屋結構設計優化主要是采取合適的方法以及科學的設計理念來最大化的達到房屋設計標準，如：房屋結構的合理布局、構件大小、結構框架等。鋼筋混凝土結構的優化設計的基本理念是將建筑的具體部件以及整體布局進行分析，而頂柱、體形、層高以及拉力構件等等都會影響建筑物的整體布局。建筑構件的布局、強度等級以及配筋構造都是建筑物具體構件的體現。綜合以上因素，建筑方案結構需要專業知識豐富且熟知設計規范的工程技術人員設計，而且在設計時必須充分考慮各構件直接的受力特性，從而選取最優的設計方案。

三、房屋結構優化設計技術

（一）優化技術的基本原則

在工程設計優化過程中，必須以工程設計和工程價值為基本原則。優化結構設計的最終目標是充分利用建筑材料，實現建筑構件利用的最大化。優化結構設計不僅遵守建筑設計規范，更實現了當今建筑的審美學和價值學。通過深化改善房屋結構設計，從而實現建筑功能更加協調完善，降低建筑成本，提高經濟效益。

房屋結構的優化必須從實際工程施工出發，結合房屋結構的具體情況，實現房屋建筑的結構的最優化設計。在進行結構優化時，必須依據設計意圖，采用平面設計布局，降低構件質量和剛度之間的差異，減小水平負載造成的房屋扭曲，在豎直方向上采用轉換層技術，有效地降低構件的集中用力。

（二）優化設計的基本的要點

1.依據設計規范

工程師在設計建筑結構時必須具備豐富的建筑設計經驗以及熟知設計規范。即依據科學的設計理念，將自身的優化方案融于整個工程項目設計中去。建筑結構設計規范更多是對于工程較大的項目，因而會造成某些規定過于保守。另外，在工程設計比較特殊或復雜時，依據某些規定將會造成建筑物的不安全。因此，這就要求設計師在建筑設計過程中必須具備良好的專業素質以及清醒的思路、正確的判斷力，爭取將建筑結構設計做到最優。

優化房屋結構設計過程中，應注重建筑構件的細節優化，如：建筑構件的受力鋼筋，在滿足塑性的條件下盡可能的選擇性價比較高的產品，從而實現房屋結構的經濟、安全。

2.結構師主動參與建筑設計

在工程施工前期以及施工過程中，建筑結構師的主動參與對整個房屋結構優化起到關鍵性作用。在實際的工程施工過程中，建筑設計師往往不能夠對整個結構體系進行很好的受力分析，即建筑結構師的設計理念以及其自身具備的經驗不能完全代替設計師的設計思想，同時，建筑與結構上專業知識的隔閡也無法彌補。建筑結構設計師其豐富的工程設計經驗以及專業設計理論，積極主動的為設計師出謀劃策，只有兩者的順利合作才能設計出更加優秀的方案。

目前，我國的房屋建筑設計總是先從建筑的結構布局開始，根據結構承載負荷的不同分析所需的材料、參數等，往往這種分析方法是計算機所不能計算出的，它需要建筑結構設計師充分論證整個建筑設計方案之后做出的判斷。而這些判斷需依據實際工程實踐經驗以及結構設計所遵循的一般規律進行。

3.加強設計團隊之間的合作

優化房屋結構是一項整體而系統的工作，它需要團隊之間的協調合作?，F代建筑主要由結構、設備、建筑三大要素組成。因此，在工程施工過程中要明細團隊內部分工，并做好團隊合作，只有這樣才能有機的結合各個構件創造出更加完美的作品。在建筑工程設計階段，房屋的結構設計和建筑設計是不可分割的，只有協調好兩者之間的關系，才能設計出更加美觀大方的建筑方案，同時，又降低了建筑成本，簡化施工過程，達到既美觀又實用的建筑效果。通常建筑設計師在設計建筑時，只是一味的要求設計方案的新奇，而忽略了建筑學中基本的力學關系，這樣設計出的方案往往在結構設計上造成困難。因此，團隊之間的協調合作是房屋結構優化的重要保障。

4.優化房屋建筑結構，解決房屋抗震問題

房屋結構的優化不僅僅能降低建筑成本、增加建筑美觀、簡化施工過程，更能加強房屋的抗震作用。通過房屋結構優化技術，可以增加房屋抵抗外部作用的破壞，有效地降低房屋破壞程度。因此，在房屋結構優化設計過程中，抵抗外界各種不良因素的影響成為結構優化設計工作的主要內容。在日常的外界不良因素中，地震是最難以預測且對房屋建筑物破壞最強的，所以在房屋計算及構造上必須加強抗震措施。如：房屋構件剛度的對稱性以及均勻性都可以有效的緩解地震對建筑物的破壞；多道防設設計理念可以有效緩沖特大地震對房屋主構件的破壞。以上這些設計思想都是房屋結構設計的重要內容。

四、總結

工程造價對整個工程項目的經濟效益起著關鍵性作用，因此優化房屋結構設計，不僅可以降低整個工程的造價成本，更能提升整體房屋的安全級別。結構設計與建筑設計的協調配合，充分發揮其自身的優勢，設計出最優的房屋結構。在平面設計過程中，應遵循對稱、均勻的原則，縮小房屋構建質量與剛度之間的差異。在豎直布置上，保證上下承重件負載的上下貫通。建筑是藝術的表現，在保證房屋安全的前提下，結構師應敢于創新，將房屋的實用性與藝術性完美的結合在一起。

參考文獻：

[1]侯貫澤，劉樹堂.工程結構優化設計理論與方法[J].鋼結構，2009，2（8）：148-150.

[2]陽維.房屋結構優化設計方法與問題分析[J].城市建設理論研究（電子版），2012，2（12）：72-74.

優化設計與優化方法范文第2篇

【關鍵詞】建筑結構設計；優化方法；概念設計優化

一個建筑要達到精美的效果，設計師需要把其美觀設計與結構設計緊密結合起來。為實現在有限的空間、有限的資源的情況下，發揮出最大效果，最終達到經濟化、實用性和適用性的良好目標，在房屋結構設計中，要采取適用、經濟、安全、便于施工和美觀這五種效果措施。而在房屋結構設計中，應用建筑結構優化設計方法可以滿足這一要求，保證建筑美觀、造型優美，同時又能夠便于房屋的施工，使房屋安全、經濟、適用，從而真正成為“經濟適用”房[1]。

一、結構設計優化方法的理論基礎

在進行工程項目和結構設計的過程中，需要考慮的因素很多，最終目的是要在保證設計對象基本適用功能和安全可靠性的情況下，把設計對象設計到最好的程度。這就涉及到工程和結構最優化的問題。用科學的語言來描述就是：利用確定的數學方法，在所有可能的設計方案的集合中，搜索到能夠滿足預定目標的、最令人滿意的方案[2]。

從建筑理論上分析結構設計優化方法可以得知，結構設計優化方法主要體現在兩個方面，其一是房屋工程部分結構的優化設計，其二是房屋工程結構總體的優化設計。后者的優化設計包括：屋蓋系統方案的優化設計、圍護結構方案的優化設計和結構細部設計的優化設計。穿插其中的，還包含選型、布置、受力分析、造價分析等項目，在實施過程中，應遵循一定的原則，結合具體工程的實際情況，從實際出發，圍繞房屋建筑的綜合經濟效益目標進行結構優化設計。

在設計安全被保證的情況下，建筑師應開拓創新，挑戰新的結構形式。在建筑結構設計的過程中，建筑師的設計意圖應能夠得到基本滿足，應設置盡量符合規則的平面布局，使其對稱；同時減少質量中心和剛度中心的差異，使建筑物在水平荷載作用下不致于產生太大的扭轉效應。在豎直方向的布置上，應確保在滿足功能要求的情況下，盡最大可能貫通豎向的承重構件；為使結構分析和設計上的難度不致于太大，減少不必要的經濟浪費，使應力分散，轉化層應盡可能少地使用；豎直方向的剛度要漸變，而不要突變，如若不然，在水平荷載作用下，突變處會產生嚴重的應力集中現象，這是非常不利于結構抵抗水平動力荷載的[3]。

二、結構設計優化技術的意義所在

在房屋結構設計中運用建筑結構設計可以起到非常好的效果，這不僅可以使房屋看起來更加美觀，用起來更加實在，而且也能夠節省大量的造價，起到良好的效果。采用設計優化的方法與采用傳統房屋結構設計方法相比優點是十分明顯的，它可以使建筑工程造價得到大幅度降低，降幅可達30%左右。要實現優化方法的技術性問題，材料的性能要合理利用起來，爭取協調好建筑結構內部的各單元，達到建筑規范所規定的安全水平。同時，優化方法的技術性實現還可以合理決策建筑整體性方案設計，它可以有效實現建筑設計的經濟化、實用性和適用性的良好目標。

三、結構設計優化技術在建筑結構設計中的步驟

（一）結構優化模型

房屋結構整體優化設計方法分以按3 個步驟進行。首先，選擇設計變量。一般把對設計要求起主要影響作用的參數作為設計變量，如目標控制參數（結構造價C1 和損失期望C2）和約束控制參數（結構的可靠度PS）；而將那些對設計要求來講，變化范圍不大或是根據結構要求或局部性的設計考慮就能滿足設計要求的參數等作為預定參數，這可以大大減少設計、計算和編制程序的工作量；其次，確定目標函數。尋求一組滿足預定條件的截面幾何尺寸和鋼筋截面積以及失效概率，從而使總費用最?。坏谌_定約束條件。房屋結構基于可靠度優化設計的約束條件，則包括尺寸約束、結構強度約束、應力約束、變形約束、裂縫寬度約束、構件單元約束、結構體系約束、從正常使用極限狀態下的彈性約束到最終極限狀態的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。在設計中，要使結構優化設計應用于實際房屋結構工程，則是路房屋結構設計中實際的約束條件與目標約束條件相比較，保證各約束條件都符合現行規范的要求，以實現最優設計。

（二）設定優化設計計算方案

房屋結構基于可靠度的優化設計問題屬于比較復雜的多變量、多約束非線性優化問題，一般情況下，在計算過程中，應轉化問題求解，即將有約束優化問題轉化為無約束問題?？梢岳闷饋淼膬灮O計計算方法有復合形法、拉氏乘子法、Powell 法等。

（三）進行程序設計

根據基于可靠度的結構優化模型和選擇的優化設計計算方法，編制功能齊全、運算速度快的綜合程序。

（四）結果分析

對計算結果進行分析，確定最優設計方案。在上述步驟的執行過程中，涉及的問題包括多個方面，所以要全方位、多角度地考慮。這主要是因為建設投資這項工程的耗資非常大，涉及到的情況非常多，在設計中片面強調經濟節約是不正確的。應滿足技術上的相應要求，使項目達到相應的功能要求，與此同時，要反對重視技術，輕經濟、設計保守浪費的現象。

四、結構設計優化技術在建筑結構設計中的應用

（一）直覺優化（概念設計優化）技術與建筑結構設計

對于同一建筑方案，可以有許多不同的結構布置設計；確定了結構布置的建筑物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法：分析過程中設計參數、材料、荷載的取值也不是惟一的：建筑物細部的處理更是不盡相同，這些問題是計算機無法完全解決的，都需要設計人員自己作出判斷[4]。而判斷只能在結構設計的一般規律指導下，根據工程實踐經驗進行，這便是前面所說的概念設計。因此，概念設計存在于設計師對多種備選方案進行選擇的過程中。

（二）概念設計處理的實際建筑設計問題

概念設計所要處理的問題多種多樣。但可以肯定的是希望通過概念設計，建筑結構能在各種不期而遇的外部作用下不受破壞，或將破壞程度降至最低。因此，分析如何應付建筑物可能遭遇的各種不確定因素成為概念設計的重要內容。其中，地震作用最為難以琢磨，破壞性也最大。故而，建筑設計過程中就應該未雨綢繆，從計算及構造等各個方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法則應盡量避免。剛度均勻、對稱是減小地震在結構中產生不利影響的重要手段；延性設計則能有效地防止結構在地震作用下發生脆性破壞；多道設防思想能使建筑在特大地震作用下次要的構件先破壞，消耗一部分地震能量。這些抗震設防思想在整個設計過程中都應該作為概念設計的重要指導思想。

總而言之，建筑結構優化設計方法的研究涉及面廣泛，具有十分復雜的特點，是一項綜合決策問題。適用、經濟、安全、便于施工和美觀是建筑工程設計優化追求的五種效果，而這五個方面的側重點各不相同，相互之間又存在一些矛盾的地方，一個優秀設計的出現往往

是這五個方面的最佳結合。所以，在進行建筑設計的實踐過程中，應加強實踐探索，降低經濟成本，以達到經濟效益的最大化，從而在保證經節約經濟成本和達到美觀要求的情況下合理進行結構設計。

參考文獻

[1]王智鋒，孫之如. 建筑結構概念設計的優化[J]. 河南水利與南水北調. 2010（09）

[2]李鋒. 淺談現代建筑結構優化設計[J]. 科技資訊. 2010（26）

優化設計與優化方法范文第3篇

【關鍵詞】房屋建筑；結構設計；應用

0.引言

隨著我國房地產行業的快速發展，房屋建筑的結構設計也在不斷響應時代的要求。在房屋緊缺的年代，房屋的實用性是房屋結構設計考慮的最主要因素。如今，時代在變化，對房屋建筑的結構設計的要求從實用性轉變成為了實用性與美觀性并存。同時對房屋建筑的結構設計還要考慮到房屋施工的時間與材料等一系列因素。房屋建筑的設計理念是房屋施工建設的重要內容，因此房屋建筑的結構設計優化，對我國房屋建筑行業具有重大的現實意義。

1.房屋的結構優化設計模型和設計方案

房屋結構優化設計主要在：基礎結構方案的優化設計、屋蓋系統方案的優化設計、圍護結構方案的優化設計和結構細部設計的優化設計。除此之外，在優化的過程中還要考慮到布置、受力分析、造價分析等方面，對于整體結構優化，最終達到預想的優化目的。在設計的過程中，一定要嚴格的遵照設計的理念，對于平面的設計一定要規則對稱是剛性度有質量中心最大限度的重合，這樣對于整體的質量框架能夠更加的堅固。結構的優化，可以使工程更加的有保證，對于整體設計理念更加的符合工程的要求。

1.1結構優化設計的函數模型

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是：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。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。

1.2房屋建筑結構設計的方法

（1）當結構平面圖在繪制結構平面布置圖時，需要輸入結構軟件進行建模。建筑物根據設防類別、烈度、結構類型和房屋高度進行相應的計算和構造措施要求。

（2）屋頂（面）結構圖當建筑是坡屋面時，結構處理方式有梁板與及折板式兩種。梁板式適用于建筑平面不規整，板跨度較大，屋面坡度及屋脊線轉折復雜的坡屋面，折板式適用于相反的條件。兩種形式的板均為偏心受拉構件。板配筋時應有部分或全部的板負筋拉通以抵抗拉力。

1.3房屋建筑的結構優化設計方案

結構優化設計多個變量、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。

2.結構設計優化在應用中注意事項

結構設計優化主要應用在對于房屋建設的整體規劃、地基建設、抗震設計、水電管道設計中都發揮著重要的作用。房屋結構優化可以使房屋的實用性與美觀性達到完美的融合，還可以降低工程的運行成本，提高建設效率。但是結構設計優化在應用中還需要注意一下幾個方面：

2.1前期方案

前期方案是整個工程運作開始的階段，也是非常重要的階段，因為它直接決定了工程建筑的成本預算。如果房屋結構的設計沒有與前期方案的制定進行協調，就會造成各司其職，不能完成最后的和諧統一。因此未來的房屋結構設計應該參與到建筑師對房屋建筑的設計中去，互相聽取雙方的意見，達到利益的最大化。良好的開始是成功的一半，因此前期方案要充分考慮到對結構設計中可能產生的問題，雙方深入的討論，直至達成一致的意見，互惠互利，降低建筑投資總成本。

2.2細節結構設計優化

概念設計應用于沒有具體數值量化的情況，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。與宏觀把握相對應的，設計的過程同時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。

3.結構設計優化的意義

3.1節約建筑成本

對于企業來說，獲得利益是最終的目標。獲得收益是企業發展的目的，尤其是建筑行業。隨著人們對房屋結構要求的提高，以前的工程設計圖與施工方案很難滿足人們的要求，而且舊的結構設計方式，也會增加企業的成本，使企業獲得的收益降低。因此各個建筑行業都要尋求一個兩全其美的辦法，既能夠節約建筑成本，又可以提高企業的經濟效益，同時還可以滿足人們的需求。這就需要對房屋結構設計進行優化改革。

3.2提高房屋建筑結構實用性

如今土地資源緊缺，經過政府的合理的城市規劃，提出了改善房屋結構設計的辦法。近年來我國高層建筑鱗次櫛比，已經逐漸形成了建筑設計的特色。為了應對高層樓房的現實因素，也需要對房屋建設的總體進行優化設計，提高建筑結構的實用性。房屋的設計要考慮到安全的因素，房屋的層級不同，對施工的要求也會不斷增加，相關材料的使用標準也是不同的。房屋結構設計的優化要考慮到流水管道的排列問題，電線在墻體的走向問題、媒體管道的安置問題、還有地熱供暖管道的排列問題等等。同時房屋結構設計者還要考慮不同樓層的采光條件，還有室內格局。好的格局也是人們選擇房屋的關鍵。各種實際問題都構成了房屋建筑的實用性問題。因此對房屋結構設計的優化，可以很好的解決上述問題帶給人們的困擾，提供給人們一個安心、舒心的住宅環境。近年來，人們對住宅的美觀性也在不斷提升，這跟房屋的格局，和整棟樓房的整體形態有關，為了不斷適應市場經濟的發展要求，滿足人們的各種需求，要求我們要對房屋建筑結構進行優化與應用。

4.結語

對于房屋建設來說，房屋的結構設計尤為重要，優化結構設計可以節約房屋建設的成本，提高房屋建設的效率，不僅可以提高專業技術的指標，而且還能符合廣大受眾的需求。本文通過對房屋結構設計優化的模型和設計方案，提出了一些好的措施，針對現行的房屋結構設計在實際應用中存在的問題，提出相應的解決方案。房屋結構設計優化可以設計出更合理的房屋建造模式。滿足人們對房屋結構的要求，設計出高質量、安全、舒適、健康的生存環境。推進我國建筑行業向更廣闊的方向發展。 [科]

【參考文獻】

優化設計與優化方法范文第4篇

課程改革的一個重要目標是追求教與學的高效，為了達成這個目標，導學案輔助學生自主學習便應運而生。教師希望通過導學案將學生的學習前置，使學生在課堂上有備而來，從而達到高效學習的目的。但在教學中卻發現有的導學案問題設計隨意，缺乏科學性和系統性。這樣的導學案用于導學，只能讓學生費神，從而導致預習達不到預期效果。筆者希望通過透視學案問題設計中的誤區，找出問題的癥結，進而為政治學科導學案的優化提出自己的思考。

一、高中政治學案設計中的誤區

1．導學案問題設計習題化。有些教師將導學案“知識問題化”誤解為“知識習題化”，于是導學案被異化為習題的堆砌，完全喪失了導學案的價值和功能。例如，高三年級政治導學案摘錄。問題1：財政和貨幣政策的運用(C)2013．山東卷2012年，我國綜合運用各種手段對國民經濟進行調控，實現了預期調控目標。下列調控目標、調控政策、具體措施三者對應最恰當的是()A．控物價——穩健的貨幣政策——嚴控對高能耗、高污染行業的貸款。B．穩增長——積極的財政政策——減輕服務業和小微型企業稅收負擔。C．調結構——積極的財政政策——下調金融機構一年期存貸款基準利率。D．惠民生——穩健的貨幣政策——加大對戰略性新興產業的財政支持力度。

導學案不排斥習題，但導學案絕不是習題的堆砌。所以設計學案要有提煉問題的意識和能力。

2．導學案問題設計簡單化。導學案問題設計簡單化主要表現在：問題設計思維含量低，例如，宏觀調控的手段有哪些？市場調節缺陷有哪些？這樣的問題，純碎為了知識記憶而設計，學生只需要在書本上找找答案，就能回答，問題設計思維含量低，不能引導學生去自主思考和探究，體現不出學生的思維。如果改為：“材料中政府運用了哪些宏觀調控的手段？材料中體現了市場調節的哪些缺陷？”這樣把問題融入到材料中，結合材料考察學生運用知識的能力，學生只憑死記硬背無法完成，必須要進行思考才能解決。

3．導學案問題設計模糊化。導學案上的問題設計形式古板單一，缺少導學應有的層次化，學生的思維受到導學案問題的影響，被束縛在十分狹小的空間，思維水平的提升受到制約。教師在設置探究問題時要圍繞學習目標，設計出能激發學生主動思考的問題，使問題具有層次性。如在學習政治生活《政府的責任：對人民負責》一課時，政府對人民負責的原則是本課的重點問題。設計問題時應從是什么、為什么、怎么做這三個層面進行。這樣的設問，層次清楚，步步深入，容易激發學生探究的欲望。這樣的安排雖然打破框題限制，但適合學生的知識基礎，并與已有的知識技能相聯系，既符合學生的認知規律，也符合知識的內在邏輯聯系。

二、高中政治學案優化設計的方法

1．問題設計要層次化。自主學習的問題是導學案的主要內容。探究問題要分層設置。問題的層次性，是指學案的學習內容安排要符合學生的認知規律，知識的生成規律，做到先易后難，循序漸進。課堂探究的問題要有思維的梯度，體現由易到難，能引導學生由淺入深、層層深入地認識知識、理解知識，掌握知識。如“我國的政黨制度如何？”很明顯，這個問題范圍過大、太籠統，學生遇到這樣的問題很難完成。這時，教師可將這個問題在學案上盡一步細化為：問題一、我國政黨制度的內容有哪些？問題二、我國政黨制度的優越性如何？問題3：公有制的主體地位如何體現？問題4：國有經濟的主導作用如何體現？

2．問題設計要情境化。好的情境材料不僅有利于激發學生的學習興趣，更有利于學生去積極思維，快速地提取相關信息，從而得出正確的結論。如在講授價值判斷和價值選擇的主體性時，教師可提供詩句：“桑條無葉土生煙，簫管迎龍水廟前。朱門幾處看歌舞，猶恐春陰咽管弦。”讓學生去自主學習。生思考：在同時同地農民和地主的價值選擇為什么會不同？學生很自然想到他們的階級不同，需要不同，所以會做出不同的價值選擇。在學案設計中，如果我們只是直接地去向學生提供探究的問題，學生會感到茫然而無從下手。

3．問題設計要具體化。學案要學生學有目標，更要使學生會學，這樣學生才能想學。學生在使用學案進行自主學習時，設計的每個問題后面都能找到老師精心設計的學法，這樣學生自學的效果顯著提高。導學導思的內容形式多樣，內容不限，只要能有助于學生的自主學習即可。例如，學習文化生活第四課《文化的繼承性與文化發展》一課，對待傳統文化的正確態度是本課的重點問題。在學案設計時可以結合“二十四孝圖”的故事，進行辯證法分析。學生通過自主學習認識到孝敬父母是中華民族傳統文化的精髓，應該提倡；但“二十四孝圖”中的“刻木事親”“埋兒奉母”的故事讓人感到冷酷無情；“孝感動天”“臥冰求鯉”“哭竹生筍”迷信思想嚴重；這些具體做法不可取。因此，對待傳統文化一定要做到取其精華，去其糟粕。這樣有利于學生學會正確分析的方法，提高了學生全面、辯證分析事物的能力。

優化設計與優化方法范文第5篇

關鍵詞：隔膜泵；隔膜腔；機械強度；ANSYS

中圖分類號：TH323 文獻標識碼：A

作為高壓隔膜泵液力端的核心部件，隔膜腔在輸送固液兩相流體過程中起到了非常重要的作用。隔膜腔用于連接隔膜室蓋、進料閥和出料閥，因此隔膜腔的設計過程中需要考慮流體壓力、螺栓預緊力和其他因素的影響。本文以某大型高壓隔膜泵中隔膜腔為研究對象，基于有限元方法對隔膜腔進行了靜力強度分析。通過ANSYS的后處理分析模塊獲得了隔膜腔的應力分布，扭曲和應力線性化結果。根據ASME VIII-2標準對隔膜腔的機械強度進行了校核，并在此基礎上對隔膜腔的結構進行改進設計。分析結果可為隔膜腔的結構優化設計和降低成本提供一定的理論基礎。

1 有限元模型的建立

圖1（a）給出了隔膜腔的剖面圖，從圖中可以看出兩個內腔圓角和最小壁厚分別用R1，R2和d表示。通過三維設計軟件SolidWorks畫出隔膜腔的1/4對稱模型，如圖1（b）所示。隔膜腔的材料采用ZG20Mn，材料屬性如下：拉伸強度σb為510MPa，屈服極限σs為295MPa。根據ASME相關標準，材料的許用應力可通過下式計算出來。

Sm=min（σb/2.4， σs/1.5）（1）

將SolidWorks建立的隔膜腔幾何模型輸出為SAT格式檔并導入有限元分析軟件ANSYS，在ANSYS的前處理模塊對隔膜腔劃分網格。應力集中區域需要局部網格加密，最后獲得隔膜腔有限元模型的單元數為173812，節點數為36952。根據隔膜泵實際的工作狀態，定義隔膜腔的邊界條件和載荷如下：隔膜腔的對稱面施加對稱邊界約束，定義隔膜腔和隔膜室蓋螺栓連接處施加600000N的預緊力，隔膜腔和出料閥螺栓連接處定義80000N的螺栓預緊力，隔膜腔內受液體壓力的面施加20MPa的壓力。圖2給出了隔膜腔的載荷約束圖。

2 應力分類及強度評定

圖3給出了隔膜腔的Von Mises應力圖和位移云圖。從圖中可以看出最大應力出現在隔膜腔的相貫線處。根據ASME VIII-2標準，定義了用于強度校核的四條線性化的應力計算路徑，如圖4所示。選擇這些路徑的原理如下：沿著壁厚的方向，根據最大應力節點定義一條或多條應力計算路徑。應力線性化計算路徑還應當在隔膜腔的應力集中區域進行定義。

根據應力產生的原因、應力集中區域和應力的性質，壓力容器應力可以大致分為：主整體膜應力（Pm），主局部膜應力（PL），主彎曲應力（Pb）和次應力（Q）。利用這些應力和如下的校核方法可對隔膜腔的強度進行校核：主總體膜應力的等效值應當小于金屬材料的許用應力（Sm）?？紤]到應力的位置，主局部膜應力的等效值應當小于1.5倍材料許用應力（1.5Sm）。根據極限載荷設計理論，當膜應力和彎曲應力同時存在時，他們的和應當小于1.5倍的材料許用應力（1.5Sm）。更進一步考慮次應力的限制條件時，Pm（PL）+Pb+Q應當小于3倍的材料許用應力（3Sm）。

通過ANSYS的后處理模塊，畫出了沿著四條應力計算路徑的等效應力變化曲線，如圖5所示。四條應力計算曲線的最大等效應力列在了表1中。

表1 不同路徑的最大等效應力

路徑 薄膜應力（MPa） 薄膜+彎曲（MPa） 總應力（MPa）

1 40.12 84.25 90.74

2 33.25 82.03 94.22

3 44.45 66.49 62.83

4 45.38 58.16 62.85

將表1中的應力數據帶入應力校核公式，可獲得隔膜腔的應力校核結果，如式2-5所示。結果表明隔膜腔的應力滿足強度使用要求。

Pm=40.12MPa

PL=45.38MPa< 1.5Sm=295.05MPa （3）

Pb +PL=84.25MPa< 1.5Sm=295.05MPa（4）

Pb +PL+Q=94.22MPa< 3Sm=590.1MPa（5）

通過修改隔膜腔的結構來優化隔膜腔的結構并降低制造成本。結構的修改方法如下：保持內腔幾何尺寸不變，壁厚減小30mm，修改結構前后的模型對比如圖6所示。

根據相同的應力分析方法，用ANSYS軟件對修改結構后的隔膜腔進行應力分析。修改結構后的隔膜腔的應力線性化路徑的定義位置與改結構之前的位置相同。修改結構的隔膜腔的最大等效應力列在表2中。

表2 不同路徑的最大等效應力

（修改結構）

路徑 薄膜應力（MPa） 薄膜+彎曲 （MPa） 總應力（MPa）

1 60.38 137.25 148.67

2 50.42 128.57 155.38

3 68.76 109.32 126.04

4 69.81 97.49 132.72

根據表2中的等效應力，按照ASME VIII-2標準對隔膜腔的強度進行校核，可以看出修改結構后的隔膜腔同樣滿足強度要求。

3 結論

通過對用于遠距離管道輸送的某型隔膜泵隔膜腔的應力分析和校核，可得到如下結論：

可通過有限元分析軟件ANSYS對隔膜腔進行靜應力分析，并且獲得了工作壓力下隔膜腔的最大應力位置和最大應力值。

根據ASME VIII-2標準中對應力的分類，在隔膜腔1/4對稱模型上定義了四條不同的應力線性化計算路徑，并且通過ANSYS后處理模塊獲得了等效應力變化曲線。隔膜腔的機械強度通過相關的應力校核方法進行了校核，結果顯示修改結構前后的隔膜腔結構均滿足強度要求。

通過減小壁厚獲得了一種新的隔膜腔結構，新結構通過校核滿足強度使用要求，通過比較結構，發現新結構減小了重量，降低了制造成本。

參考文獻

[1]ANSYS help. USA： ANSYS company，2010.