优化设计精选(九篇)

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第1篇：优化设计范文

【关键词】菱形挂篮；挂篮受力检算；0#块托架施工

1、前言

近年来随着国家对高速公路、高速铁路的要求标准越来越高，多采用以桥代路的设计理念，而在跨越既有铁路、公路、河道、山谷时多采用预应力砼连续悬臂现浇箱梁，该桥结构体系具有变形小、结构刚度好、抗震能力强、养护简易、施工技术成熟等优点。挂篮法悬臂现浇是施工预应力砼现浇连续箱梁的最常用的方法之一，本文结合贵广高铁连续悬臂现浇箱梁挂篮优化设计及检算过程为例，论述如何改进菱形挂篮设计，利用菱形挂篮主桁架、横梁、底模等构件施工0#块，然后再拼装挂篮施工悬臂箱梁的施工工艺。

2、菱形挂篮特点

普通菱形挂篮有以下几个基本特点：

2.1、菱形挂篮由主桁架承重系统、横梁吊带调高系统、走行及锚固系统、底平台系统、模板系统五大部分组成，构件简单明确。

2.2、菱形挂篮承载能力和刚度均较好，施工操作空间大、行走方便快捷、拼装灵活、工序衔接紧凑，安全可靠。

2.3、挂篮构件采取模块化设计，既保证构件的通用性，也保证挂篮的防护系统、人员操作系统的安全完善。

2.4、菱形挂篮在设计荷载工况下挠度满足施工要求，挂篮模板具与前一节段成型砼的衔接密贴，无明显错台错缝。

普通菱形挂篮缺点是只能用来施工悬臂块件，不能充分发挥挂篮主桁架的功能作用，通过对菱形挂篮主桁架、底模系统、各横梁等优化设计后，既利于施工悬臂块件，又可安装在墩顶上用来施工0#块，其特点为：

2.5、利用菱形挂篮构件施工0#块时，对墩身无大的损伤，只需在圆端形墩顶部预埋槽钢作销轴孔，矩形墩部在墩身顶预留32mm精扎螺纹钢对拉孔，对拉牛腿销轴座。

2.6、对挂篮的上下横梁加长，比箱梁宽两侧各长50cm，既方便于挂篮的前行与后退，也方便于作0#块托架的横梁。

2.7、挂篮主桁架加工成杆件，通过节点箱销接拼装成主桁架，既增加了挂篮的多功能性，也便于挂篮的拼拆安装及长途运输。

2.8、施工0#块托架的材料主要用菱形挂篮的主桁架、节点箱作0#块托架，用菱形挂篮的上下横梁作0#块托架的横梁，用挂篮的底模、纵梁作0#的底模系统及挂篮的模板作0#块的模板系统。基本不需要另外单独加工托架材料，节约了材料的投入成本，缩短了挂篮的安装、施工周期。

3、菱形挂篮设计

3.1 工程概况

以贵广3标乌洛河预应力混凝土双线悬臂连续现浇箱梁桥为例：桥墩1#～3#墩为圆端形变坡（40：1）空心墩，4＃墩圆端形变坡（40：1）实心墩。墩高分别为：34.5m、33.5m、31.5m、24m。上部形式为：(40+3×56+40)m预应力混凝土连续梁，0#块梁高为4.80m。梁底下缘按二次抛物线变化。箱梁横截面为单箱单室、变高度、变截面结构。箱梁顶宽12.2m，底宽6.7m。箱梁顶板厚度为35～50cm，底板厚为62.2～70cm，按直线线性变化。腹板厚为73.3～75cm，按折线变化。0＃梁段长12m，C55砼227.3m3，602.3t，悬出墩身部分砼59.6m3，158t；1#块梁长为3.0m，砼41.9m3，111.0t；2#块梁长为3.0m，砼38.5m3，102.0t；3#块梁长为3.5m，砼41.6m3，110.2t；4#块梁长为3.5m，砼37.8m3，100.1t；5#块梁长为4.0m，砼42.7m3，113.2t；6#块梁长为4.0m，砼39.8m3，105.6t；合龙段7#块梁长为2.0m，砼18.7m3，49.6t；边跨现浇段梁长为11.65m，砼129.8m3，344.0t。

3.2 菱形挂篮设计

3.2.1菱形挂篮设计说明

考虑要利用挂篮的主桁架拼装0#块托架的牛腿，设计采用菱形挂篮，挂篮结构模型见下图，主要构件包括Z1、Z2、Z3、Z4主桁架（Z1、Z4 ，Z2、Z3构件可相同）、Z5立柱、节点箱、横向连接系、前上下横梁、后下横梁、底篮、导梁、吊带、模板等构件系统。

挂篮设计检算按照荷载传递顺序对空间荷载进行等代替换，由空间立体几何体系转化为平面杆件问题。转化顺序为：挂篮底横、纵梁底模侧模内模导梁吊挂系统前上横梁主桁，挂篮计算中对传力作了如下的假定：

（1）箱梁翼缘板砼及侧模重量通过外导梁分别传至前一节段已施工完的箱梁顶板和挂篮主桁的前上横梁承担。

（2）箱梁顶板砼、内模支架、内模重量通过内滑梁分别由前一节段已施工完的箱梁顶板和挂篮主桁的前上横梁承担。

（3）箱梁底板、腹板砼及底篮平台重量分别由前一节段已施工完的箱梁和挂篮主桁的前上横梁承担。

菱形挂篮材料选用Q235b普通型钢钢材，计算参数：钢材弹性模量：E=2.06e5MPa，密度：γ=7850 Kg/m3，容许弯曲应力[σ]＝145（Mpa），容许剪应力[τ]＝85（Mpa）。销轴材料用Q45钢材,[σ]＝200（Mpa），[τ]＝120（Mpa）。

挂篮设计基本参数：

（1）梁段混凝土重量：26.5KN/m3

（2）人群及机具荷载取2.5 KPa。

（3）超载系数取1.05；

（4）新浇砼动力系数取1.2；

（5）挂篮行走时的冲击系数取1.3；

（6）抗倾覆稳定系数2.0；

（7）荷载组合：

①砼重+挂篮自重+施工、人群机具+动力附加系数 (强度、刚度计算)；

②挂篮自重+冲击附加系数(行走稳定性)。

3.2.2 挂篮主桁架

挂篮主桁架Z1～Z5构件由双拼I32b槽钢与10mm厚钢板焊接一起，由节点箱通过80mm的销轴连接成挂篮主桁架，如图1。在施工0#块时，把一支挂篮主桁架拆成4片三角架作为0#块的牛腿托架，用Φ32精扎螺纹钢对拉节点箱1固定在墩身上，安装三角架牛腿，形成0#块托架平台，在平台上横铺挂篮的底横梁、纵铺挂篮的底纵梁、底模、外侧模、内模，安装0#块钢筋、预应力筋管道及各项预埋件、浇注砼、养生、张拉、压浆，拆除0#块模板、托架，安装挂篮，预压挂篮，进行挂篮块件施工。本节以1#块、0#块的设计参数为依据对挂篮主桁架荷载进行分析设计。

计算结果表明：挂篮主桁架结构作0#托架牛腿的强度、稳定性均满足规范设计要求。用同样的方法也可验证挂篮的底纵梁、横梁作0#托架时的强度、稳定性也满足规范设计要求（计算过程略）。

吊杆采用直径32mm、抗拉强度标准值为785MPa的精轧螺纹钢筋。

容许706.5MPa A=804.2mm2 最大拉力207.8KN

σ＝N/A =207800/804.2=258.4MPa

故吊杆满足规范2倍安全系数的要求。

第2篇：优化设计范文

关键词：冷却塔 逆流塔 循环冷却水 优化设计

目前逆流式机力通风冷却塔得到了广泛应用，在轴流风机的作用下，驱动空气从冷却塔周围依次通过进风口、淋水填料、配水系统、收水器，进入风筒，最后又将空气输送到大气中的。那么在逆流冷却塔设计中，对冷却塔填料、配水、收水器、风筒的优化设计，对冷却塔处理能力的提高，降低塔的阻力，提高风量，增加气流分配的均匀性有很大作用。

一、填料的优化设计

在冷却塔中，淋水填料的散热能力占整个冷却塔冷却能力的80%以上，所以淋水填料的优化设计在冷却塔设计中显得至关重要。淋水填料的亲水性能，直接影响冷却效果，材料亲水性好，可使水在淋水装置的整个表面得到最大程度的扩散，增加水和空气的接触面积，提高冷却效果。本公司采用一种新型填料IC-A填料，该填料主波采用梯形设计，次波采用特殊的“凸”形设计，水在填料表面能形成不断翻滚混合的三维立体水膜。这种水膜与常规薄膜填料表面形成的两维平面水膜相比，不仅停留时间较长，而且水气也实现了全方位充分接触，减小了流体边界层对传热的不利影响，使水气的传热、传质显著增强；该填料通过提高波形的复杂程度，使其比表面积比一般双梯波薄膜填料增大约25%。其冷却能力是常规双梯波填料的1.3倍以上。

淋水填料支梁选用玻璃钢方管，减小了塔的断面阻力，并且防腐性能良好。与混凝土梁作比较，由于混凝土梁的高度要远大于玻璃钢方管梁（混凝土梁的高度一般为500-700mm，玻璃钢方管梁的高度仅为70-90mm），混凝土梁后涡流区的面积也要远大于玻璃钢方管梁，经过实塔对比测试，采用混凝土梁填料架，整塔混凝土量要增加5%，热力性能下降4%。

二、配水系统的优化设计

配水系统的优化对冷却塔的冷却效果起到很大作用。配水系统的优化包括配水喷头的选择与布置、配水管道的水力计算、配水管道的材质确定。配水喷头是冷却塔配水的重要配件，流量系数大，配水不均匀系数小，强度高的配水喷头应为首选。本公司常用带有自锁装置的三溅式防松喷头，该喷头采用下喷方式，三溅式防松喷头布水，喷头材质为ABS塑料一次注塑成型，强度高，使用寿命长。系统对水力负荷具有较高的适应性，系统在运行负荷达到130%时仍可正常工作，运行负荷低至70%时整塔布水均匀性不受影响。整个配水系统使用管网状结构，稳定性好，配水均匀。主管及支管下部装有喷头，保证配水系统最低点均有泻水点，以防止设备停运时管道积水和运行时管道污物沉淀，避免配水管道进行人工清洗的麻烦，在浊度小于300ppm非粘性水质中能全天候安全运行。配水管网选用U-PVC材料，这种材料耐腐蚀性能良好，水流阻力小。

三、收水器的优化设计

收水器的优化可提高收水效率，减少气流阻力。我公司的专利产品加筋收水器，收水器片材质为PVC，采用挤拉成型工艺，是原来弧形收水器的更新换代产品，该收水器在各种工况条件下，其飘水损失

四、风筒的优化设计

选用动能回收型风筒，该风筒充分利用了气体流场均匀化理论，结合工程实践经验和实测数据而设计，内壁曲线采用椭圆曲线，与采用直线的自然扩散型风筒相比较，消除了气流脱壁现场，缩小了涡流区，使风筒中心负压区面积大幅缩小，出风口断面风速分布趋于均化，经实际应用检测，该风筒动能回收值大于30%。风筒采用模压工艺成型，外表面为含光稳定剂的光滑胶衣树脂，内表面涂树脂两遍，经压模处理保持较高光洁度以减少阻力。风筒采用T型大端面空腹筋，应力集中段和联接端埋有预制件以保证风机整体强度和运行强度。

五、冬季化冰技术的优化

在最冷月平均气温低于-5℃的地区，冷却塔的冰冻的危害是极其严重的，这些冰冻主要出现在进风口的梁、柱，淋水填料、壁板、风机叶片、塔顶和塔的四周地面，减少了冷却塔的使用寿命。这些冰冻的出现不但影响冷却塔的正常运行和巡检，降低了塔的性能，增加了员工的劳动强度，而且破坏了淋水填料、塔体，影响塔体的紧固与稳定。

造成了其他冰冻的原因如下：进风口无导流设施或导流设施不合理，在进风梁处形成“尿檐”现象，即梁下水流呈滴滴嗒嗒状态，形成像石灰岩溶洞中石乳与石笋一样的冰，进而相连形成冰柱，冰柱与冰柱相连而形成冰墙，这时就把进风口完全封住；进风柱处也因同样原因，柱周围结冰，使柱子加肥变粗，而且与进风梁下的冰帘、冰柱相连；配水系统设计不当使塔在冬季停时管道内积水，造成管道冻裂；配水喷头堵塞，使配水不均匀，局部淋水密度太小，水温降大，在填料中及填料架下产生的冰冻；经填料冷却后的循环水由于温度较低，在靠近进风窗侧与外界冷空气接触产生冰冻；集水池由于长期停用而又没有必要的排空防冻措施；进风侧集水池顶层梁设计不合理，造成冷却塔雨区淋水淋在梁上从而溅落到水池外，造成塔周围结冰；面板密封不严渗水、漏水；收水器收水效果差，造成飘水严重，滴落在塔顶平台和塔周围地面，造成结冰，若冬季仍开风机结冰更为严重。

根据北方地区的运行环境，对化冰措施作如下设计。塔进风窗上沿混凝土下部进行尖端处理，防止壁流水外涎；设计中配水系统主管及支管下部装有喷头以防止停车时管道积水和运行时管道污泥沉淀。使配水管道不存在污泥沉淀的情况，避免了配水管道进行人工清洗的麻烦，同时消除了停车时配水冰冻的隐患；采用可短时反转风机，当塔进风口存在冰幕时，使塔内气流反向流动，利用塔内热空气消除冰幕；进风口处设置化冰热管，切断冰幕。在冷却塔水池设计中，对进风侧水池顶层梁采取下沉500设计，池壁外扩，使淋水外溅现象可以得到彻底的解决。

第3篇：优化设计范文

关键词：钢煤斗；资源；库存；优化设计

山西瑞光热电有限责任公司一期2×300MW机组建设工程钢煤斗几何容积约为280m3，每台炉共6个。钢煤斗布置于主厂房C＼D列之间，东西向布置于2轴一8轴之间，安装标高在16.4-30.88m之间，支座标高在24.07m。煤斗分为上部和下部两部分，上部为直体，矩形截面，长为5000mm，宽为8000mm，高4 880mm，设有4道加劲肋；下部为四角锥台面，上口直径长为5000mm，宽为8000mm，下口直径长、宽为950mm，高为9100mm，设有13道加劲肋。煤斗所用材料为Q235B，煤斗锥体部分内壁采用3mm厚0Crl3不锈钢板耐磨层，不锈钢耐磨层与煤斗结构采用开孔焊连接。

《初设说明清册》中，煤斗采用支撑式圆筒下挂双曲线钢煤斗，用碳素钢制造。2008年2月份时，市场钢材价格持续不断上涨，公司领导未雨筹谋，研究决定储备了大量钢材，其中包括准备用于煤斗制作的厚度为12mm、材质为Q235B钢板。

2008年5月3日，瑞光热电厂F741S-T0252钢煤斗结构图到现场后实际设计为方形煤斗，根据以往经验并经过验算。同体积的圆煤斗要比方形煤斗少用钢材，并且圆形煤斗防变形强度要比方形煤斗好，可以减少加固角钢，重量也比方形煤斗轻。经和设计院联系得知，煤斗上方预留了二期输煤皮带空间，一、二期输煤皮带均可互为进煤，圆形煤斗无法满足此设计要求。

在审阅图纸过程中，发现原钢煤斗图中有很多疑问，并且公司已储备了准备用于煤斗的厚度为12mm、材质为Q235B钢板。鉴于以上情况，项目部一方面现场与业主、监理、设计工就图纸中问题与各方讨论，另一方面就材料代换事宜与设计院进行沟通，经过反复研算和复核，设计院同意出升版图。2008年6月4日，升版图到现场，在升版图中就材料代换与发现问题进行了设计优化。

1　优化设计方案

(1)在钢煤斗原设计图中，锥体部分设计厚度为14mm、材质为Q345B钢板，加固肋为180×18角钢，间距为900mm。升版图后煤斗锥体部分改用厚度为12mm、材质为Q235B钢板代替原设计厚度为14mm、材质为Q345B钢板，并且部分减小了锥体加固肋间距以保证煤斗强度。升版后利用了公司低价储备的厚度为12mm、材质为Q235B钢板165.72L。

(2)旧版煤斗图中加固角钢间距全部为900mm，出升版图后将上部承重小的方斗上部加固角铁间距变为1000mm、1200mm、1530mm，下部承重部位间距变为500mm、600mm、650mm、700mm、850mm，使煤斗的加固角钢分布更符合受力要求。且通过设计院研算，在锥斗底部采用了库存的140×12的角钢代替原180×18的角钢，共使用库存角钢8.508t。

(3)在旧版图中，箱形底座加筋立板间距为500mm，高度方向每300mm对称加两块20×180×200水平筋板，每个煤斗为416块，经过计算画图，发现间距500mm再加两个200mm长筋板，中间距离仅有100mm，按此制作，不仅烦杂、焊接量大、不美观，而且在以后的运行中容易积灰。和设计院沟通后。经过计算，立筋强度已经满足煤斗强度要求，因此在升版图中去掉了20×180×200水平加筋板，每个煤斗416块，重2.496t，6个煤斗共2496块，重14.976t。这一优化，不仅节约了材料。而且减少了煤斗的焊接量，使煤斗不易积灰。

(4)旧版图中钢煤斗30mm厚厢形支撑板与12mm上部方形煤斗壁之间的过渡，原设计为100mm缓慢坡形过渡，但是在现场这种整板坡形过渡无法加工，经过和设计院多次沟通，查阅了多册设计手册，将坡形过渡长度修改为50mm。此长度在现场用半自动切割机即可加工，再稍微打磨修整即可满足设计要求。

(5)在钢煤斗图纸中，长方体+四棱锥结构煤斗相邻交角的内侧为200mm宽直板过渡，考虑到长方体+四棱锥结构煤斗没有圆煤斗使煤流动性好，4个棱角容易棚煤。经过现场各方研究，将四棱角结构煤斗相邻交角的内侧直板改为圆弧形板，圆弧半径定为250mm，即增加了煤斗的强度及耐磨性，又利于原煤下落，改善了方煤斗的性能。

(6)钢煤斗制作图纸中要求钢煤斗内壁(25.5m以下部分)衬3mm厚不锈钢板，并采用开孔塞焊与钢煤斗连接，开孔要求为上下间距1000mm，左右间距500mm。而根据以往的经验和现场试验，这样的要求不能使不锈钢板与钢内壁很好的贴合，本着对工程、对业主负责的态度和业主、监理、设计院沟通后，在作业指导书中将开孔要求改为各焊点间间距不大于350mm，使两者贴合密实、不起鼓，保证了煤斗的质量。

通过以上设计优化，升版图后每个煤斗重量由69.697t变为63.243t，少用了6.454t，6个煤斗共少用钢材38.724t。

2008年11月28日，钢煤斗吊装工作安全、顺利完成，确保了现场下一工序的进行。经过精心组织和施工，钢煤斗制作质量工艺大大提高，需检验焊缝一次合格率为100％。

第4篇：优化设计范文

[论文摘要]20世纪80年代开始，国外就有较多人力资源专家和企业培训人员从事培训方面的研究与实践，培训无论对公司，还是对个人都具有十分重要的意义。

对于企业而言，培训实质上是一种系统化的智力投资，其作用主要体现在：培训有利于提高企业员工的整体素质，促进企业的长远发展；培训有利于企业加强自身对外部环境的适应性；培训能够提高企业自身改革和创新的能力；培训是企业吸引人才、培育人才和保留人才的重要手段。对个人而言，培训是员工本文从员工培训的概念着手，分析了员工培训需求，探讨了企业员工培训效果评价方法设计，优化设计了企业员工培训效果评价的流程，得出了企业员工培训改进策略，总结了企业员工培训效果评价设计影响因素，运用科学的设计方案，有效为企业员工培训提供理论依据。

一、员工培训的概念

培训是企业有计划地实施有助于提高员工学习与工作相关能力的活动。这些能力包括知识、技能或对工作绩效起关键作用的行为。企业人力资源培训，则是指企业根据自身生产经营和发展的需要，为提高企业员工的素质和岗位所需要的知识、技能及政治理论、规章制度、法律法规常识等而进行的各种形式的教育与训练活动，从而使企业员工的工作态度、工作行为、价值观念等有所改变，使他们在现在或将来工作岗位上的工作表现达到组织的要求，并发挥最大的潜力以提高工作绩效。伴随着生产经营活动的变化和发展，人们的知识水平和能力的局限性总要受到实际工作的挑战，随着知识更新速度的加快，在很多情况下，人们往往难以有效地扮演好各自的职业角色。为保证自己的企业在激烈的市场竞争中，始终保持人力资源的优势，提高经营管理效益，就必须对本企业员工进行培训。

二、员工培训需求分析

在企业培训的过程中，培训需求分析是设计培训项目、建立评估模型的基础。培训研究表明，企业组织一般可以从三个方面进行需求分析：组织、工作任务和个人。

从组织角度进行培训需求分析，通常可以了解实现企业目标需要的技能、企业人力资源的供需情况、竞争对手等情况。

从工作任务的角度入手，需要确定哪些是重要任务，哪些是属于在培训过程中必须加以强调的知识、技能和行为方式。

工作分析时，调查者必须了解做好一项工作所需要的知识、技能和能力。知识一般可分为两大类：陈述性知识和程序性知识。陈述性知识是关于事实的信息：程序性知识指有关技能和解决问题过程方面的知识。技能则指正确自如地做好工作的能力，实际是一种心理能力，在企业实践过程中，主要与工作绩效标准有关。能力是指做好工作所必需的认知能力。能力的形成是以知识为基础的。

在需求分析过程中，分析人员如果已经了解到做好工作所需的知识、技能和能力，了解到工作中包含哪些主要任务，那么就可以将两者结合起来进行考察，寻求二者之间的内在联系并据此进行培训项目的设计。在实际情况中，找寻任务要求和履行任务所需要的知识、技能、能力的对应关系显得特别有意义。

如果从个人角度来进行需求评估的话，分析人员应该关注以下两个问题：企业中谁需要培训？他们需要什么样的培训？企业中的绩效评估实践及反馈机制能够帮助分析人员了解企业中的哪些员工需要接受培训，需要什么样的培训。另外还可以从研究员工的学习动机的角度来了解培训需求。调查培训需求时可以采用的方法很多，如观察法、调查问卷法、面谈法、阅读技术手册和记录、访问专门项目专家等。由于面临的竞争越来越激烈，不少公司借鉴竞争对手的培训模式来制定适合自己工作发展的培训类型。

三、企业员工培训效果评价的流程优化设计

（一）整理学员出勤情况（成绩资料建档）

统计出席人员及原因，分析参加者的成绩并通知其主管，对完成课程的学员建立资料档。

（二）分析课程评估表

对讲师及学员的评估意见加以分析，一方面给予讲师回馈建议，另一方面作为课程设计的改进参考。

（三）撰写课程实施报告

对于课程的规划、执行方面所发生的状况，进行整合性的分析与检讨，提出综合报告。

（四）训练后访查学员

在训练结束后二周内，抽样访查参加学员，追踪其对参加训练的印象及可应用程度。

（五）应用跟踪

在训练后一周内，整理出课程精华摘要，通知各学员的直属主管，以利于主管对学员受训后的应用跟踪。

（六）召开课程检讨会议

针对课程规划、执行及追踪相关人员的意见统计做全盘检讨，以利于行动展开及往后改善。

四、企业员工培训改进策略

企业员工培训改进，就是对培训工作进行追踪、总结和改进。培训改进的流程如下：

（一）追踪训练后的行动计划

对训练时学员所承诺的行动计划，于事后追踪其执行成效，并给予协助及回馈。

（二）追踪配合单位改善行动

对训练时学员提出改善建议及要求相关单位配合的行动计划，加以追踪并掌握状况，将有助于管理改善。

（三）抽样访查直属主管

以抽样方式访查主管的看法与积极性建议，有助于提升训练质量。

（四）对高阶主管的建言

根据参与训练学员的态度及意见，对上级单位做出改善建言。

（五）研讨资料的整理

对研讨资料进行有效整理，并扩大流传范围，或作为自我学习教材，将便于训练效果延伸。

五、企业员工培训方案评价设计影响因素

培训的成效评估和反馈是不容忽视的。培训的成效评估一方面是对学习效果的检验，另一方面是对培训工作的总结。选择什么样的设计取决于几种因素。在大多数情况下，决定恰当设计的因素之一是，能不能得到评价人力资源开发培训结果的合适的数据。因素之二是对工作环境的现实考虑。评价设计越复杂，实施评价的成本就越高（有效性就越大）。另外，还要考虑对照组的获得、随机抽样的难易程度、消除学习之外的其它因素的影响等。如果设计不够理想，那么人力资源开发的专业人士在做出选择时要掌握好如何平衡的问题。

参考文献

[1]熊超群，企业员工选用、培育与考核实务，广东经济出版社，2002年4月第1版

[2]郭京生、张立兴，人员培训实务手册，机械工业出版社，2002年1月第1版

第5篇：优化设计范文

关键词：工艺流程 运行 优化设计

一、国内外的发展现状

管道运输作为五大运输方式之一，在世界上已经有100多年的发展历史。目前，就发达国家来说，其原油的管输量占其总输量的80%，而成品油的长距离运输也基本实现了管道化。由此可见，管道在输油中的起到不可代替的作用。管道输油是原油或成品油运输的主要方式，管道在输油中的作用

目前，世界上原油管道普遍采用的是密闭输送工艺，也出现了按冷热原油顺序或按原油或成品油顺序输送的工艺；对高黏性、高凝点的原油采用热处理、加剂处理工艺。多采用节能高效的型管道设备、泵送设备和加热设备。

我国于1958年建成第一条长距离输油管道一新疆克拉玛依至独山子炼油厂输油管道。随后，由于我国各个地区油田的相继开发和炼油厂的建成投产和经济发展的需要，我国管道运输业，尤其是输油管道，得以迅速的发展。经过几十年的发展，目前我国先已经掌握了国际通用的各种先进的管输工艺，例如，加剂输送、间歇输送常温输送、加热输送等。而且，我国在储罐的防腐和地埋金属管领域和原油热处理，“三高”原油的加热输送，以及加剂输送等方面已达国际水平。

二、我国和发达国家的差距分析

就输油管道本身的工艺方法而言，我国与国外的水平相当。但是，在管道输送的运行管理、设备的高效节能方面，与发达世界上其他先进国家还有不小的差距，尤其在管道运行管理方面，我国与国际先进水平差距落后近20年。目前，如何摆脱高耗能的经济发展模式已成为我国经济发展的一大难点。如何使输油管道更加的节能高效，使之向资源节约型方向发展，是输油管道工作的重点。因此，我们必须要进行输油管道的优化设计。针对我国在这方面的差距和不足，应该从工艺流程和运行两个方面进行优化。

三、工艺流程的优化

本文针对工艺流程，从原油集输网络、管道进站和成品油顺序输送、以及管道进站工艺流程两个方面进行优化。

1.原油集输网络的优化

原油集输系统的工作流程即：井口收集油井产出液计量站、接转站及集中处理站输送到油库。原油集输系统是一个复杂的多级网络系统，也是一个巨大的能量耗散系统，因此其优化非常复杂。它的优化主要包括两个问题，参数优化和拓扑布局优化。参数优化，是指确定管径、掺水量及其温度和管网的能耗。把它表达成非线性优化问题，通过确定的目标函数，利用约束条件，求出最优解。进行拓扑布局优化主要就是在满足站处理能力的前提下，通过确定站的几何位置、井与站、站与站之间的连接关系，实现管线距离长度之和最小。

2.管道进站工艺流程的优化

管道进站工艺优化，在输油管道设计中也是非常重要，尤其是对一些较早建成的进站管道，由于设备的老化或功能不能适应新的需要，已不能满足节能高效的要求而新建的成本又太高，更迫切地需要改造，进行优化设计。在管道进站工艺优化过程中需要考虑的因素有如下几个：

2.1余压的利用。如果能充分利用进站余压，可以降低能量损耗。

2.2油泵设置的数量。在设置时要充分考虑站内管道、阀门数量，尽量降低内摩阻。

2.3设备的选用。包括加热炉、输油泵组等设备。在选用时，尽量选用节能效率高的设备。在对已有的工程进行改造时，对因老化，腐蚀等原因造成或本身已不能满足节能标准的设备，要更换。

2.4油品进出油罐时，要封闭，这样不会因为油品呼吸损耗，避免浪费能源，又污染环境。

3.成品油顺序输送的优化

输送顺序的优化设计就是在保证输送安全并完成输送任务的前提下，将投资及运行成本降到最低。要根据成品油管道输送的不同特点，依据据最优化理论，在全面虑技术、经济指标的影响的基础上，对设计变量进行优化，从而建立优化模型，求出最优解。输送顺序优化的关键问题是确定最优循环次数。一般情况下，是通过不同油的物理和化学性质来决定输送顺序，达到减少混油损失的目的。以一年内完成的循环周期数作为循环次数，那么，循环次数的越少，即表示每一种油品的一次输送量越大，同时混油损失越少。但是另一方面，油品的供与求通常是均衡，由于各种油每天都会消费，因此管道输送都是间歇性输送。要想降低循环次数越少，就要在输油管道的沿线建造储罐区平衡生产、消费和输送，而油罐区的建设和经营也会造成费用的增加。因此，要综合考虑油罐区的成本和混油的损失这两个因素才能实现输送顺序的优化。

以庆铁输油管道泵站的工艺流程改造为例，改造之后，每年节电 ，节省燃料油 ，经济效益明显。

四、运行的优化

对运行的优化设计，要通过建立数学模型，运用科学的方法进行计算。所建立的数学模型以最终总耗能最小或相同条件下，经济效益最大为目标函数。

1.参数的选择

管道直径、管道及站间长度，管线输送油品物性及输油任务量，泵组、炉子的效率，管道及设备的内摩阻，燃料油价格等作为已知参数；管道沿线沿线地温变化等地理因素也作为已知参数输入模型。

各泵站的开泵方案，各加热炉、热站的启停及其匹配方式，油品进出站的温度等作为未知参数输入。

2.约束条件的选择

将输送工艺、允许的出站最高油温和出站压力、进站最低压力和进站油温、管道最大承压力、泵的最大量程、加热炉的最大负荷等因素作为约束条件。

3.建立目标函数，求最优解

由于每个项目所考虑的因素不同，约束条件的选择也不同，因此建立的模型也会有一些差别，计算方法也有所差别。但所求的解都可以实现消耗的最低或经济效益的最大化。

以2001年7月份对长吉线优化为例，目前，长吉线全年额定输量 左右，日输量 。优化并运行后与实际的运行费用进行相比，全年可节省 元，经济效益非常可观。

五、结语

提高资源利用率，实现节能减排，是我们全社会的共同责任，对输油管道进行优化设计，任长而道远。希望广大工作者继续探索，把我国带入世界领先水平。

参考文献

[1]吴长春 李东风. 秦京管道稳态优化运行方案的分析与确定. 油气储运，2002.

[2]王铁成 李忠伟. 庆铁输油管道泵站工艺流程改造.油气储运，2002.

[3]孟振虎 忠 马平.输油管道优化运行实用分析.油气储运，2002.

第6篇：优化设计范文

关键词：超低渗透；标准化井场；安全环保

超低渗透油田近年来成为长庆油田发展的重点，今年一月，长庆油田的“5000万吨特低渗透——致密油气田勘探开发与重大理论技术创新”这一研究课题获得了二一五年度的国家科学技术进步一等奖，所以，在接下来的一段时间，长庆油田将以此为跳板，对超低渗透油田的井场设施的优化进行进一步的研究，以求降低油田开发的成本，更好的提高石油的产率，为我国石油企业的发展做出了极大的贡献。

1超低渗油田的相关介绍

低渗透的油田根据渗透率主要分为三类，平均渗透率在（10.1～50）×10-3μm2范围内的油田称为低渗透油田，而平均渗透率在（1.1～10.0）×10-3μm2之间油田称为特低渗透油田，而平均渗透率在（0.1～1.0）×10-3μm2之间的成为超低渗透油田，这种油田的丰度和渗透度都很低，一般情况下，是不会进行开发的，但是，由于我国超低渗透油田的范围比较广，且很多油田的原油性质比较好，油层也非常厚，如果开发和利用的得当，是比较有价值的，还能为我国的石油开采做出突出的贡献。长庆油田近年来对超低渗透油田的研究很深入，并取得了一些突出的成果，目前，井场的设施问题成为制约油田发展的重要因素，我们要采取相应的优化设计方案，加强井场的建设。

2我国超低渗透油田井场建设的现状

超低渗透油田的井场建设十分重要，从安全环保的角度上说，井场的建设需要有相应的雨水收集和处理系统，由于油田的油污比较多，如果不处理好雨水的问题，很容易把油污通过雨水带出，对环境产生了很大的污染。近年来，我国对环保事业的重视程度越来越高，所以，长庆油田对井场的安全环保设施做出了极大的改善，但是，仍旧存在三个方面的问题，首先，长庆油田的黄土土质较软，容易造成地基的崩塌；其次，油污容易随雨水下渗，影响土质；最后，暴雨后进行雨水的收集，由于蒸发池的容积有限，容易造成坍塌。其次，从投资角度上说，井场的设施是油田投资的大头，而其中井场的巡井房和围墙是重中之重，我们要加大对井场设施的投资，一方面，可以提高石油开采的效率，强化硬件设施的建设，另一方面，可以加强油田的安全运行。目前，长庆油田的井场建设水平较高，已经具备很好的开发条件，但是，在一些小的方面还有可以优化的地方，我们将采取有效的措施，提高井场设施的优化设计效果，为长庆油田的发展奠定基础。

3井场设施的优化设计的实施

针对目前井场设施存在的问题，我们要在围墙、环保和雨水的收集等方面做好充分的工作，优化整体设计，不断加强油田的建设。

3.1围墙的简化工作

围墙的建设是油田井场设施建设中的重中之重，也是投资比例较大的一块。目前，我们采取有效措施着力降低成本，主要是通过将原来砖砌的围墙换成了土筑的防护堤，这样，从选材上大大降低了成本，同时，高度也得到了优化，并且，使用土筑的防护堤也能达到含油污的水源不会流出井场的目的。

3.2含油污水池的建设

含油污水的收集是油田井场的重点工作，以往，我们主要使用的是雨水的蒸发池，其建造成本比较高，目前，我们采取了取消雨水蒸发池的优化方案，采取分流的途径，大大减少了含油污水池的容量，从而使油田的建设有所降低，同时，也规避了雨水蒸发池产生的一些问题。

3.3设置集水沟

集水沟的主要目的是收集洁净的雨水，一些相对安全区域的雨水能够自然的流入集水沟，我们可以利用这部分的雨水对油田周边的植被进行灌溉，节约了灌溉用水，对周边环境的建设也有非常好的作用。

3.4设置视频监控系统

随着科学技术的不断进步，视频的监控系统走入了各行各业，同时，在长庆油田中也有了广泛的应用，我们利用视频监控系统，可以有效的对油田的工作情况进行全面的动态了解，能够及时发现问题并做出处理，同时，可以采用这个系统对员工的工作进行监督，提高他们的工作效率。

4结语

长庆油田的井场设施得到了充分的优化，并在使用过程中的效果非常令人满意，我们将继续对相关的设施进行进一步的优化，保证整个油田的安全稳定运行。同时，我们在油田开采的过程中，因为石油是高污染的行业，所以要充分的考虑到环境的问题，为我国的生态建设保驾护航，同时为石油企业的发展奠定良好的基础。

参考文献：

[1]樊成.长庆油田超低渗透油藏开发技术研究与应用[J].石油化工应用,2009,02:30-35.

[2]习琦,田景隆,陈述治,尚进.长庆油田地面建设关键技术综述[J].石油规划设计,2013,01:8-11+33+59.

第7篇：优化设计范文

1.1以动力性为主要匹配的优化目标。动力系统参数匹配是汽车整车设计和开发的一个重要环节，此环节主要是根据人们对整车使用时的设计指标要求和减少尾气排放的设计要求相结合，对动力系统部件进行选型和参数确定的一个过程，此以动力性为主要匹配的过程的实现主要由电机、电池和变速器构成整车的能源动力及传动系统。传统的汽车动力系统参数主要是以动力性作为整车参数设计的主要目标，这种参数设计的方式通常是根据整车的最高车速、加速时间以及爬坡度等动力性能指标要求，通过实验得到相应的参数然后进行分析计算，完成对动力系统关键特征参数的确定。通过这种方式确定的汽车动力系统的参数较为笼统，没有更加严谨的再分析过程，因此在汽车使用过程中的动力系统容易出现众多弊端。由于此传统方法的计算设计不严谨，导致了汽车在使用过程中整体耗能的增加，同时也加大了对大气的污染程度，因此，只有通过改变或优化较少的部件参数，才能够达到满足整车动力性需求的目的。只有在对以动力性为主要参数的汽车动力系统的优化设计过程中，通过功率平衡的方式计算得出汽车动力系统的关键参数，并将其应用到汽车动力系统的整体优化设计过程中，结合采用原五档变速器中的一个档位作为车辆变速器速比的结论，才能够更好的实现汽车动力系统的低耗能和低排放的目标。

1.2以经济性为主要目标参数的设计优化。以动力性为目标的动力系统参数匹配能够满足基本的动力性能要求，但是对汽车整体动力系统的需求，处理要满足动力性的要求外还需要满足人们对汽车日益增长的需求的要求，[1]因此，整车系统的运行效率以及续驶里程和能耗表现也是汽车动力系统所不容忽视的重要性能指标，要保证汽车整体动力系统参数满足整体的综合性需求，就需要加强以经济性为主要目标参数的设计优化工作，进而才能够实现汽车行业进一步发展的要求。汽车动力系统的经济性及节能潜力主要是由整车动力系统部件参数的不同组合基本来决定的，因而在计算设计汽车动力系统参数匹配过程中，应将整车经济性作为一个重要的设计指标，要实现以整车经济性作为主要参数目标就需要做到，以经济循环耗电百分比作为目标函数，以动力性能为约束条件对传动系速比进行了区间优化，经过对各参数所占的权重进行综合分析，可以计算求得速比参数的最大可行区间而不是固定点，在此优化可动区间内进行灵活取值，从而可以做到根据不同地区实际使用的状况来确定需要的参数，进而实现汽车整体动力系统的经济性设计目标。

1.3从整车需求角度进行动力系统参数的综合优化。从汽车整体动力系统的动力性和经济性的性能需求角度进行汽车动力系统参数的综合匹配设计和优化，是保证汽车动力系统整体发展趋势的主要手段和技术措施，只有同时实现汽车动力性和经济性的性能需求，才能够在提高整车性能尤其是节能潜力的同时提高汽车整体动力系统的市场竞争力。虽然可能会带来设计成本的增加，但是相比于市场竞争力的增加，和满足人们对汽车动力系统的要求后的需求量的增加，两种性能参数的优化，可以更进一步的促进汽车行业的发展和进步。在分别进行完汽车整体动力系统中的动力性和经济性性能参数的优化，只要再从整车需求角度对动力系统进行综合的优化，才能够在经过仿真实验后对个参数进行计算分析确定仿真结果，仿真结果表明优化后的整车动力性和经济性均较优化前有了一定的提升。仿真实验的进行主要是在动力系统部件特性试验基础上，以动力性和经济性的综合性能指标作为优化目标函数，对汽车整体动力传动系统的主要部件进行了优化，从而实现对汽车整体动力系统的综合优化实现，进而可以更好的满足汽车行业发展对汽车整体动力系统的综合需求。

2汽车整体动力系统的优化设计

2.1汽车传动系统的优化设计。汽车动力系统的整车动力性、经济性在很大程度上取决于动力系统零部件的选型和参数匹配，汽车传动系统是汽车动力系统的主要零部件，也是汽车动力系统运行的主要结构组成，只有保证汽车传动系统的设计优化性，才能够更好的实现汽车整体动力系统的优化。汽车传动系统作为汽车的关键构成部件，对于动力系统参数的影响也是很大的，其中主减速比和变速器减速比是传动系统最重要的参数，也是动力系统参数匹配的重要对象之一，[2]只有保证汽车整体动力系统中的主减速比和变速器减速比同时实现设计最优，才能够有更多的可能保证汽车整体动力系统的设计最优。如果传动比设置得太大，车辆无法达到较高的行驶车速，传动比设置得太小的话，车辆爬坡、加速、超车等性能都会大打折扣，此时汽车动力系统的耗能处于最大点。总之，想要保证汽车整体动力系统实现最优化，就必须保证汽车传动系统实现最优化设计。

2.2汽车电机参数的优化设计。电动机是汽车整体动力系统的主要功能装置，只有保证电动机的优化才能够确保汽车在使用过程中供能的不间断，进而实现汽车使用过程中的高效率和低耗能相结合的目标。通常情况下，可以选择恰当的选择电机的最高转速和车辆的最高行驶车速相对应，这样既可以保证汽车动力系统可以以最高车速行驶时所对应的电动机状态一定是在额定功率情况下运行，也可以同时实现长时间内的电机系统热平衡管理，进而能够确保汽车整体动力系统持续目标的实现。

2.3汽车动力系统电机的优化设计。由于电机系统是为汽车动力系统功功能的主要结构，因此应该在确保电机系统参数实现最优的情况下，保证对电机的优化设计，才能够更好将汽车系统中电池传输过来的电能转化为汽车运行所需的驱动能量。汽车动力系统中的电机系统主要是在车辆行驶过程中发挥主要功能的，而汽车行驶又是一个复杂的多工况的过程，对电机的要求也有其独特的地方，其对电机的主要要求时在行驶过程中要求电机系统可以提高持续性的较大输出功率，由于车辆内部空间的限制，电动机的外型尺寸应当尽可能小，因此这就需要对传统的电机系统进行优化设计，只有在高效率的优化设计的基础上，才能够实现电机外型和输出功率同时满足的要求，进而实现汽车行驶的高功能需求。

第8篇：优化设计范文

往复式葡萄藤切割器的能耗为J0=N+Pf(1)式中N—往复式葡萄藤切割器的功耗;Pf—往复式葡萄藤切割器的阻耗。

2优化设计模型

以往复式葡萄藤切割器工作行程的功耗和阻耗最小为目标函数，建立优化设计的数学模型。2．1选取设计变量选取割刀曲柄转速n、割刀曲柄半径r、切割器行程s、机器的前进速度vm、机器的割幅B为设计变量，设X=［x1，x2，x3，x4，x5］T=［n，r，s，vm，B］T(7)2．2建立目标函数目标函数为minF()X=x4x5Lo102+Nk+kx1x225x3×10－[]4(8)2．3确定约束函数根据需要满足的约束条件建立约束函数为其中，g1()X、g2()X保证割刀曲柄转速在设计的要求范围内;g3()X、g4()X表示割刀曲柄半径在最大和最小值之间;g5()X、g6()X保证切割器行程在许用范围之内;g7()X、g8()X表示机器前进速度的取值范围;g9()X、g10()X保证机器割幅在设计要求范围内。

3优化设计计算及结果

设计变量赋初值为:X=［x1，x2，x3，x4，x5］T=［n，r，s，vm，B］T=［500，1400，76，1，1．4］T;已知条件为:Lo=250N·m/m2，Nk=0．8kW，K=120N/m·s－1，nmax=1000r/min，nmin=320r/min，rmax=200mm，rmin=100mm，smax=152．4mm，smin=50mm，vmmax=6km/h=1．667m/s，vmmin=3．5km/h=0．972m/s，Bmax=1．8m，Bmin=1．1m。优化计算并取整得出最优设计结果为:割刀曲柄转速n=320r/min、割刀曲柄半径r=50mm、切割器行程s=100mm、机器前进速度vm=0．9m/s、机器割幅B=1．1m。

4试验分析

设计制造葡萄藤修剪机样机进行田间试验，动力输出拖拉机14．6kW，后轴输出，采用后三点悬挂。连杆越长，整体机架越大，为了使机架简单紧凑，连杆选取320mm。试验结果表明，动力机械的前进速度对修剪的效果至关重要。设动力机械的前进速度为x，修剪效果不良率为y。修剪效果不良分为割茬不平齐、破碎、撕裂，修剪效果不良率y等于修剪不良的面积除以总体的修剪面积。在不同的动力机械前进速度下，修剪效果不良率如图3所示。结果表明，修剪效果不良率随着动力机械前进速度的增大而增大。当前进速度小于0．9m/s时，修剪效果不良率增加幅度不太明显;当前进速度大于0．9m/s时，修剪效果不良率急剧增加。这表明，前进速度0．9m/s是动力机械前进速度对修剪效果不良率影响的分界点。动力机械前进速度越小，修剪效果不良率越低，修剪的作业效率也随之越低。因此，综合考虑，选择动力机械前进速度为0．9m/s。

5结语

第9篇：优化设计范文

金属夹层板在冲击载荷作用下，夹层板的夹芯结构可能发生弹性屈曲，弹塑性屈曲及塑性屈曲，同时也伴随着夹层板自身的弯曲和拉伸，要从理论上精确地分析夹层板的力学性能是相当困难的。因此，掌握夹芯结构的变形机理尤为重要，不仅有助于对问题实质的把握，而且对夹层板结构的初步设计能起到很好的指导作用。如图1a所示，多面体夹芯体胞的结构特征参数主要包括夹芯体胞底面边长b1L、b2L，顶面t1L、t2L，夹芯体胞高h，多面体夹芯体胞按一定规律阵列后，可得多面体夹芯结构，特征参数如图1b所示，包括夹芯体胞间距dL，芯层板长度L、宽度M、板厚t。选择不同的结构特征参数获得不同结构特征夹芯体胞，导致多面体夹芯结构的刚度、强度、抗失稳能力等性能也不相同。不同性能特性的夹芯体胞虽然结构特征参数不同，但其都是由最简单的夹芯体胞基元结构变形演化而来，如图2所示为夹芯体胞基元结构。多面体夹芯体胞的结构变形主要包括相似变换和切边操作两种基本结构变形方式，两种基本结构变形方式也可以同时进行，构成复合结构变形方式。将基元结构按照不同的相似比和切边比进行变形可以获得结构形式不同的夹芯体胞，实现夹芯体胞的结构变形。本文对相似变换和切边操作两种基本结构变形方式分别进行讨论。1.1相似变换多面体夹芯体胞是以正三角形作为体胞基元，通过将夹芯体胞基元边长bL放大或缩小，形成新的夹芯体胞，实现夹芯体胞基元的相似变换。定义夹芯体胞基元边长bL和变换后新的夹芯体胞边长sL的比为相似比，当1时，sbLL，则sbLL(1)当相似比1时，如图3a所示，夹芯体胞基元AOB、EOF、MON以各自质心为中心，经过放大相似操作得到111ABC、111DEF、111LMN。由于夹芯体胞基元AOB、EOF、MON被放大，从而形成交叉重叠区域111CDL。通过计算可求得各边边长111111=(1)bCDDLLCL(2)当相似比01时，如图3b所示，夹芯体胞基元AOB、EOF、MON以各自质心为中心，经过缩小相似操作得到111ABC、111DEF、111LMN。夹芯体胞基元AOB、EOF、MON被缩小，因此无重叠区域形成，分别连接11CD、11DL、11LC，计算可得111111=(1)bCDDLLCL1.2切边操作通过截去夹芯体胞基元边cL长度，形成新的夹芯体胞，实现夹芯体胞基元的切边操作。定义经相似变换后的夹芯体胞基元边长sL和截取的夹芯体胞基元边长cL的比为切边比，则ccsbLLLL(2)夹芯体胞基元AOB、EOF、MON的边各截去cL长度，连接22CD、12DL、11LC得到闭合区域121212CCDDLL。夹芯体胞基元AOB、EOF、MON切边后得六边形区域122121AABBCC/122121DDEEFF/122112LLNNMM，如图4所示。1.3复合变换通过对夹芯体胞基元同时实施相似变换和切边操作，实现夹芯体胞基元的复合变形，形成具有复杂构型的夹芯体胞。如图5a所示，夹芯体胞基元底面AOB、EOF、MON以各自质心为中心，取相似比1，进行放大相似操作，生成封闭区域111ABC、111DEF、111LMN。在111ABC、111DEF、111LMN上从顶点开始，取切边比，进行切边操作，得到六边形封闭区域233223AACCBB/233232DDEEFF/233223LLNNMM，该封闭区域作为多面体夹芯体胞的底面。连接23LC、23CD、23DL得到六边形232323CCLLDD，该区域作为多面体夹芯体胞的顶面，可得体胞顶面底面边长为取相似比01，切边比，同样获得六边形夹体胞底面233223AACCBB/233232DDEEFF/233223LLNNMM，连接23LC、23CD、23DL得到六边形夹芯体胞顶面232323CCLLDD，各边边长与上述相同，则夹芯体胞如图5b所示。bLcLOsL1AA2BB1EE1F2MMF1NN2A1B2E2F1M2N3B3A3E3F3N3M1C1D1L2L3L2C3C2D3D(a)1bLsLOcL1AA2BB1EE1F2MMF1NN2A1B2E2F1M2N3B3A3F3N3M3E1L2L3L1C3C2C2D1D3D(b)01图5复合变换1.4阵列变换在LM的平面上，将边长为bL的多面体夹芯基元相互连接排布，同时对多个基元做复合变换，由此实现夹芯体胞的阵列操作，从而生成多面体夹芯结构。由图6可知，夹芯体胞之间的距离为dbLL，基元边长越小，体胞分布越密，体胞基元边长的大小直接决定了体胞的分布密度。因此定义平面面积与基元三角形的面积为体胞分布密度。综上所述，多面体夹芯结构的底面边长，顶面边长及体胞间距等特征参数都可以通过相似比、切边比、基元边长来表征。夹芯体胞基元通过相似变换、切边操作和复合变换可得多种不同的夹芯体胞基元，随着相似比、切边比、基元边长bL的变化，多面体体胞的顶面和底面形状及在平板上的分布情况也随之变化。根据体胞顶面顶点个数m和底面顶点个数n，将夹芯体胞定义为mnTB型夹芯体胞。例如，将顶面顶点个数为3，底面顶点个数为3的多面体体胞定义为33TB型体胞，同理还可定义13TB型体胞、36TB型体胞和66TB型体胞，当顶面形状与底面形状相同时即形成棱柱型体胞，常见的几种夹芯体胞如表1所示。当2323332322=23DLLCCDNLNMLM，即=1/(23)时，体胞结构为型或型棱柱，其中，=0即=0.5时体胞为型棱柱；0.5时为型棱柱。当1时，体胞经相似变换后，若所切边长=LcsbLL即=1/(1)，体胞结构为63TB型体胞。因为体胞各边长非负，所以可得相似比与切边比的取值范围为：0.52，00.5。因此，体胞结构的变化曲线如图7所示。

2Kriging近似模型方法

多面体夹芯结构的碰撞过程是一个多重非线性的动态过程，直接对其优化设计需要耗费大量的计算成本。利用Kriging近似模型技术不仅可以描述多重非线性过程，还可以降低计算成本，提高优化设计的效率。Kriging近似模型由全局模型与局部偏差迭加而成，其数学表达公式y(x)f(x)Z(x)(4)式中，y(x)为未知样本点的响应近似模；f(x)为已知的多项式函数，表示了设计空间的全局近似函数；Z(x)是均值为零、方差为2的正态分布的高斯静态过程，是对f(x)的偏离插值补偿。Z(x)的协方差矩阵表示为2covijijZx,ZxRx,xR(5)式中，R为NN维对称正定矩阵，N表示样本点的个数；ijRx,x为两个样本点ix与jx的相关函数，由使用者给定。相关函数ijRx,x有指数函数、高斯函数、立方样条函数等多种表达形式，本文选用高斯相关函数21expdvnijijkkkkRx,xxx(6)式中，dvn为设计变量个数；k为拟合模型的待定相关系数；ijkkxx为两个样本点ix与jx之间的距离，ikx表示第i个试验方案的第k个设计变量。选定样本点的相关函数后，Kriging模型在未知样本点的预测估计y(x)为T1()()()yxxrRyf(7)式中，Tr(x)为预测变量x与N个样本点之间的相关矢量；y为长度为N的列矢量，表示各已知样本点对应的响应值；f为长度为N的单位列矢量。的数学表达式为T12()()()()NrxRx,x,Rx,x,,Rx,x(8)1T1T1fRffRy(9)近似模型的方差估计值T12NyyRyf(10)上述式中高斯相关参数k可通过求解下式得到其最大似然估计值2max()2s.t.0nNlnlnRR(11)式中，()为标准正态分布函数的累积分布函数。当k求出后，通过式(8)可得到预测变量x与样本点之间的相关矢量，然后再通过式(7)即可完成Kriging近似模型的构建。以Kriging近似模型替代真实模型，因此其精确程度显得非常重要。通过检验设计空间任意样本点的相对误差来验证模型精度，其表达式为()()0()0RE0.01()0()fxfxfxfxfx(12)式中，RE为未知样本点的有限元仿真计算值与Kriging近似模型结算结果的相对误差，f(x)为未知样本点的有限元仿真计算值，()fx为未知样本点的Kriging模型计算结果。

3多面体夹芯结构抗撞性优化设计

多面体夹芯结构与同等厚度的实心钢板相比，具有抗横向剪切能力强、等效刚度高、比吸能大等特点。将多面体夹芯结构作为吸能结构填充到汽车车厢底板及后备箱垫板等结构中，当汽车发生碰撞时，吸能结构发生塑性变形，吸收碰撞产生的动能，从而减少传递到车内乘客的冲击与碰撞力。吸能结构的抗撞性直接决定了汽车的安全性，因此如何提高吸能结构的抗撞性是汽车安全性设计中的关键问题。本文根据车辆撞击过程，对多面体夹芯结构的抗撞性进行优化设计。3.1多面体夹芯结构抗撞性优化建模取多面体夹芯结构的长为303mm，宽为255mm，夹芯结构板厚为1mm。在文献[5]中，Tokura指出，多面体夹芯结构在x、y、z方向上的吸收的能量不可能同时达到最大，而且x方向的吸能特性最好，因此优化时选取x向建立撞击模型。以质量为100kg的平面刚体来模拟撞击,根据汽车碰撞安全性标准，撞击速度取20m/s[11]，多面体夹芯结构的另一端固定支撑，因此多面体夹芯结构的碰撞模型如图8所示。多面体夹芯结构的材料采用高强度钢DP600，其材料特性如表2所示。采用边长为3mm的四边形壳单元划分网格，多面体夹芯结构有限元分析模型如所图9所示。常用于评价结构的抗撞性指标，主要包括：比吸能(Specificenergyabsorption,SEA)和最大撞击力maxF。比吸能是结构在碰撞过程中单位质量所吸收的能量，它表征了结构在能量吸收中的利用率[12]，其表达式为SEAEm(13)式中，E为结构吸收的总能量即热力学能，m为结构的质量。最大撞击力是结构在变形过程中所受的最大撞击力，一般出现在变形初始阶段[13]。结构的抗撞性设计一般要求结构吸收的冲击能量尽可能大，经结构传递过来的撞击力尽可能小，且低于安全界限，所以本文以多面体夹芯结构的相似比、切边比ξ、体胞高度h和胞间距离bL为设计变量，最大撞击力为设计约束，比吸能SEA的最大化为优化目标，对多面体夹层板展开抗撞性优化设计，数学模型如下。maxmaxSEAs.t.70kN0.81.00.100.354065mm1530mmbbbf,,L,hF,,L,hLh(14)3.2多面体夹芯结构抗撞性优化方法本文采用Kriging近似模型技术求得比吸能SEA和最大撞击力的近似计模型，通过遗传算法求得抗撞性最优解[14]，如图10所示，多面体夹芯结构抗撞性优化设计流程包括如下步骤。(1)根据多面体夹芯结构抗撞性优化数学模型，采用最优拉丁超立方试验设计方法在求解空间D中生成组样本库T12nXX,X,X，其中iiiibiX,,L,h，i1,2,,n。(2)对n组样本分别行仿真分析，并从仿真结果中抽取比吸能值SEAiX和最大撞击力值maxiFX。(3)基于步骤2得到的多组样本数据采用Kriging近似模型技术拟合得到比吸能SEAb,,L,h和最大撞击力maxbF,,L,h的近似模型。(4)在求解空间D中，随机抽取另外j组未测样本作为检验样本点，分别进行仿真分析与近似计算，根据式(12)对比仿真结果与近似计算结果来检验近似模型精度。精度若满足要求则转至步骤5，否则将这j组未测样本加入到样本库X，重复步骤(2)～(5)。(5)将比吸能和最大撞击力的近似模型和代入到式(14)中，采用遗传算法获得抗撞性最优解。若求解过程收敛，则输出最优解，否则重复步骤(2)～(5)。

4多面体夹芯结构抗撞性优化结果分析

由图11可知近似模型的精度直接影响到优化设计结果，因此本文通过计算未测样本点的近似值与分析值之间的相对误差来验证模型的近似精度，图给出了10组样本点的Kriging近似计算结果与有限元仿真结果的对比情况。从图中看出，10组未测样本点的Kriging近似模型计算结果与有限元仿真结果之间的相对误差均不超过4%，从而说明了本文建立的近似模型精度的可靠性，因此可以采用Kriging近似模型替代有限元仿真模型进行多面体夹芯结构的抗撞性优化。根据图11优化设计流程求得抗撞性最优解如表3所示。由表3可知，经抗撞性优化使得结构的比吸能提高了约13%，最大撞击力显著减小，降低幅度达24%，与优化前相比碰撞力变得更加平缓，碰撞力时间历程曲线如图12所示。因此优化使得多面体夹芯结构的吸能特性有显著提高。优化后，胞间距离由50mm变为54.2741mm，可见改变体胞分布密度有利于提高多面体夹芯结构的抗撞性。传统优化方法以外形尺寸1b1b2t1t2XL,L,L,L,h为设计变量，优化变量为5个，忽略了体胞分布密度，而以演变参数2bX,,L,h为设计变量，优化变量为4个，可同时表征体胞结构尺寸与体胞分布密度，减少了构建近似模型时采样数目，降低了建模复杂度。为了进一步研究多面体夹芯结构的抗撞性，在相同的碰撞条件下，对波纹夹芯结构与多面体夹芯结构进行抗撞性仿真分析，分析结果如表4所示，波纹夹芯的结构尺寸如图13所示。由表4可以看出，与波纹夹芯结构相比，多面体夹芯结构的比吸能提高了约9.3%，而质量降低了约51%。因此多面体夹芯结构不仅具有良好的抗撞性，而且还能较好地满足轻量化设计准则。两种结构的变形情况如图14所示，所示，多面体夹芯结构在碰撞过程中，褶皱有序依次形成且分布细密，是一种有利于结构吸收更多冲击能量的变形模式。波纹夹芯结构在碰撞过程中，虽然也形成了褶皱，但分布不均，随着撞击的进行，产生了横向位移，吸能效果较差。

5结论