优化设计论文范文

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针对不同的设计问题，其最优设计程序通常是基本相同的，首先应当了解结构的技术以及使用的要求，完成基本布局。此后再用一组设计变量来表述结构的尺寸以及物理性能等变量，此后可以写出关于设计变量的荷载函数。并能够建立起结构分析的方法，最终形成设计变量的一种约束方程，也可以说对设计变量值进行限制。在完成最优化方案之前，应当用公式来给出一个判别指标，也就是目标函数作为设计变量的函数。使之最小的一组设计变量也将成为为最优方案。

2.减速器齿轮箱体的优化设计

本论文的优化目的在于在齿轮箱结构满足强度和刚度的基础上，进行减轻重量，并完成合理均匀分布应力的优化工作。我们提出的优化具体设计为：

第一步，针对结构确定设计方案，并通过CAD软件进行建模。

第二步，通过CAD软件和有限元分析软件的连接传递到有限元分析软件中，并获得相关的应力以及位移等参数。

第三步，据实际情况进一步确定优化目的，对设计进行计算结果分析和比较，明确能够修改的结构参数。

第四步，通过修改参数，重新进行分析，并通过这种方法获得结构参数以及相应的响应值。并完成最佳参数的选取，同时得到更加科学合理的结构和尺寸。

我们做出的优化主要是针对箱体的质量的。即在外载荷不变而且不改变结构布局的前提下，对齿轮箱进行优化。将重量当作优化的目标函数，采取结构优化设计技术能够在确保质量的情况下，有效节约成本，提高质量。实现安全性、可靠性、节约型等多个层面的兼顾。因为结构布局和材料是固定不变的，所以箱体结构也是不发生变化的，仅仅是把箱体的具体部位厚度作为设计变量，用箱体工作结构的最大位移作为状态变量，把结构的质量当作目标函数。也可以说是在原设计的基础上，不对其做大的调整和改变，仅仅是对结构最大允许最大范围进行调整，达到箱体最轻的优化设计效果。引入边界条件的方法，考虑边界条件。在边界条件发生改变时，场变量函数并不需要改变，这对于通用程序有大的简化。

3.减速器优化设计的数学模型

3.1目标函数

目标函数为A=min{f(x)} =min{f(x1, x2,…, xn)}其中： A为减速器总的中心距离，也就是各中心距的综合；x为设计变量(包含中心距和螺旋角以及齿数、模数等等)； n为变量的数目。

3.2约束条件

约束条件是用来判别目标函数当中变量的取值可行与否的规定，所以减速器优化设计中提出的任何一个方案都必须满足所有的约束条件的变量所构成。在给出优化设计的约束条件的情况下，需要从各个方面进行周密的考虑。比如设计变量本身的取值要求；齿轮和零件的紧密程度等等。一般来说要充分考虑到以下几个约束条件:

一是离散性约束。其中包括齿数，也就是每个齿轮的齿数需要是整数；模数：要求齿轮模数必须符合模数系列(GB1357-78)的要求；中心距：要以10mm为单位。

二是上下界约束。螺旋角：对于直齿轮应当为零，斜齿轮取8°~15°；总变位系数：因为总变位系数能够影响齿轮承载能力，通常取0~0. 8。

三是强度约束。一般是指齿轮的齿面接触强度和轮齿的弯曲强度，依据GB3480-83标准进行。强度是否达标，需要根据实际安全系数进行实践检验。

四是根切约束。为规避根切现象，规定出最小的齿数，其中直齿轮是17，斜齿轮是14到16之间。

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海绵城市理念在园林绿地建设中极具适用性，而园林优化设计又是打造海绵城市过程中不可或缺的重要内容。当前，园林的主要功用是观赏、休闲、娱乐，在人们日常生活中扮演着重要角色。基于海绵城市理念，对其进行优化设计，不仅能够提高水资源利用率，而且能够有效解决水污染问题，使城市空气及环境得到净化，经济效益与生态效益兼备。

2海绵城市理念、建设原则及规划目的

2.1海绵城市理念

海绵城市即充分发挥现代城市的弹性，使其对环境变化及自然灾害具备较好的应对能力。海绵城市极为舒适，呈现宜居性特征，具备较好的渗透性和净化功能。主要实现方法是充分发挥生态、自然排水系统功能，对雨水进行吸纳和缓释，有效缓解城市内涝问题，改善城市环境，解决水资源浪费问题。

2.2海绵城市建设原则

安全性原则。参考城市防洪排涝标准，进行海绵城市建设，使城市雨水控制系统更加安全、可靠，抵制自然灾害，保护人民群众的生命财产安全，保障城市供水，为人们提供一个安全的用水环境。生态性原则。生态问题是海绵城市规划及建设中考量的重要内容，将自然排水系统应用到公园、河流、绿地等海绵体中，使雨水能够自然排放和净化，对水资源进行充分利用，使其具备较强的自然修复能力。因地制宜原则。依据区域性地质情况和水文特征等，分析园林设计中的各影响因素，以对开发设施和系统等进行针对性选择。④统筹建设原则。将海绵城市理念应用到园林优化设计中，需各部门及专业共同参与及合作，该过程中要分工明确，对各项设计施工内容进行统筹安排，达到园林预期设计目标，并兼顾社会性、经济性和环保性[1]。

2.3海绵城市规划目标

首先，提高雨水利用率。以海绵城市理念为基础，对园林进行优化设计，能够对雨水资源进行合理应用，具体实现方法是集蓄和渗透，继而对地下水进行有效补充，以对径流系数进行有效控制，使排水压力得到有效缓解。与此同时，也可以通过池塘、湿地和自然水体等，对雨水进行科学调蓄和应用，使城市生态环境得到有效改善。其次，改善城市景观。在园林优化设计中应用海绵城市理念，能够对现有城市景观进行有效改善。公园、绿地等多处于生态敏感地带，其因自身独有的生态格局，极具休闲性。但是，要改变传统开发模式，既要实现自然资源保护，又要促进城市发展，依据城市水文地质及水环境特征，实现控制目标规划。与此同时，建设园林时，很容易污染水资源，需对降水径流污染进行严格控制。

3基于海绵城市理念的园林优化设计方法

3.1转变传统设计理念

城市园林设计中，设计人员很容易沿用传统设计理念，采用水泵、管渠等设计方式，园林道路面积相对较大。部分设计人员秉承末端集中排水原则，导致园林很容易在降雨天气出现雨水淤积。海绵城市更倾向于采用自然排水方式，选择下沉式绿地等影响相对较小的排水方法，注重源头分散控制。相较于传统园林设计理念，基于海绵城市理念的园林设计方式更具先进性及可行性，不仅有助于节约水资源，而且排水畅通。设计人员也要依据园林实际情况，改变传统设计理念，选择适用性较强的设计方法，以达到良好的园林设计效果，符合海绵城市建设要求。例如，园林优化设计中，可选用渗透技术，构建雨水花园、生物滞留带、渗井等，减少不必要的水资源浪费问题，确保雨水天气排水畅通；在绿地、广场等设置湿塘以及各类渗管渠等。

3.2科学选择海绵体

海绵园林的优越性主要表现在三个方面：对园林原有生态系统进行有效保护；对已破坏生态系统进行修复。低影响开发。然而，现阶段，城市海绵园林建设中仍然存在诸多问题，海绵体吸收能力较小或者使用过程中发生损坏等。产生该类问题的原因主要是工作人员的重视度不足，其并未依据地区实际情况，对外部环境进行全面考察、分析和论证，导致海绵体选择过于随意，以至于无法达到良好的园林优化设计效果。我国国土资源辽阔，各地区环境和气候有所不同，存在较大差异，城市降水量也有差别。为将海绵体的效用发挥到最大，设计人员要依据城市园林建设要求及区域状况，对海绵体进行合理选择，确保其适用性，并进行严格的质量检查。而施工单位也要依据工作人员的调查情况，将基础设施采购工作落实到位，达到预期园林设计效果。

3.3合理设计景观，低影响开发

依据地域特征及城市园林建设要求，既要确保基础设施建设工作，又要兼顾市政设施的稳定性。降雨之后，选择源头分散的控制方法，对雨洪进行低冲击开发利用。其中，控制参数包括排水量和径流系数，对各项技术进行合理应用和开发，设置透水铺装，将蓄水池、碎石沟、渗透渠等基础性海绵设施建设工作落实到位。小径流中，采用正确的方式，对观望承受的雨水压力进行有效控制，并合理建设排水网络，使其分布合理，既要确保各项基础设施建设的完整性，又要将其与市政设施进行完美融合。有效融合景观植物。设计施工单位要对园林土壤状况进行全面分析，对其具备清晰的认识，优选改良土壤，以实现径流量控制，并进行地下水补给。与此同时，也要依据区域状况及园林优化设计要求，对草、灌、乔等各类植物进行合理搭配，注重水生植物与陆生植物的协调性，增加园林中植物种类。对园林气候和水土特性等进行综合考量，优选植物群。该过程中，也要立体种植植物，依据植物特性，确保各品种之间搭配的合理性，并考量外部土壤、气候特征，使其与植物生长要求及规律等相符合，在园林优化设计中，实现多样化种植。在园林内部设置植物群落，以对地表径流进行有效控制，使水循环时刻处于良好的运行状况，使水资源得到充分利用，减少不必要的浪费问题。依据植物实际分布状况，考量生态效益的同时，适当种植乔木、草本植物等，达到防风固沙效果。树根经长期生长，蔓延到地下，用以保持水土。该过程中需要考量的相关内容比较多，需对公园和道路系统中的雨水节点、排水方向等进行严格考量，并划定排水分区，依据场地竖向，划定拟布局低影响开发设施汇水面，并测量其面积。选择低影响开发设施类型，并对其进行合理布局。

4结语

综上所述，将海绵城市理念应用到园林优化设计中极具适用性。市政及相关设计部门要结合园林设计及建设理念，对海绵城市概念具备清晰的认识，依据园林优化设计要求，改变设计人员的传统观念，合理选择海绵体，实现海绵园林建设目标，减少不必要的水资源浪费问题，实现环境保护，为人们提供良好的休闲、娱乐场所，提高我国城市园林建设整体水平。

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二、优化企业劳动组织的设计实施措施

企业在优化劳动组织设计的时候一定要注意管理水平的提高和劳动组织人员管理措施的转变这两个方面的要求，必须方方面面以企业的发展为主，因此在优化劳动组织设计时可以从以下这几个方面实施。1.加强企业劳动人员的操作技能众多企业的生存、发展之道都是一样的，要想在众多企业中能够脱颖而后，靠的也就是企业的生产效率，而企业的生产效率主要是取决与劳动组织人员的操作技能。在这里就要求劳动组织人员能够掌握多种技能，以自己的专职为主，多种操作技能为辅的职业能力，对于工作中的一些小问题能够自己解决，避免了工作效率的低下，时间的浪费。培养复合型的技能人才为企业服务，提高企业的生产效率，降低劳动组织人员的人工成本的支出，从而使企业在市场竞争中能够稳定发展。2.创新企业人力资源的管理制度创新是一个企业得到发展的根本，所以对于劳动租住来说也要进行创新的管理制度：首先，要减少重复的工作步骤，避免浪费工作时间，根据不同的发展、生产情况，制定相对应的流程。提高企业管理人员的管理能力，增加劳动组织人员的操作技能。还有就是对于工作过程中安全措施也要重新进行规划和安排，以员工的人身财产为最大的工作基础；其次就是要加强检查的精细度，严格质量把关的力度，进行企业岗位分工化管理，提高企业的生产效率和员工的操作能力；最后就是建立完善合理的人力资源的管理制度，对于表现优秀的劳动组织中的员工要进行奖励，有能力的劳动人员要进行相关的工资补偿和职位的提高，提高劳动组织员工的工作积极性，同时还要对员工进行定期的专业培训，争取加强劳动组织员工的专业性，促进企业的不断发展。

三、注意劳动组织优化过程中的问题

在进行企业劳动组织优化设计的过程中要善于总结工作过程中的重要点，可以结合不同的关键点结合，由于企业的生产规模大、劳动组织的人员数量庞大，其没有很好的管理方案进行管理，就会出现劳动人员存在不合理的现象，劳动人员的数量导致在企业中人力资源没有得到充分的利用，所以在进行优化企业劳动组织的设计中一定要注重全方面的考虑企业岗位所需要的人才问题。与此同时还有对员工的工作定位不明确、企业的商品生产与市场需求存在差异等一些问题。针对员工工作定位不明确的这个问题，解决的方法是高层的管理者要结合企业内外部的各方面，对劳动组织人员进行科学化、规范化的人员定位，而且能够伴随市场和企业的发展进行改变；企业商品生产与市场需求存在差异这一点，主要是由于企业在生产之前没有做好充足的市场调查，市场调查不全面，有的企业甚至盲目的跟随其他企业进行生产，严重脱离自身企业的生产实际。所以在优化企业劳动组织的设计中一定注意并处理好这些问题，只有这样才能够更好的促进企业的发展。

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2有限元分析

门盖闭合过程中，门盖与汽车壳体之间存在接触非线性.同时，工作过程中汽车壳体的刚度不是恒定的，它随着变形的大小而变化，即存在几何非线性.因此本文作SOL601，106高级非线性静力学分析.非线性分析和线性分析相比，非线性分析的计算时间和计算机存储量要大得多，而且在数值计算方法和求解参数的设定上有较大区别[2].边界条件包括载荷、约束和仿真对象[3].在门盖的左右轴套上分别施加轴承力，力的大小为800KN，方向为沿着油缸的轴向，指向门盖.在汽车壳体的底部作固定约束、门盖的旋转轴处作销钉约束.同时，忽略门盖组件各结合面之间的接触变形，近似将各接触部分看作刚性接触，在FEM下为门盖的各边、面之间添加1D连接[4-5].门盖与汽车壳体之间的接触是非线性的，在仿真模型下，定义高级非线性接触，汽车壳体作为“源区域”，门盖底板作为“目标区域”，“接触参数”保持默认.有限元计算模型如图3所示，分析结果如图4所示（只显示门盖）.根据图形可知门盖最大等效应力为170.76MPa.应力主要集中在门盖的左右轴套上，即油缸与门盖连接处.门盖的材料为Q235号钢，屈服强度为235MPa，可见在该工况下门盖满足强度要求.

3优化设计

有限元分析的最终目的是进行优化设计，现在需要对门盖结构进行优化，优化的目标是模型的重量最小[6-7].约束条件是在不改变门盖模型网格划分、边界约束和载荷大小，并能满足强度要求的前提下，控制最大等效应力值不超过材料屈服强度的70%（约165MPa）.

3.1筋板的布置

根据分析结果可知，应力主要分布在左右轴套处，大部分的筋板受力极小，因此，可通过布置筋板的分布进行优化设计.为便于加工和装配，门盖筋板布置采用均匀分布的方式.设计变量为筋板的数量，原结构中单行设置的筋板数量为10，考虑减重的目标及结构的稳定性，取筋板数量为3-7.图5为筋板数量与门盖最大应力和位移关系，图6为不同筋板数量对应底板的应力分布图.结果表明筋板数量对门盖的最大应力（轴套处）影响较小，对门盖底板的应力分布位置影响较大.底板最大应力发生在门盖油缸轴线方向上的临近筋板与主横筋板接触处，最大应力为N=4时σmax=61.52MPa.综合考虑最大应力、最大位移和底板的应力分布，以及实现减重的目的，确定新结构的筋板数量为4.

3.2筋板厚度的优化

3.2.1灵敏度分析

灵敏度分析是为优化设计做铺垫.通过灵敏度分析可以确定模型各参数对输出结果影响的大小.在模型校正过程中重点考虑对输出结果影响较大的参数，排除那些对输出结果影响很小的参数，这将在很大程度上减小模型校正的工作量，提高优化设计的效率[8-9].NX高级仿真中几何优化模块下提供了全局灵敏度解算方案.设计目标为门盖的重量最小，约束条件为门盖的最大应力，设计变量为筋板厚度.为便于加工与安装，门盖结构中相同结构的尺寸应保持一致.筋板厚度参数主要包括底板厚度T1、主横筋板厚度T2、横筋板厚度T3、竖筋板厚度T4、轴套厚度T5、前板厚度T6、门盖耳套帮板厚度T7和其他筋板厚度T8.对上述筋板厚度进行全局灵敏度分析，获得各参数对设计目标影响的全局灵敏度曲线，最后将所有灵敏度曲线调整到一幅图表中进行比较，根据各参数的全局灵敏度曲线的斜率大小判断设计参数对设计目标的灵敏程度，最终确定T1、T2、T3、T4.根据各参数对约束条件的影响曲线，确定T5.全局灵敏度曲线如图7所示.由图7（a）可知底板、主横筋板、横筋板及竖筋板的厚度对门盖的重量影响较大，其中底板的影响最大.由图7（b）可知轴套的厚度对约束条件的影响最大.为提高门盖强度以及减轻门盖的重量，主要对底板、主横筋板、横筋板、竖筋板厚度进行减小，同时适当增加轴套的厚度.

3.2.2尺寸优化

尺寸优化是建立在数学规划论的基础上，在满足给定条件下达到最佳经济技术指标[10].NX高级仿真结构优化的解算器采用的是美国Altair公司的AltairHyperOpt，它拥有高效、强大的设计优化能力.结合以上分析结果，进行筋板数量等于4时筋板厚度的优化分析.在“几何优化”对话框中作如下设置：①定义目标：重量定为最小；②定义约束：门盖上的最大等效应力为165MPa；③定义设计变量见表1；④控制参数：选择最大迭代次数为20.经解算，找到最佳方案：底板厚度由原来的52mm修改为45mm，主横筋板厚度由原来的50mm修改为45mm，横筋板厚度由原来的25mm修改为20mm，竖筋板厚度由原来的20mm修改为16mm，轴套厚度由原来的34.5mm修改为35.2mm，为了便于生产，将轴套的厚度圆整为35.5mm.优化后与优化前的分析结果对比见表2.从计算结果可看出，优化后的门盖强度得到明显提高.另外，重量由原来的10496kg降低为8786kg，减重17.2%，取得了优化设计的预期效果.