導(dǎo)語：如何才能寫好一篇基于模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：給水管網(wǎng)；管網(wǎng)優(yōu)化；數(shù)學(xué)模型

中圖分類號(hào)：TV212.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3198（2007）09-0249-01

1 引言

自從60年代Carmelita以及Shake等人提出利用系統(tǒng)分析的方法，尤其是優(yōu)化算法進(jìn)行給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的課題以來，前人在如何建立管網(wǎng)優(yōu)化模型方面已經(jīng)做了大量的研究和探索工作。

給水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮到4個(gè)方面：即保證供水所需的水量和水壓、水質(zhì)安全、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。管網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算就是以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)函數(shù)而將其余的作為約束條件，據(jù)此建立目標(biāo)函數(shù)和約束條件的表達(dá)式以求出最優(yōu)管徑或水頭損失。由于水質(zhì)安全性不容易定量的進(jìn)行評(píng)價(jià)，正常時(shí)和損壞時(shí)用水量會(huì)發(fā)生變化，二級(jí)泵房的運(yùn)行和流量分配等有不同方案，所有這些因素都難以用數(shù)學(xué)式表達(dá)。因此，管網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算主要是在考慮各種設(shè)計(jì)目標(biāo)的前提下求出一定設(shè)計(jì)年限內(nèi)管網(wǎng)建造費(fèi)用和管理費(fèi)用之和為最小時(shí)的管段直徑或水頭損失，也就是求出經(jīng)濟(jì)管徑或經(jīng)濟(jì)水頭損失。

2 數(shù)學(xué)優(yōu)化模型

2.1 壓力流單水源環(huán)狀網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型

起點(diǎn)水壓未給的管網(wǎng)需要供水動(dòng)力費(fèi)用，而動(dòng)力費(fèi)用隨泵站的流量和揚(yáng)程而定，揚(yáng)程則決定于控制點(diǎn)要求的最小服務(wù)水頭，以及輸水管和管網(wǎng)的水頭損失等。水頭損失又和管段長(zhǎng)度、管徑、流量有關(guān)。所以，管徑由管網(wǎng)的建造費(fèi)用和管理費(fèi)用之和為最低的條件確定，這時(shí)目標(biāo)函數(shù)為:

該數(shù)學(xué)模型是以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)函數(shù)，將其余條件作為約束條件(水力約束和可靠性約束)。由于水質(zhì)的可靠性指標(biāo)難以量化，故未考慮水質(zhì)的約束條件，同樣由于可靠性指標(biāo)的度量問題，水壓的約束也僅僅是要求水源泵站揚(yáng)程必須滿足控制點(diǎn)的水壓要求，只要控制點(diǎn)的壓力在最高用水時(shí)可以達(dá)到最小服務(wù)水頭，整個(gè)管網(wǎng)就不會(huì)存在低壓區(qū)。此外，也要考慮管徑的范圍約束，以保證管網(wǎng)的水量和水壓。

2.2 多水源環(huán)狀網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型

多水源管網(wǎng)供水安全，可以節(jié)省造價(jià)和電能。其優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算原理與單水源時(shí)相同，目標(biāo)函數(shù)為:

該數(shù)學(xué)模型與上述系統(tǒng)不同的是，每一水源的供水量，隨著供水區(qū)用水量、水源的水壓以及管網(wǎng)中的水頭損失而變化，從而存在各水源之間的流量分配問題，即要考慮到水源的水量約束條件。

2.3 設(shè)加壓泵站環(huán)狀網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型

為滿足管網(wǎng)中局部地區(qū)的水壓應(yīng)在管網(wǎng)中設(shè)置加壓泵站。當(dāng)加壓泵站位置靠近水源泵站時(shí)，水源水泵降壓快，而加壓泵加壓流量大；加壓泵站遠(yuǎn)離水源泵站時(shí)，水源水泵降壓慢，而加壓泵加壓流量小。這樣，目標(biāo)函數(shù)在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮水源泵站和加壓泵站兩項(xiàng)動(dòng)力費(fèi)用。因此建立如下數(shù)學(xué)模型:

該數(shù)學(xué)模型與上述系統(tǒng)不同的是：在滿足管網(wǎng)水力約束和可靠性約束的同時(shí)要滿足加壓揚(yáng)程約束。加壓泵站流量屬于待求的未知數(shù)，可近似取為所屬管段的管段流量。

對(duì)上述系統(tǒng)采用優(yōu)化的方法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，最終求得系統(tǒng)最優(yōu)時(shí)的管徑、管段流量、流速、水力坡度、水泵揚(yáng)程、各節(jié)點(diǎn)的水壓等。

3 結(jié)束語

給水管網(wǎng)是給水工程中投資最大的子系統(tǒng)，一般要占到工程總造價(jià)的50%-80%。在工程總投資有限的前提下，在保證整個(gè)供水系統(tǒng)中水量、水壓、水質(zhì)安全以及供水可靠性的基礎(chǔ)上，以整個(gè)系統(tǒng)的總造價(jià)或年費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，尋求目標(biāo)函數(shù)最小的設(shè)計(jì)方案,對(duì)加強(qiáng)安全可靠性、降低工程成本、提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

［1］王訓(xùn)儉，張宏偉，趙新華.城市配水系統(tǒng)宏觀模型的研究［J］.中國(guó)給水排水，1988,4，(2).

［2］俞國(guó)平.城市配水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)給水排水,1987,(5):48-53.

篇2

關(guān)鍵詞:道路設(shè)計(jì);交通量分配;地理信息系統(tǒng);遺傳算法;道路選線

1研究背景

選線是道路設(shè)計(jì)中最根本的問題,因?yàn)樗坏绊懙缆繁旧淼慕?jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,而且也影響到路線在道路網(wǎng)中的作用[1]。目前國(guó)內(nèi)外研究中, 王衛(wèi)紅[2]的基于MapGIS的公路選線; Jong等[3]的同時(shí)優(yōu)化三維空間線形的進(jìn)化模型; Manoj等[4]的一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)的選線決策支持系統(tǒng); Manoj等[5]的基于遺傳算法的線形優(yōu)化模型,都沒有考慮新建道路對(duì)區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)服務(wù)水平的影響。Manoj等[5]提到了路網(wǎng)優(yōu)化的概 念,但卻將具體研究確定為未來的研究?jī)?nèi)容。我們以前的研究[6]在應(yīng)用遺傳算法枚舉線路空間位置,以及新增線路后拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)關(guān)系, OD交通量被服務(wù)的質(zhì)量改善和交通環(huán)境負(fù)荷減輕等方面取得了突破。但是,并沒有應(yīng)用道路設(shè)計(jì)理論,沿自動(dòng)生成的道路空間位置進(jìn)行道路設(shè)計(jì)。

因此我們以尚未被充分研究的問題為對(duì)象,開發(fā)同時(shí)優(yōu)化新建道路的空間位置與詳細(xì)設(shè)計(jì)的模型。在優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中考慮新建道路本身的相關(guān)費(fèi)用及其對(duì)路網(wǎng)的影響所導(dǎo)致的費(fèi)用變化。力爭(zhēng)應(yīng)用道路設(shè)計(jì)的理論與方法設(shè)計(jì)道路的詳細(xì)線形,開發(fā)平面和縱斷面自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng),并計(jì)算道路的建設(shè)費(fèi)、土方工程費(fèi)。利用交通量分配模型計(jì)算新建道路帶來的道路網(wǎng)服務(wù)水平的變化,從而計(jì)算OD交通的走行時(shí)間費(fèi)用,并利用環(huán)境排放模型計(jì)算道路網(wǎng)上交通的環(huán)境負(fù)荷及其金錢價(jià)值。在本研究中,上述所有過程將以同一個(gè)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)為平臺(tái), GA算法被用來枚舉道路空間位置的候選方案,以及求解該非線性優(yōu)化模型。

2研究方法

研究的總體框架如圖1所示,各階段的具體內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)將在相關(guān)章節(jié)予以敘述。

2•1道路的空間位置及遺傳算法的應(yīng)用

2•1•1初始空間位置的生成

在確定新建道路的空間位置時(shí),通常有兩個(gè)或數(shù)個(gè)控制點(diǎn)是事先指定的,確定道路的空間位置就是給出控制點(diǎn)間新建道路通過的各個(gè)地點(diǎn)。因此新建道路的空間位置應(yīng)該以控制點(diǎn)連線周邊的地形數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)設(shè)定,當(dāng)使用DEM數(shù)據(jù)作為地形數(shù)據(jù)時(shí),線路的空間位置可以被認(rèn)為是線路的中心線所占用的DEM網(wǎng)格單元的集合,初始空間位置生成就是確定這個(gè)集合的過程。

為了提高遺傳算法候選方案的有效性,可以先確定選線走廊。如圖2所示,為了使初始空間位置有足夠的選擇余地,沿控制點(diǎn)的連線隔一定距離設(shè)定一個(gè)橫斷面,位于該斷面上的網(wǎng)格單元就是道路在這個(gè)橫斷面上可能通過的位置。假設(shè)控制點(diǎn)間的直線被分成n+1段,就會(huì)有n組網(wǎng)格單元,對(duì)每組單元進(jìn)行連續(xù)排列可以得到各組網(wǎng)格單元的最小和最大編號(hào)。初始空間位置可以表示為一個(gè)數(shù)字串,其中每個(gè)數(shù)字都對(duì)應(yīng)一組網(wǎng)格單元中的一個(gè)編號(hào)。隨即生成的道路空間位置的初始方案可用式(1)計(jì)算[6],也就是說在每一組網(wǎng)格單元中隨機(jī)選取一個(gè)網(wǎng)格(圖2中五角星標(biāo)示的網(wǎng)格),將網(wǎng)格的中心點(diǎn)作為道路的控制點(diǎn),連接所有的控制點(diǎn)生成道路的初始線形i。

2•1•2遺傳算法的設(shè)計(jì)和適應(yīng)度函數(shù)的選取

如圖1所示遺傳算法被用來判斷各個(gè)候選方案的優(yōu)劣并繁衍出新的候選方案,它對(duì)代表上一代道路空間位置的數(shù)字串進(jìn)行交叉、變異、選擇操作,從而得出一組新的空間位置方案,通過循環(huán)計(jì)算尋找道路空間的最優(yōu)位置。這里根據(jù)遺傳算法的規(guī)則將初始空間位置表示成初期染色體,各單元編號(hào)就是染色體的基因,然后進(jìn)行基因交叉、變異和選擇染色體,具體算法步驟如下。

第1步∶將道路空間位置的初始方案作為初始染色體,染色體的數(shù)量由Psize來控制,并用十進(jìn)制編碼法對(duì)初始染色體編碼。

第2步∶判斷已有的方案是否最優(yōu),如果是停止計(jì)算,否則進(jìn)行下一步計(jì)算。

第3步∶在兩個(gè)父代染色體間交換基因。這里采用式(2)所示的算術(shù)交叉法。

其中,為父代染色體， 為子代染色體;αi為(0,1)間的一個(gè)隨機(jī)數(shù);i=1,2,…,k(k是進(jìn)行交叉的染色體的對(duì)數(shù))。

第4步∶實(shí)施變異操作。如果c=(c1,c2,…,cn)是一個(gè)染色體 是一個(gè)被選擇用于變異的基因,那么ck的變異結(jié)果如式(3)所示。

這里,Δ(t,y)的形式如式(4)所示,它返回[0,y]間的一個(gè)值,該值隨進(jìn)化代數(shù)增加向0逼近。

式中,r是[0,1]間的隨機(jī)數(shù);t是當(dāng)前進(jìn)化代數(shù);λ(λ=25)是由計(jì)算者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)指定。

第5步∶從上一代染色體中選取子代染色體?？紤]到道路的特征,可以事先排除一部分交叉變異后的染色體,其標(biāo)準(zhǔn)是:新建道路上的最小平面轉(zhuǎn)角應(yīng)該大于某個(gè)值;新建道路不應(yīng)該和既有的某個(gè)路段相交多次。然后對(duì)余下的空間位置方案進(jìn)行道路設(shè)計(jì)和交通量分配,并選擇適應(yīng)度高的Psize個(gè)方案返第2步操作。

2•2基于DEM數(shù)字地形進(jìn)行詳細(xì)線形設(shè)計(jì)

由于優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)包含道路建設(shè)費(fèi)用,因此必須盡可能詳細(xì)地設(shè)計(jì)出道路的縱斷面和水平斷面形態(tài)。盡管在本階段達(dá)到施工要求的設(shè)計(jì)是不可能的,但是與之盡可能地相似的設(shè)計(jì)還是必要的和可以做到的。由于在整個(gè)優(yōu)化過程中,要用遺傳算法為一條新建道路繁衍出數(shù)十萬個(gè)空間位置方案,因此手工設(shè)計(jì)的方法是無法滿足計(jì)算流程的要求的。另外,遺傳算法的計(jì)算因子很多都是隨機(jī)變化的,因此還要保證上百代的遺傳算法得以連續(xù)不斷地進(jìn)行。因此,在求解優(yōu)化模型的計(jì)算過程中實(shí)現(xiàn)道路設(shè)計(jì)的自動(dòng)化以及無縫不間斷輸入、輸出是必不可少的。接下來介紹道路平、縱曲線的設(shè)計(jì)方法及在GIS中的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)。

2•2•1平曲線在GIS中的實(shí)現(xiàn)

遺傳算法中每次在GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中生成的道路線形都是折線對(duì)象,考慮道路設(shè)計(jì)的要求,道路平面線形設(shè)計(jì)應(yīng)符合直線、緩和曲線與圓曲線的連接原則,但這樣會(huì)導(dǎo)致問題的復(fù)雜,加大計(jì)算的難度和負(fù)擔(dān)。因此這里不考慮緩和曲線的設(shè)計(jì),用圓曲線平滑新建道路的每個(gè)折點(diǎn),設(shè)計(jì)直線與圓曲線直接相連的線形。

圓曲線的加入使得圓曲線半徑的確定成為關(guān)鍵問題。新建道路線形中,每個(gè)控制點(diǎn)都有兩條線段與之相鄰,這里取水平長(zhǎng)度較短的線段長(zhǎng)的1/2作為該圓曲線切線長(zhǎng),利用切線與半徑的數(shù)學(xué)關(guān)系,確定圓曲線半徑。如圖3所示,以控制點(diǎn)C2為例,C1C2長(zhǎng)度小于C2C3,T點(diǎn)為線段C1C2的中點(diǎn),確定圓曲線半徑R=TC2tan (α)。同理在C3,C4,C5等控制點(diǎn)處可以確定另外一條圓曲線。這種方法并不能保證所有的圓曲線半徑滿足最小圓曲線半徑的要求,因此要利用懲罰費(fèi)用對(duì)不滿足該要求的方案進(jìn)行處理,以便在進(jìn)入到下一次循環(huán)之前淘汰它們。

2•2•2豎曲線在GIS中的實(shí)現(xiàn)

在道路設(shè)計(jì)中通常要滿足平包豎的原則,用二次拋物線平滑新建道路縱斷面上的各個(gè)折點(diǎn)。根據(jù)道路的豎曲線設(shè)計(jì)原理,在縱斷面上針對(duì)于每個(gè)控制點(diǎn),取與之相鄰的水平長(zhǎng)度較短的線段的1/3作為二次拋物線的切線長(zhǎng),由于在平曲線設(shè)計(jì)時(shí)以長(zhǎng)度的1/2作為圓曲線的切線長(zhǎng),這樣可以很好地滿足平包豎的原則。但是這樣也不能保證所有的縱坡都滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求,因此還要對(duì)包含不滿足縱坡要求的線形附加懲罰費(fèi)用。

如圖4所示,CP1、CP2、CP3為3個(gè)控制點(diǎn),控制點(diǎn)間的兩縱坡坡度分別為i1和i2,ω=i2-i1,若ω>0,則曲線為凹形;反之為凸形,本圖中為凸形。這里采用二次拋物線作為豎曲線的基本方程式

豎曲線外距

如圖4,在水平方向上每隔50m標(biāo)示一個(gè)樁位,通過上面的公式,計(jì)算該樁號(hào)上的高程值,用于下面介紹的土方工程量的計(jì)算。

2•3評(píng)價(jià)新建道路對(duì)路網(wǎng)服務(wù)水平的影響

在遺傳算法的各代中都有許多道路方案,而每個(gè)方案都對(duì)應(yīng)一個(gè)不同的路網(wǎng)。要想研究路網(wǎng)的服務(wù)水平,首先要實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)在GIS中自動(dòng)重新拓?fù)漕},這里采用文獻(xiàn)[6]中描述的自動(dòng)拓?fù)渎肪W(wǎng)的方法。

新建道路對(duì)路網(wǎng)服務(wù)水平的影響,表現(xiàn)為節(jié)約的OD總走行時(shí)間的價(jià)值,汽車尾氣排放所引起的金錢損失兩個(gè)方面。在對(duì)每個(gè)方案實(shí)施自動(dòng)路網(wǎng)拓?fù)浜?可以用Frame-Wolf法[7]進(jìn)行OD交通量的分配,從而獲得同一個(gè)OD交通量在各個(gè)路網(wǎng)中路段上的交通流量、走行時(shí)間以及行車速度,最后計(jì)算出整個(gè)OD交通量在各路網(wǎng)上的總走行時(shí)間的金錢價(jià)值、各種尾氣排放量以及相應(yīng)的金錢損失額度。

2•4計(jì)算新建道路涉及的費(fèi)用

新建道路涉及的費(fèi)用是評(píng)價(jià)各選線方案的關(guān)鍵原則,本研究將它作為遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)的主要部分。如圖1所示,本研究將新建道路的社會(huì)總費(fèi)用成本以及懲罰函數(shù)作為遺傳算法中的適應(yīng)度值。這里從道路設(shè)計(jì)和交通規(guī)劃的角度分別計(jì)算費(fèi)用,最后綜合兩方面計(jì)算總費(fèi)用成本。下面詳細(xì)敘述費(fèi)用的計(jì)算過程。

這里,為一條新建道路的總費(fèi)用成本 為與設(shè)計(jì)相關(guān)的費(fèi)用總和 為與道路交通相關(guān)的費(fèi)用總和。

2•4•1與道路設(shè)計(jì)相關(guān)費(fèi)用

這里， 為基本建設(shè)費(fèi)用,是單位長(zhǎng)度的基本建設(shè)費(fèi)用與道路長(zhǎng)度的乘積 為土方工程費(fèi);為橋梁隧道費(fèi)用;為懲罰費(fèi)用。

在計(jì)算 時(shí)首先利用GIS的空間分析功能,疊加新建道路數(shù)據(jù)層和選線區(qū)域的河流數(shù)據(jù)層得出道路跨越的河流長(zhǎng)度,最后利用跨越長(zhǎng)度和橋梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度造價(jià)的乘積得到。

在計(jì)算 時(shí)要同時(shí)考慮橫斷面、縱斷面的線形,計(jì)算新建道路的土方工程費(fèi)。土方工程量計(jì)算分填土、挖土和平衡運(yùn)土3部分。由于研究采用DEM的網(wǎng)格作為地表高程狀況,所以分割相鄰兩個(gè)格網(wǎng)間的路段,并假設(shè)各個(gè)區(qū)間的坡度是均勻的。這樣就可以獲得線形實(shí)際地面高程,同時(shí)利用縱斷面和橫斷面設(shè)計(jì)線形取得計(jì)算高程,按Manoj[5]的方法得到土方工程費(fèi)計(jì)算方法如公式(10)所示。

由于利用遺傳算法自動(dòng)生成控制點(diǎn),設(shè)計(jì)新建道路的平曲線線形和豎曲線線形,所以很難完全滿足所有的平面圓曲線半徑都大于最小半徑值的要求,以及縱斷面坡度都小于最大坡度的要求,為此,這里引入違反規(guī)范的懲罰費(fèi)用,以實(shí)現(xiàn)道路方案的有效評(píng)價(jià)。

這里把 懲罰費(fèi)用計(jì)算分為兩部分,平曲線半徑的懲罰費(fèi)用和縱斷面坡度的懲罰費(fèi)用的計(jì)算,具體公式如下式。

其中,為縱斷面坡度懲罰費(fèi)用 為平曲線半徑懲罰費(fèi)用。

其中,為評(píng)價(jià)時(shí)自定義的系數(shù);為道路縱斷面第i個(gè)控制點(diǎn)的坡度;

為規(guī)范要求的最大坡度。

其中 為評(píng)價(jià)時(shí)自定義的系數(shù);為道路平面第i個(gè)控制點(diǎn)處設(shè)置的圓曲線半徑 為設(shè)計(jì)規(guī)范要求的最小圓曲線半徑。

2•4•2與道路交通相關(guān)的費(fèi)用

為環(huán)境負(fù)荷費(fèi)用,如圖1所示,對(duì)于每一種線形方案都進(jìn)行新路網(wǎng)的重新拓?fù)渑c交通量平衡分配,通過分配的輸出結(jié)果(路段交通量、走行時(shí)間、平均車速等)可以計(jì)算環(huán)境負(fù)荷費(fèi)用和走行時(shí)間費(fèi)用。

在計(jì)算環(huán)境負(fù)荷費(fèi)用時(shí)主要考慮了汽車排放的尾氣(CO,HC,NO2)造成的污染費(fèi)用,其計(jì)算公式如下。

其中,為單位污染氣體的金錢損失指標(biāo),有很多種估計(jì)值,本研究采用Nakamura等[8]提出的指標(biāo)值

n為新建路網(wǎng)中的路段總數(shù) 為路段i的長(zhǎng)度 為第i個(gè)路段上的平均行駛速度;qi為第i個(gè)路段上的交通流量。

表1給出了各種普通車輛在各種走行速度下的CO, HC, NO2的排放因子。

為路網(wǎng)走行時(shí)間費(fèi)用,其中,n為路網(wǎng)中的路段總數(shù) 為第i號(hào)路段的走行時(shí)間;為時(shí)間價(jià)值。

為占用綠地費(fèi)用,占用拆遷費(fèi)用。 的計(jì)算是在GIS中完成的,首先以新建道路的中心線,以新建道路寬度制作緩沖區(qū),生成道路空間面對(duì)象,然后分別與表示建筑物、綠地、濕地的數(shù)據(jù)層疊加,得到相應(yīng)的建筑物編號(hào),綠地、濕地面積,最后乘以建筑物的和綠地、濕地的單位面積造價(jià)得到占用拆遷費(fèi)用,占用綠地費(fèi)用及濕地破壞費(fèi)。

2•5數(shù)字試驗(yàn)

這里用一個(gè)有35個(gè)交通小區(qū)的地區(qū)對(duì)上述方法進(jìn)行了數(shù)字試驗(yàn),試驗(yàn)地區(qū)的道路網(wǎng)由433個(gè)路段條, 287個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)時(shí)GAs中的參數(shù)為pc=0•6,pm=0•001,Psize=50,Tmax=60,λ=3,并假定新建道路的設(shè)計(jì)車速100km/h,路面寬10m,最小圓曲線半徑1 000m,縱斷面最大坡度4%,挖土費(fèi)用40元/m3,填土費(fèi)用12元/m3, 1km工程造價(jià)1 000萬元,時(shí)間價(jià)值0•6元/min,道路壽命30年。在GAs算法進(jìn)行70代后獲得比較令人滿意的結(jié)果。

3總結(jié)

篇3

 

近年來，隨著我國(guó)高等教育的不斷發(fā)展，高校連續(xù)多年擴(kuò)招，每年大學(xué)畢業(yè)生數(shù)量連創(chuàng)新高。同時(shí)，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的變化性導(dǎo)致了高校所開設(shè)的專業(yè)與社會(huì)對(duì)人才的需求不完全匹配，給廣大的大學(xué)畢業(yè)生造成了十分嚴(yán)峻的就業(yè)壓力。因此，在目前國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)下行壓力較大，大學(xué)畢業(yè)生就業(yè)形勢(shì)不太理想的情況下，應(yīng)當(dāng)未雨綢繆，想企業(yè)之所想，急企業(yè)之所急，在充分了解社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才需求的前提下，充分挖掘?qū)W校在人才培養(yǎng)方面的優(yōu)勢(shì)，通過改革行政管理專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)設(shè)置，以加強(qiáng)學(xué)生就業(yè)質(zhì)量為導(dǎo)向，構(gòu)建培養(yǎng)實(shí)踐性、應(yīng)用型的行政管理專業(yè)背景的理論基礎(chǔ)與實(shí)踐能力并重的人才培養(yǎng)模式。

 

一、高校行政管理專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)環(huán)境變化

 

行政管理專業(yè)自20世紀(jì)80年代在我國(guó)高校中恢復(fù)專業(yè)設(shè)置以來，其發(fā)展勢(shì)頭如雨后春筍，并逐步確立了本科-碩士-博士的三級(jí)學(xué)位培養(yǎng)體系，在公共管理專業(yè)學(xué)位教育、公務(wù)員在職培訓(xùn)教育方面發(fā)揮了十分重要的作用，為黨政機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位培養(yǎng)了眾多的高級(jí)行政管理人才。然而，近年來，隨著我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的逐步確立，大學(xué)生自主擇業(yè)機(jī)制的進(jìn)一步完善，高校行政管理專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)形勢(shì)越來越嚴(yán)峻，尤其是自1999年高校擴(kuò)招以來，行政管理專業(yè)畢業(yè)的大學(xué)生就業(yè)問題矛盾日益突出。從近年來高校行政管理專業(yè)畢業(yè)大學(xué)生就業(yè)流向來看，當(dāng)前該專業(yè)大學(xué)畢業(yè)生的就業(yè)環(huán)境已經(jīng)發(fā)生變化。具體來說主要表現(xiàn)在以下2個(gè)方面：

 

(一)行政管理專業(yè)畢業(yè)生入職對(duì)口公共部門難度加大

 

高校行政管理專業(yè)培養(yǎng)以培養(yǎng)公共行政管理人才為主要目標(biāo)，畢業(yè)生對(duì)口就業(yè)單位一般為黨政機(jī)關(guān)、國(guó)有企事業(yè)單位以及社會(huì)團(tuán)體等公共部門。然而，隨著開設(shè)行政管理專業(yè)的學(xué)校數(shù)量不斷增多，我國(guó)公務(wù)員考錄制度的不斷完善，加上高等教育制度改革不斷推進(jìn)，高校擴(kuò)招，行政管理專業(yè)畢業(yè)人數(shù)激增，入職對(duì)口公共部門難度越來越大。比如在2012年國(guó)家公務(wù)員考試招考的中央機(jī)關(guān)及其直屬機(jī)構(gòu)共130余單位，計(jì)劃招考人數(shù)1.8萬多人，而要求行政管理專業(yè)的僅有200余崗位，僅占1.1%，且這類崗位其他專業(yè)如社會(huì)學(xué)、人力資源管理等專業(yè)也可報(bào)考。

 

(二)企業(yè)發(fā)展對(duì)行政管理專業(yè)畢業(yè)生需求不斷增加

 

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，中小微等私營(yíng)企業(yè)發(fā)展受到國(guó)家高度重視，企業(yè)發(fā)展環(huán)境得益改善，促進(jìn)了私營(yíng)企業(yè)的發(fā)展壯大。企業(yè)的發(fā)展壯大需要以管理人才作為支撐，一方面，從企業(yè)管理的現(xiàn)實(shí)來看，任何組織，無論是政府、國(guó)有企事業(yè)單位，還是社會(huì)團(tuán)體、私營(yíng)企業(yè)，其內(nèi)部組織機(jī)構(gòu)中常見的如辦公室、行政部、綜合處等機(jī)構(gòu)都會(huì)或多或少涉及大量的行政事務(wù)的處理。

 

(三)高校培養(yǎng)行政管理專業(yè)人才素質(zhì)與社會(huì)對(duì)該專業(yè)人才要求匹配度不高

 

一方面是黨政機(jī)關(guān)、國(guó)有企事業(yè)單位等傳統(tǒng)用人單位對(duì)行政管理專業(yè)畢業(yè)生需求銳減，一方面是廣大私營(yíng)企業(yè)對(duì)該專業(yè)畢業(yè)生大量需求。而從企業(yè)反饋的行政管理專業(yè)人才素質(zhì)上看，高校培養(yǎng)的行政管理專業(yè)人才還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到企業(yè)的用人標(biāo)準(zhǔn)。從當(dāng)前高校對(duì)行政管理專業(yè)設(shè)置的培養(yǎng)目標(biāo)及安排的主要課程上看，高校依然不能意識(shí)到社會(huì)對(duì)事件型人才的渴求，而是依然把政治學(xué)、行政學(xué)、法學(xué)及管理學(xué)等理論教學(xué)放在首位，培養(yǎng)出來的是熟悉黨政方面的方針、政策法規(guī)，能夠從事的是黨政機(jī)關(guān)行政管理的基本能力。

 

二、行政管理專業(yè)人才培養(yǎng)模式優(yōu)化方向

 

(一)與時(shí)俱進(jìn)，根據(jù)市場(chǎng)需求適時(shí)調(diào)整專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)

 

當(dāng)前，行政管理專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)主要以為黨政機(jī)關(guān)培養(yǎng)從事公共事務(wù)管理的專門人才。這樣的目標(biāo)設(shè)定，一方面是較為模糊的，管理人員需要的不僅是技術(shù)技能，而且應(yīng)當(dāng)具備較高實(shí)踐操作管理能力。一方面該目標(biāo)的設(shè)定僅限制為為黨政機(jī)關(guān)培養(yǎng)，已經(jīng)脫離了當(dāng)前社會(huì)對(duì)行政管理人才需求的實(shí)際。因而，行政管理專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展現(xiàn)狀和市場(chǎng)對(duì)人才需求的反饋，進(jìn)一步細(xì)化，并把企業(yè)作為該專業(yè)人才培養(yǎng)的主要對(duì)象，強(qiáng)化培養(yǎng)人才的科學(xué)思維，具備對(duì)企業(yè)和政府互動(dòng)關(guān)系有充分的協(xié)調(diào)、處理能力的人才。

 

(二)調(diào)整課程設(shè)置，提升學(xué)生專業(yè)素質(zhì)能力

 

對(duì)行政管理專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的設(shè)置，需要建立在該專業(yè)課程調(diào)整的基礎(chǔ)上，可以把該專業(yè)理論學(xué)習(xí)的內(nèi)容設(shè)置為兩大塊，包括政府行政管理模塊和企業(yè)行政管理模塊，教學(xué)上偏重于企業(yè)行政管理的相關(guān)知識(shí)，如增加《政府經(jīng)濟(jì)學(xué)》、《政府營(yíng)銷學(xué)》、《政府失靈與市場(chǎng)失靈》、《公共投資學(xué)》等與企業(yè)經(jīng)營(yíng)有著一定聯(lián)系的課程;在企業(yè)行政管理課程中，則可以設(shè)置一些如《人力資源管理》、《組織行為學(xué)》、《辦公自動(dòng)化》、《公文寫作》、《公共關(guān)系學(xué)》等課程，有機(jī)地將政府和企業(yè)的管理理論課程進(jìn)行結(jié)合，從而加強(qiáng)學(xué)生在政府和企業(yè)管理的有效融匯貫通。

 

(三)加強(qiáng)校地合作，培養(yǎng)實(shí)踐性應(yīng)用型人才

 

高校教育的最終目的是為社會(huì)提供高素質(zhì)的應(yīng)用型人才，人才的培養(yǎng)不僅需要學(xué)校的努力，同時(shí)也需要社會(huì)的支持，特別是地方政府、企事業(yè)單位的大量支持。一方面，除了需要地方政府在辦學(xué)經(jīng)費(fèi)、優(yōu)惠政策、人才引進(jìn)、就業(yè)安置及高校實(shí)習(xí)基地建設(shè)等方面給以支持外，還需要地方企業(yè)為學(xué)校人才培養(yǎng)提供相應(yīng)的支持，如加強(qiáng)校企的溝通互動(dòng)，企業(yè)提出人才培養(yǎng)的需求，學(xué)校根據(jù)企業(yè)的需要調(diào)整人才培養(yǎng)的方向，并利用企業(yè)實(shí)踐優(yōu)勢(shì)，建立實(shí)習(xí)基地，以企業(yè)管理為標(biāo)本，建立校企人才培養(yǎng)實(shí)習(xí)進(jìn)出路徑，培養(yǎng)實(shí)踐性的應(yīng)用型人才。

篇4

關(guān)鍵詞：SOLIDWORKS；HyperWords；ALGOR；輕量化設(shè)計(jì)；解藕板

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9599 (2011) 04-0000-02

The Lightweight Design of Wire Bonders Decoupling Board on HyperWorks

Wang Shijun,Wang Dacheng

(Wuyi University,Jiangmen529020,China)

Abstract:SOLIDWORKS board established in the original model decoupling,to use it into HyperWords in the use of the relative density method,the objective of minimizing the degree to supple,and add the symmetry constraint on the decoupling plate optimization,according to the optimized morphology and board decoupling,the model is part of the experience modification and reinforcement distribution,the establishment of the final model decoupling board.ALGOR in the decoupling of the original board and new board decoupling of the static and dynamic analysis,static stress and the frequency of their results were compared to verify lightweight design goals.

Keywords:SOLIDWORKS;HyperWords;ALGOR;Lightweight designdesign;

Decoupled board

一、拓?fù)鋬?yōu)化方法簡(jiǎn)介及理論

（一）優(yōu)化方法簡(jiǎn)介。拓?fù)鋬?yōu)化是一種數(shù)學(xué)方法，在給定的空間結(jié)構(gòu)中尋找最優(yōu)材料分布，其目的在于用最少的材料得到結(jié)構(gòu)的最佳性能。拓?fù)鋬?yōu)化在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初始階段可以提供一個(gè)概念性設(shè)計(jì)，幫助設(shè)計(jì)者對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)與部件能夠靈活地、理性地優(yōu)選方案，尋找結(jié)構(gòu)最佳的傳力路徑，且其在概念設(shè)計(jì)階段能夠激發(fā)設(shè)計(jì)人員的靈感，有效實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)最佳功能和最小成本的結(jié)合，因此成為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。拓?fù)鋬?yōu)化方法包括均勻化法、漸近結(jié)構(gòu)優(yōu)化法和相對(duì)密度法，在HyperWords中主要使用相對(duì)密度法，其基本思想是人為地引入一種假想密度在0-1之間可變的材料，0為空1為實(shí),并假定材料的宏觀彈性常量與其密度成非線性關(guān)系。優(yōu)化過程中以單元設(shè)計(jì)變量的大小來決定單元的取舍。相對(duì)于其他優(yōu)化方法,相對(duì)密度法設(shè)計(jì)變量少、計(jì)算求解過程簡(jiǎn)單。

（二）優(yōu)化理論

1.優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。優(yōu)化設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵一步是建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，該模型是用數(shù)學(xué)的形式表示設(shè)計(jì)問題的特征和追求目標(biāo)，是用抽象的方法表達(dá)實(shí)際問題的特征或本質(zhì)。數(shù)學(xué)模型3個(gè)方面的內(nèi)容組成，即由設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件，設(shè)計(jì)變量是在優(yōu)化過程中會(huì)發(fā)生改變，是提高優(yōu)化性能的一組參數(shù)，不同參數(shù)代表不同的設(shè)計(jì)方案。目標(biāo)函數(shù)是關(guān)于設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，即要求的最優(yōu)設(shè)計(jì)性能。約束條件是對(duì)設(shè)計(jì)變量和其他性能的要求，是對(duì)設(shè)計(jì)的限制。優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型為目標(biāo)函數(shù)

在Optistruct中，目標(biāo)函數(shù)f（X）、約束函數(shù)g（X）與h（X）是從有限元分析中獲得的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。設(shè)計(jì)變量X是一個(gè)n維向量，它的確定依賴于優(yōu)化類型。在拓?fù)鋬?yōu)化中，設(shè)計(jì)變量是單元的密度；在尺寸優(yōu)化中，設(shè)計(jì)變量是結(jié)構(gòu)單元的屬性，優(yōu)化設(shè)計(jì)即在約束條件下，求解目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值。

2.基于Optistruct的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的選擇為根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和要求，將需要參與優(yōu)化的數(shù)據(jù)定義成模型參數(shù)，優(yōu)化處理器根據(jù)2次優(yōu)化參數(shù)的比較后確定該次循環(huán)目標(biāo)函數(shù)是否已經(jīng)達(dá)到最小值、最優(yōu)值。如果達(dá)到最優(yōu)，完成迭代，退出優(yōu)化循環(huán)；否則，將根據(jù)已完成的優(yōu)化循環(huán)和當(dāng)前優(yōu)化變量的狀態(tài)修正設(shè)計(jì)變量，重新進(jìn)入循環(huán)。Optistruct采用HyperMesh進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題的前處理和定義，在HyperMesh中完成有限元建模后，利用優(yōu)化定義面板定義優(yōu)化變量、約束和目標(biāo)以及優(yōu)化參數(shù)；然后提交Optistruct進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化。

二、解藕板的輕量化設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)目標(biāo)。解藕板是焊線機(jī)中音圈電機(jī)和焊頭部分的連接件。在焊線的過程中音圈電機(jī)通過解藕板帶動(dòng)焊頭部分高速、高頻運(yùn)動(dòng)，且音圈電機(jī)的瞬間加速度為8G左右，因此要求解藕板必須具備高剛性和高頻率，否則將嚴(yán)重影響焊頭部分的定位進(jìn)度。由于焊頭部分及音圈電機(jī)的安裝位置已經(jīng)確定，因此不能改變解藕板的長(zhǎng)、寬尺寸?，F(xiàn)以原始解藕板為基礎(chǔ)進(jìn)行簡(jiǎn)化，將倒角、圓角、螺釘孔等去除，因?yàn)檫@些特征系統(tǒng)位移及動(dòng)態(tài)特性的影響很小，因此建模時(shí)將這些特征略去，簡(jiǎn)化后的解藕板模型如圖1所示。通過本次優(yōu)化設(shè)計(jì)要使解藕板的質(zhì)量減少15%以上、靜態(tài)位移減少15%以上、一階固有頻率增加20%以上。

（二）拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。由于SOLIDWORKS中的模型文件不能直接導(dǎo)入到HyperWords中，因此需將文件轉(zhuǎn)換為PRT為后綴的格式，然后導(dǎo)入到HyperWords中進(jìn)行幾何清理、網(wǎng)格劃分、質(zhì)量檢查、建立負(fù)載和約束等操作。其中在網(wǎng)格劃分時(shí)為提高后處理運(yùn)算效率，用四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，尺寸大小為10L。在添加負(fù)載及約束時(shí)，通過三維建模計(jì)算，得焊頭部分的質(zhì)量200K，將其施加于焊頭部分連接面，解藕板與音圈電機(jī)連接面采用全約束，網(wǎng)格及加載后模型如圖2。

在拓?fù)鋬?yōu)化中優(yōu)化參數(shù)不需要人工定義，而是軟件將材料分布自動(dòng)當(dāng)成優(yōu)化參數(shù)。本文解藕板的拓?fù)鋬?yōu)化以解藕板的體積和柔順度（Compliance為響應(yīng)體積是全局響應(yīng)，柔順度必須分配到子程序中），以柔順度最小為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)于結(jié)構(gòu)靜力優(yōu)化，結(jié)構(gòu)整體剛度最大等價(jià)于結(jié)構(gòu)的柔順度（Compliance）最小化，以0.5的體積上限范圍為約束，運(yùn)用Optistruct模塊進(jìn)行解藕板的拓?fù)鋬?yōu)化計(jì)算，經(jīng)過80步迭代得到優(yōu)化后的結(jié)果，在HyperView中查看密度等值面結(jié)果，將Curren Valu取0.015，得到等值面圖，如圖3。

三、結(jié)果對(duì)比

在ALGOR中對(duì)原始及優(yōu)化后的解藕板模型進(jìn)行靜應(yīng)力和模態(tài)分析，對(duì)比靜態(tài)位移、固有頻率及質(zhì)量指標(biāo)，通過簡(jiǎn)單計(jì)算檢驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果是否達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。驗(yàn)證分析中所加負(fù)載及約束與拓?fù)鋬?yōu)化時(shí)完全相同，根據(jù)焊線頭部分運(yùn)動(dòng)頻率及振動(dòng)頻率的參與性確定提取原始解藕板及新解藕板的靜態(tài)位移及前二階模態(tài)分析結(jié)果，如圖4、圖5。其中靜態(tài)位移的最大值在解藕板與焊頭部分連接面的中點(diǎn)處。四階模態(tài)頻率及對(duì)應(yīng)最大位移如表1。

為了直觀的看出驗(yàn)證結(jié)果，現(xiàn)將設(shè)計(jì)目標(biāo)及優(yōu)化結(jié)果的一些重要參數(shù)列于表2：

由表2看到拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的解藕板完全滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，而且三項(xiàng)參數(shù)均得到不同程度的改善，證明拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的解藕板是較合理的。

四、結(jié)論

（一）基于HyperWords的Optistruct模塊，運(yùn)用優(yōu)化理論對(duì)焊線機(jī)的解藕板進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮到實(shí)際應(yīng)用及機(jī)加工工藝的要求，依據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行部分修改及布筋。通過對(duì)原始解藕板及優(yōu)化設(shè)計(jì)后的解藕板進(jìn)行靜力學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析及參數(shù)對(duì)比，驗(yàn)證了輕量化設(shè)計(jì)的預(yù)設(shè)目標(biāo)。從優(yōu)化過程及結(jié)果可以得出：基于HyperWords的Optistruct模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)初期縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)成本，而且可以對(duì)已有部件以柔度和固有頻率為目標(biāo)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，降低了原材料成本。

（二）拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)不僅要求從事此工作的技術(shù)人員有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)技能，更要求要不同學(xué)科技術(shù)人員的參與，如CAD、CAE、CAM等多學(xué)科技術(shù)人員。

（三）鐵、銅等金屬資源為非可再生資源，利用優(yōu)化設(shè)計(jì)可以在滿足技術(shù)要求的前提下降低金屬的使用量。

（四）拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)在國(guó)外工程領(lǐng)域已經(jīng)有較多應(yīng)用，而且已有大量成功應(yīng)用的案例，反觀國(guó)內(nèi)的工程應(yīng)用還較少，我們要加強(qiáng)這方面的工作，縮小與國(guó)外的差距。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：艦載導(dǎo)彈；小擾動(dòng)；制導(dǎo)控制；俯仰角

中圖分類號(hào)：TJ765. 3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引 言

艦載導(dǎo)彈是搭載在水面艦艇上，主要用于執(zhí)行防空反導(dǎo)，水面艦艇攻擊等作戰(zhàn)任務(wù)，目前已經(jīng)發(fā)展成為水面艦艇的核心作戰(zhàn)武器。艦載導(dǎo)彈經(jīng)過30多年的改進(jìn)演變，目前已經(jīng)形成較為完整的制導(dǎo)控制體系和發(fā)射體系，而今的艦載導(dǎo)彈也已構(gòu)建了較為成熟的垂直發(fā)射系統(tǒng)，帶來了艦艇空間在更大限度上不斷上升的利用效率，增強(qiáng)了艦艇的安全可靠及抗損性[1]。隨著制導(dǎo)控制技術(shù)的變革與飛躍式進(jìn)步，對(duì)艦載導(dǎo)彈的控制精度也隨即提出了更高的要求，艦載導(dǎo)彈的制導(dǎo)控制是保障導(dǎo)彈穩(wěn)定可靠飛行和發(fā)射的關(guān)鍵技術(shù)，通過對(duì)艦載導(dǎo)彈的制導(dǎo)控制技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠有效提高導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)的命中率和可靠性，因此，研究艦載導(dǎo)彈的制導(dǎo)控制技術(shù)優(yōu)化具有重要意義。

艦載導(dǎo)彈在整個(gè)飛行過程中，由于大氣密度等飛行條件的影響，容易產(chǎn)生大氣的小擾動(dòng)，在小擾動(dòng)條件下則會(huì)導(dǎo)致飛行控制失穩(wěn)，需要進(jìn)行穩(wěn)定性控制和小擾動(dòng)抑制。傳統(tǒng)方法中，對(duì)艦載導(dǎo)彈的小擾動(dòng)抑制控制方法主要有PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制方法、自適應(yīng)誤差補(bǔ)償方法、反演積分控制方法和滑膜控制方法等[2-5]，通過構(gòu)建導(dǎo)彈的飛行動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)模型，采用相關(guān)的控制方法進(jìn)行參量鎮(zhèn)定和誤差修正，提高了控制精度，取得了一定的成果。其中，文獻(xiàn)[5]采用 魯棒控制方法進(jìn)行了艦載導(dǎo)彈的小擾動(dòng)抑制和制導(dǎo)控制，基本滿足制導(dǎo)控制的精度要求，且計(jì)算開銷較小，能夠應(yīng)用在實(shí)踐中，但是隨著干擾強(qiáng)度的增大，控制精度和導(dǎo)彈飛行軌跡的誤差修正能力不好。針對(duì)上述問題，本文提出一種基于小擾動(dòng)抑制和參數(shù)自整定誤差修正的艦載導(dǎo)彈制導(dǎo)控制優(yōu)化算法，首先構(gòu)建艦載導(dǎo)彈的被控對(duì)象模型和縱向運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)控制約束參量進(jìn)行艦的載導(dǎo)彈制導(dǎo)控制約束參量分析，然后采用小擾動(dòng)抑制方法進(jìn)行擾動(dòng)誤差和控制參量的自整定修正，實(shí)現(xiàn)控制算法優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行性能測(cè)試，得出有效性結(jié)論，展示了本文方法在提高導(dǎo)彈制導(dǎo)控制性能方面的優(yōu)越性。

1 被控對(duì)象描述和艦載導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建

1.1 小擾動(dòng)條件下艦載導(dǎo)彈制導(dǎo)控制對(duì)象描述

在艦載導(dǎo)彈的制導(dǎo)控制設(shè)計(jì)中，重要的一步是構(gòu)建艦載導(dǎo)彈制導(dǎo)控制對(duì)象模型和運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，通過控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)行飛行擾動(dòng)的補(bǔ)償和控制參量的鎮(zhèn)定性設(shè)計(jì)，艦載導(dǎo)彈在發(fā)射出箱后飛行時(shí)容易受到大氣小擾動(dòng)的影響，導(dǎo)致飛行失穩(wěn)，在艦載導(dǎo)彈的制導(dǎo)控制設(shè)計(jì)中，采用陀螺儀、加速度計(jì)和姿態(tài)基準(zhǔn)采集器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)參量采集[6]，艦載導(dǎo)彈制導(dǎo)控制流程結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

4 結(jié)束語

通過對(duì)艦載導(dǎo)彈的制導(dǎo)控制技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)的命中率和可靠性，本文提出一種基于小擾動(dòng)抑制和參數(shù)自整定誤差修正的艦載導(dǎo)彈制導(dǎo)控制優(yōu)化算法，構(gòu)建艦載導(dǎo)彈的被控對(duì)象模型和縱向運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)控制約束參量進(jìn)行艦載導(dǎo)彈制導(dǎo)控制約束參量分析，然后采用小擾動(dòng)抑制方法進(jìn)行擾動(dòng)誤差和控制參量的自整定修正，實(shí)現(xiàn)控制算法優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行性能測(cè)試，研究得出，采用該控制方法進(jìn)行艦載導(dǎo)彈的小擾動(dòng)抑制和制導(dǎo)控制設(shè)計(jì)，降低了導(dǎo)彈的軌跡輸出誤差，俯仰角等運(yùn)動(dòng)參量的跟蹤性能較好，提高了控制品質(zhì)，展示了較高的應(yīng)用價(jià)值。

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篇6

1.1快速模擬理論

注塑模填充過程的快速模擬理論是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，可提升計(jì)算速度、創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)過程、改善流動(dòng)分析算法、提高數(shù)據(jù)分析效率的研究理論[1]。通過填充過程的快速模擬，可以了解注塑過程中的注射壓力、注射速度、注射溫度、注射時(shí)間等參數(shù)，以及熔接痕、氣穴等狀況。建立注塑?？焖倌M模型，有助于明確前沿熔體流動(dòng)狀態(tài)與型腔厚度的關(guān)系，進(jìn)而提升注塑成型的速度及質(zhì)量。綜上可知，注塑模填充過程快速模擬理論研究是注塑過程優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，對(duì)提升實(shí)際生產(chǎn)水平具有重要意義。

1.2成型工藝優(yōu)化

注塑成型工藝優(yōu)化是一種通過優(yōu)化注塑成型工藝、提升產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)，即通過建立優(yōu)化模型來構(gòu)建高效的快速算法，并結(jié)合實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)對(duì)成型工藝進(jìn)行優(yōu)化。該技術(shù)中應(yīng)用了CAE、模擬退火算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等，具有高效、高水平、低成本的特點(diǎn)[2]。

2注塑制品的壁厚優(yōu)化

注塑成型過程中，塑件的壁厚對(duì)其可成型性、力學(xué)性能及成本等具有顯著影響。例如，當(dāng)壁厚過薄時(shí)，塑件脆性較大、成型性差，且外觀及性能均不理想；若壁厚過厚，則會(huì)使塑件的生產(chǎn)周期延長(zhǎng)，成本顯著增加，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生不同程度的表面凹陷和內(nèi)部收縮；而當(dāng)壁厚變化不均勻時(shí)，塑件會(huì)出現(xiàn)多種缺陷，如翹曲、變形、表面波痕等。因此，注塑制品壁厚優(yōu)化設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。本研究的注塑制品壁厚優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)合了快速模擬技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)，以期得到最佳優(yōu)化結(jié)果。

2.1基于快速模擬技術(shù)的壁厚優(yōu)化

基于快速模擬技術(shù)的注塑制品壁厚優(yōu)化是采用壁厚優(yōu)化最速下降法，對(duì)型腔內(nèi)熔體流動(dòng)的平衡性進(jìn)行優(yōu)化，通過熔體流動(dòng)平衡評(píng)判，得出最優(yōu)充填時(shí)間[3]。首先，采用熔體到達(dá)型腔邊界的最短等效長(zhǎng)度替代到達(dá)時(shí)間，建立制品壁厚優(yōu)化模型；然后，采用壁厚優(yōu)化最速下降法得出初步優(yōu)化結(jié)果；最后，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)初步優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行區(qū)域劃分，然后進(jìn)行下一步優(yōu)化變量及數(shù)目的設(shè)計(jì)。快速模擬技術(shù)針對(duì)復(fù)雜制品具有更加快速的優(yōu)化效果，但不適用于壁厚存在明顯變化的制品。

2.2基于數(shù)值模擬技術(shù)的壁厚優(yōu)化

基于數(shù)值模擬技術(shù)的壁厚優(yōu)化是對(duì)基于快速模擬技術(shù)的壁厚優(yōu)化結(jié)果的進(jìn)一步優(yōu)化。由于快速模擬技術(shù)對(duì)壁厚變化較大制品的優(yōu)化效果不足，因此需采用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)其初步優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行評(píng)判。首先，考慮到壁厚優(yōu)化過程中應(yīng)用了快速模擬技術(shù)，故可確定其填充過程是高度平衡的；接下來以制品的區(qū)域厚度為研究變量進(jìn)行數(shù)值分析，以熔體到達(dá)腔體邊界的實(shí)際時(shí)間和模擬時(shí)間的算術(shù)平均值為研究目標(biāo)建立壁厚優(yōu)化模型；隨后采用勃克斯修正復(fù)形法進(jìn)行最后的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程。數(shù)值模擬技術(shù)有利于分析最終壁厚分布情況，而快速模擬技術(shù)則有利于縮短數(shù)值分析時(shí)間，因此結(jié)合了基于快速模擬技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)的優(yōu)化算法是實(shí)現(xiàn)注塑制品壁厚優(yōu)化的最佳方法。

3注塑模澆口位置優(yōu)化

注塑模的澆注過程是基于注塑模流道和澆口進(jìn)行的。流道設(shè)計(jì)具有多種類型，以適應(yīng)不同的情況[4]。而澆口位置是控制熔體速度、保持熔體流動(dòng)狀態(tài)、防止熔體回流、提升制品質(zhì)量的重要部位，其嚴(yán)重影響著制品的品質(zhì)，一旦澆口位置不合理，制品即會(huì)出現(xiàn)漩紋效應(yīng)、熔接痕、氣穴、氣孔、遲滯效應(yīng)、縮痕、縮孔、飛邊、翹曲、力學(xué)性能差等問題。因此，在注塑模設(shè)計(jì)過程中，需要慎重選擇注塑模的澆口位置。

3.1澆口位置對(duì)熔體的影響

澆口位置對(duì)塑件外觀及性能的影響，主要是通過干擾熔體流動(dòng)產(chǎn)生的。不合理的澆口位置會(huì)使熔體出現(xiàn)遲滯效應(yīng)、流動(dòng)平衡差等不良現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生一系列塑件質(zhì)量問題。(1)熔體遲滯效應(yīng)熔體在注塑模中出現(xiàn)遲滯效應(yīng)是由于注塑模的內(nèi)部形狀不同，導(dǎo)致各處熔體的流動(dòng)阻力亦不相同，進(jìn)而在型腔厚薄交界處出現(xiàn)流動(dòng)遲滯現(xiàn)象。因此澆口應(yīng)該置于距離可能發(fā)生遲滯效應(yīng)的最遠(yuǎn)處，以緩解遲滯效應(yīng)。(2)塑件縮痕、縮孔澆口位置應(yīng)設(shè)置在制品截面較厚之處，以利于補(bǔ)料，從而避免縮痕、縮孔現(xiàn)象的出現(xiàn)。(3)塑件可成型性塑件可成型性主要影響因素是注塑模澆口位置和數(shù)量。其優(yōu)化設(shè)計(jì)是以熔體高質(zhì)量充滿型腔為目標(biāo)，以熔體在腔體內(nèi)部流動(dòng)長(zhǎng)度和熔體積累厚度保持適宜比例為原則，以熔體性質(zhì)、環(huán)境溫度、注射壓力為參考依據(jù)的設(shè)計(jì)過程。(4)熔體流動(dòng)平衡澆口位置及數(shù)量的設(shè)計(jì)需要考慮熔體流動(dòng)到腔體末端所需要的時(shí)間，通過分析尋找最優(yōu)流動(dòng)狀態(tài)，以達(dá)到熔體流動(dòng)平衡的效果，進(jìn)而得到高質(zhì)量的塑件。(5)塑件平面度熔體進(jìn)入腔體后需要控制其流動(dòng)方向，使其呈單一方向平直推進(jìn)會(huì)得到較好的塑件平面度。

3.2澆口位置對(duì)塑件外觀的影響

澆口位置不當(dāng)將會(huì)影響熔體的流動(dòng)狀態(tài)，使熔體流動(dòng)出現(xiàn)異常，最終影響到塑件外觀，常見外觀缺陷包括氣穴、漩紋效應(yīng)、熔接痕等。如果澆口位置設(shè)計(jì)不合理，塑件中往往會(huì)產(chǎn)生氣穴，而且在注塑過程中的高壓、高溫條件下，還會(huì)出現(xiàn)“柴油機(jī)效應(yīng)”及“跑道效應(yīng)”，嚴(yán)重影響了塑件的外觀和性能。因此，需要選擇合適的澆口位置以控制熔體注入過程中的氣體流動(dòng)。漩紋效應(yīng)是指當(dāng)熔體通過不恰當(dāng)?shù)臐部冢纬闪溯^高的剪切應(yīng)力，進(jìn)而造成熔體斷裂，最終在塑件表面形成不同程度的漩紋。漩紋效應(yīng)不僅嚴(yán)重降低了塑件的表觀質(zhì)量，對(duì)其使用性能也存在不良影響。為避免漩紋效應(yīng)，需將澆口設(shè)計(jì)成沖擊型澆口，以提高澆口控制熔體流速的能力。另外，為避免在影響塑件外觀和性能的位置出現(xiàn)熔接痕，亦需選擇合理的澆口位置。

3.3澆口位置的選擇

澆口位置的設(shè)置需考慮注塑模自身的力學(xué)特征及塑件的力學(xué)性能要求，其將直接影響塑件的品質(zhì)。首先，澆口位置應(yīng)該避免設(shè)置在塑件承受最強(qiáng)荷載的區(qū)域，因?yàn)樗芗跐部谔幍牧W(xué)性能最差。合理的澆口位置還可使型芯周圍受力平衡，不會(huì)出現(xiàn)損毀型芯和塑件的現(xiàn)象。而澆口位置設(shè)置不當(dāng)會(huì)使塑件出現(xiàn)飛邊和翹曲現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了塑件質(zhì)量。飛邊與翹曲是由于注塑模內(nèi)部力學(xué)特征不對(duì)稱所致，因此為避免制品出現(xiàn)飛邊與翹曲，應(yīng)以保持注塑模腔體內(nèi)部的力學(xué)特征對(duì)稱為原則，慎重選擇澆口位置。3.4澆口位置的優(yōu)化澆口位置優(yōu)化即是對(duì)影響塑件性能和注塑模質(zhì)量的因素，如流動(dòng)狀態(tài)、溫度差異、過壓、摩擦熱等進(jìn)行考察，然后采用隨機(jī)搜索法對(duì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定的澆口位置進(jìn)行最優(yōu)分析，以得到最佳澆口位置。

4基于Moldfow的澆注系統(tǒng)優(yōu)化

基于Moldfow技術(shù)的澆注系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括熔體流道、澆口及冷料槽等部位的優(yōu)化設(shè)計(jì)[5]。該設(shè)計(jì)需以流變學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行模流分析，以確定澆注系統(tǒng)優(yōu)化方案。

4.1前處理

基于Moldfow技術(shù)的注塑模澆注系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)首先需要進(jìn)行模型導(dǎo)入、網(wǎng)格劃分、熔體材料選擇及澆注工藝選擇等前處理工作。其步驟如下：(1)模型簡(jiǎn)化根據(jù)塑件自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)工藝孔、加強(qiáng)筋等小部位進(jìn)行集中改善處理。另外為控制誤差的出現(xiàn)概率，需對(duì)塑件模型進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。主流的模型簡(jiǎn)化處理軟件為MoldfowCADDoctor，通過該軟件可進(jìn)行模型導(dǎo)入、診斷修復(fù)、模型簡(jiǎn)化、模型輸出等一系列模型簡(jiǎn)化修補(bǔ)處理。(2)模型導(dǎo)入MoldfowCADDoctor軟件中所導(dǎo)出的.udm格式文件可以直接導(dǎo)入到CAE中。(3)網(wǎng)格劃分與修復(fù)處理首先使用MPI系統(tǒng)默認(rèn)的參數(shù)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后通過變動(dòng)網(wǎng)格邊長(zhǎng)進(jìn)行劃分調(diào)整，接下來使用網(wǎng)格處理工具進(jìn)行修復(fù)處理，得到處理后的網(wǎng)格劃分結(jié)果。(4)選擇工藝類型和材料種類根據(jù)塑件要求，在Moldfow軟件上指定相應(yīng)的材料并設(shè)置參數(shù)。

4.2澆口位置及數(shù)目確定

注塑模澆注系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)是澆口位置及數(shù)量的確定。基于Moldfow技術(shù)的澆口位置及數(shù)量的確定包括最佳澆口位置預(yù)測(cè)、澆口設(shè)計(jì)方案制定、流動(dòng)模擬分析、翹曲變形分析、綜合模擬結(jié)果比較等一系列步驟：(1)澆口位置預(yù)測(cè)通過Moldfow最佳澆口位置分析模塊，模擬合理澆口位置區(qū)域，以此為最佳澆口位置研究對(duì)象進(jìn)行綜合分析。(2)制定澆口優(yōu)化設(shè)計(jì)方案根據(jù)塑件使用環(huán)境及質(zhì)量要求，并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，制定3~5個(gè)澆口設(shè)計(jì)方案，然后通過綜合分析，選擇模擬結(jié)果最好、最有代表性的設(shè)計(jì)方案。(3)流動(dòng)模擬和翹曲變形分析流動(dòng)模擬即利用Moldfow對(duì)熔體在模具中的流動(dòng)情況進(jìn)行模擬分析，通過對(duì)填充時(shí)間、注射壓力、鎖模力等的預(yù)測(cè)，以確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而避免氣穴、熔接痕等問題出現(xiàn)。此外，還需分析翹曲變形對(duì)塑件的影響，以保障塑件的質(zhì)量。最后，對(duì)各設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合比較，以確定最佳設(shè)計(jì)方案。

4.3澆注系統(tǒng)整體優(yōu)化

在確定澆口位置及數(shù)量后，還需對(duì)澆注系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，即根據(jù)熔體在不同位置的剪切速率，設(shè)置主流道、分流道、點(diǎn)澆口等的尺寸，并實(shí)現(xiàn)澆注系統(tǒng)流動(dòng)平衡，最終達(dá)到良好的熔體充填效果[6]。澆注系統(tǒng)整體優(yōu)化設(shè)計(jì)是保障塑料制品質(zhì)量的前提，具有重要意義。其中，澆注系統(tǒng)的平衡設(shè)計(jì)至關(guān)重要。根據(jù)塑件的具體結(jié)構(gòu)，分流道基本采用平衡式設(shè)計(jì)。

5結(jié)語

篇7

關(guān)鍵詞：給定烈度； 高層結(jié)構(gòu)； 抗震； 優(yōu)化

Abstract: This article mainly aims at the present domestic theory of optimal design for aseismic structures with respect to the development, research method and the characteristics of each method are discussed briefly. With the consideration of the optimal fortification intensity for aseismic optimum design theory, and combining the current seismic design code, through the given seismic intensity two stage least cost design method for high rise frame structures, the optimization design calculation method are discussed.

Key words: given intensity; high-rise structure; seismic; optimization

中圖分類號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

前言

當(dāng)前，各國(guó)抗震設(shè)計(jì)理論多采用二級(jí)和三級(jí)設(shè)計(jì)思想，即以“小震不壞、中震可修，大震不倒”作為設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，并且據(jù)此制定相應(yīng)的抗震規(guī)范和條例，按照這種以保障生命安全為基本目標(biāo)的抗震設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)的建筑物，在地震中基本可以保證使用者的生命安全，然而在大震甚至中小地震出現(xiàn)的情況下，確不能有效的控制地震破壞所造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失，而這種破壞往往超出了設(shè)計(jì)者的預(yù)料，超過了社會(huì)和居住者所能承受的范圍?？拐鸾Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的重大發(fā)展也是當(dāng)今結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中關(guān)于抗震結(jié)構(gòu)可靠度的一個(gè)重要發(fā)展方面。因?yàn)橥粋€(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)，可以有多種不同的設(shè)計(jì)方案，從所有可用的方案中選用最滿意的方案自然是理所當(dāng)然的追求。

1、目前國(guó)際上幾種優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的發(fā)展和特點(diǎn)

在工程結(jié)構(gòu)的建筑方案、結(jié)構(gòu)拓?fù)浜筒牧洗_定后，優(yōu)化內(nèi)容就是，其主要承載結(jié)構(gòu)的截面尺寸階段的目標(biāo)函數(shù)應(yīng)包括結(jié)構(gòu)的造價(jià)和長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，其中后者要包括結(jié)構(gòu)服役期間運(yùn)營(yíng)的直接經(jīng)濟(jì)效益的期望值(效益期望)和結(jié)構(gòu)失效帶來的損失的期望值(損失期望)。為了解決這些問題，國(guó)內(nèi)外存在幾種抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。包括：

l、基于損傷性能的抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；

2、基于結(jié)構(gòu)性能的抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；

3、基于最優(yōu)設(shè)防烈度的抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

這幾種抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：

基于損傷性能的抗震設(shè)計(jì)思想和方法的提出主要是理由是：其一，通過近今年震害的調(diào)查和研究發(fā)現(xiàn)，建筑物的地震損傷不僅與結(jié)構(gòu)的層間變形有關(guān)，而且和結(jié)構(gòu)在地震過程中的累積滯回耗能有關(guān)。其止，按照現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范總體上保證了“大震不倒”的安全目標(biāo)，但地震造成的結(jié)構(gòu)損傷積極嚴(yán)重，以至難以修復(fù)，基本上喪失了使用功能。

地震損傷模型是雙參數(shù)地震損傷模型.。在強(qiáng)烈地震的往復(fù)作用下，結(jié)構(gòu)將呈現(xiàn)彈塑形變形和低周疲勞效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)地震損傷的影響。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基于地震損傷性能的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的簡(jiǎn)化計(jì)算步驟：一是最大彈塑性變形的簡(jiǎn)化計(jì)算。大震作用下結(jié)構(gòu)的彈塑性變形計(jì)算比較復(fù)雜，可以采用樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)求得結(jié)構(gòu)層間的最大延性系數(shù)。二是累積滯回耗能的簡(jiǎn)化計(jì)算。

基于地震損傷性能的抗震設(shè)計(jì)方法：對(duì)于一般結(jié)構(gòu)，在常遇地震作用下(對(duì)于重要結(jié)構(gòu)，在設(shè)防烈度地震作用下)可按現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行截面抗震驗(yàn)算和變形驗(yàn)算。在罕遇地震作用下可以進(jìn)行薄弱層地震損傷計(jì)算。即根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性，確定地震損傷性能目標(biāo)和損傷指數(shù)限值，確定結(jié)構(gòu)層恢復(fù)力模型及其參數(shù)，計(jì)算結(jié)構(gòu)的破壞延性系數(shù)，計(jì)算結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下層間彈塑性最大位移延性系數(shù)，計(jì)算正規(guī)化累計(jì)耗能參數(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱層的地震損傷指數(shù)進(jìn)行計(jì)算并驗(yàn)算。

基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計(jì)理論的基本內(nèi)容應(yīng)包括地震設(shè)防水準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法等三個(gè)方面。結(jié)構(gòu)抗震性能與結(jié)構(gòu)的地震作用有關(guān)。通過地震等級(jí)有關(guān)的地震動(dòng)參數(shù)的選擇，可將結(jié)構(gòu)在地震中的破壞程度控制在預(yù)計(jì)的范圍內(nèi)。另外，地震加速度峰值、頻譜和持時(shí)是反映地震動(dòng)特征的三要素，也是影響結(jié)構(gòu)地震反映的重要因素，近場(chǎng)地震效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)也有較大的影響，而地震動(dòng)三要素是與震源特征、傳播途徑、場(chǎng)地條件等有關(guān)的。

基于最優(yōu)設(shè)防烈度的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)研究主要是與現(xiàn)行規(guī)范接軌的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。它的優(yōu)化程序是：首先決策出該結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)防烈度，然后按照此烈度進(jìn)行結(jié)構(gòu)的最小造價(jià)設(shè)計(jì)，在決策結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)防烈度時(shí)，既要考慮結(jié)構(gòu)的近期投資，又要考慮它的長(zhǎng)遠(yuǎn)效益。優(yōu)化程序可以分兩個(gè)層次進(jìn)行：

第一階段：進(jìn)行多遇地震作用下的彈性優(yōu)化設(shè)計(jì)，第二階段：對(duì)第一階段所得到的最優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行一次整體彈塑性分析，驗(yàn)算薄弱層彈塑性變形是否滿足抗震規(guī)范所規(guī)定的要求，這個(gè)方法與抗震規(guī)范的設(shè)計(jì)方法相同，可稱其為“二階段優(yōu)化設(shè)計(jì)方法”，由于抗震結(jié)構(gòu)的彈性優(yōu)化設(shè)計(jì)相對(duì)來說研究的比較成熟，因此，在現(xiàn)階段采用“二階段優(yōu)化設(shè)計(jì)方法”是比較現(xiàn)實(shí)的。

基于最優(yōu)設(shè)防烈度優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的優(yōu)點(diǎn)是：一是能夠與現(xiàn)行規(guī)范較好的結(jié)合起來，便于知道現(xiàn)階段的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用；二是將優(yōu)化設(shè)計(jì)分成兩個(gè)階段來計(jì)算，避免了在每一次迭代中都要同時(shí)進(jìn)行彈性分析和彈塑性分析，采用在第二階段進(jìn)行彈塑性分析，使結(jié)構(gòu)重分析的次數(shù)大大減少。同時(shí)也解決了由于無法把彈塑性位移表示為設(shè)計(jì)向量的函數(shù)所造成的困難。另外，二階段優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)于所有類型的抗震結(jié)構(gòu)最小造價(jià)優(yōu)化設(shè)計(jì)都是適用的。

2、給定烈度下高層框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究

高層框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的求解過程是：首先假定各構(gòu)件的初始尺寸，然后對(duì)各構(gòu)件(梁、柱)分別進(jìn)行優(yōu)化，求出各構(gòu)件滿足各自約束的最小造價(jià)解，將優(yōu)化后的梁、柱截面尺寸組合起來重新進(jìn)行內(nèi)力分析，凍結(jié)此內(nèi)力下分別對(duì)各構(gòu)件進(jìn)行單獨(dú)優(yōu)化，如此反復(fù)迭代，直到前后兩次優(yōu)化獲得的最優(yōu)解接近(滿足精度要求)為止。這是一般的分部?jī)?yōu)化法的求解程序?？紤]到在框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中側(cè)移是很重要的因互助，如何得到滿足側(cè)移的最小剛度(從而最小地震作用)以及確定各構(gòu)件的剛度分布以使它們最經(jīng)濟(jì)地達(dá)到此剛度，應(yīng)是優(yōu)化的重要。

為此，我們?cè)趩蝹€(gè)梁、柱的優(yōu)化中均加入了層間側(cè)移約束條件，這因?yàn)轫旤c(diǎn)側(cè)移角是各層間位移角的加權(quán)平均值(以層高為權(quán))，故層間側(cè)移約束條件若滿足，則一般頂點(diǎn)側(cè)移約束條件也可滿足。梁的優(yōu)化模型中其截面高度、梁的寬度可按構(gòu)造要求給出，在優(yōu)化過程中按己知量處理。框架梁最優(yōu)設(shè)計(jì)所需考慮的約束條件包括：正截面承載力約束條件、斜截面承載力約束條件、一般構(gòu)造約束條件及抗震構(gòu)造約束條件等。框架柱的模型中截面宜采用正方形或接近正方形的形式，所以對(duì)于柱其設(shè)計(jì)變量可取截面高度h，而取截面寬度b=h?？蚣苤顑?yōu)設(shè)計(jì)所需考慮的約束條件包括：正截面承載力約束條件、斜截面承載力約束條件、構(gòu)造約束條件及層間側(cè)移約束條件等。對(duì)于由第一階段彈性優(yōu)化設(shè)計(jì)用分部?jī)?yōu)化方法得到的最優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，按照我們二階段優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，應(yīng)該進(jìn)行第二階段在“大震”作用下薄弱層的彈塑性變形驗(yàn)算。如果滿足，則取設(shè)計(jì)變量的當(dāng)前值為最優(yōu)解；如果不滿足，則可以按50mm為模數(shù)擴(kuò)大截面或者改變薄弱層構(gòu)件的配筋，重新尋找薄弱層驗(yàn)算彈塑性變形，直至滿足為止。此時(shí)的結(jié)構(gòu)方案就是最終的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

3、結(jié)語

本文對(duì)給定烈度下工程結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，了解了國(guó)內(nèi)外對(duì)該理論的發(fā)展和現(xiàn)狀，對(duì)現(xiàn)行的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)理論同現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范相結(jié)合，采用分部?jī)?yōu)化法對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過每個(gè)構(gòu)件的最優(yōu)設(shè)計(jì)，達(dá)到整體的最優(yōu)設(shè)計(jì)；在構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，考慮了承載力約束條件及各種構(gòu)造要求；通過一個(gè)梁和一個(gè)柱的算例說明了單個(gè)構(gòu)件的造價(jià)與截面間的定性規(guī)律，并說明了優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)減小結(jié)構(gòu)造價(jià)的有效性。從而，推動(dòng)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010），北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.5.31

[2]左春仁等，基于地震損傷性能的抗震設(shè)計(jì)方法.大連大學(xué)學(xué)報(bào)，2000年第21卷第6期：1-7

[3]歐進(jìn)萍等，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基于地震損傷性能的設(shè)計(jì)，地震工程

篇8

關(guān)鍵詞：蟻群算法；遺傳算法；元胞原理；四桿機(jī)構(gòu)

中圖分類號(hào)：tg316 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）3-0048-02

隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)水平的不斷提高，目前在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求也越來越高，原來傳統(tǒng)的圖解法、解析法等設(shè)計(jì)方法已不能完全滿足現(xiàn)在的要求。雖然后來也出現(xiàn)了比如蟻群算法這樣的優(yōu)秀設(shè)計(jì)方法，但是其自身也存在停滯現(xiàn)象、收斂速度慢等問題，不能很有效的進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。于是基于蟻群算法、遺傳算法、元胞原理可提出兩種優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方法：遺傳蟻群算法、元胞蟻群算法。這兩種設(shè)計(jì)方法可以有效的克服基本蟻群算法的缺點(diǎn)，改進(jìn)設(shè)計(jì)效果，使機(jī)械設(shè)計(jì)變得更加優(yōu)化。下面我們將分別根據(jù)不同的條件，然后運(yùn)用遺傳蟻群算法和元胞蟻群算法進(jìn)行平面四桿機(jī)構(gòu)再現(xiàn)軌跡的優(yōu)化進(jìn)行設(shè)計(jì)，使機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題得到不同程度的解決。

1 蟻群算法

1.1 蟻群算法基本原理

蟻群算法是由Marco Dorigo于1992年在他的博士論文中提出的一種用來尋找最優(yōu)優(yōu)路徑的概率型算法。蟻群算法的基本原理和模型來源于螞蟻在找食物時(shí)選擇路線的過程。我們都知道自然界的螞蟻即使在沒有任何外界導(dǎo)向信息的情況下，螞蟻也總是能找到從巢穴到食物的最短路線。Marco Dorigo等人發(fā)現(xiàn)，自然界螞蟻尋找到從巢穴到食物的最短路線，是通過一種正反饋效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。具體表現(xiàn)為：?jiǎn)蝹€(gè)的螞蟻每次會(huì)在自己行走的路線下留下一種揮發(fā)性的分泌物，我們稱其為信息激素。這樣就使最優(yōu)路徑上的激素濃度越來越大，而其它路徑上的激素濃度會(huì)隨著螞蟻的不斷運(yùn)動(dòng)而逐漸減少，最終使最優(yōu)路徑被找出。

1.2 蟻群算法基本模型及其實(shí)現(xiàn)

根據(jù)Dorigo等人提出的關(guān)于蟻群算法的基本觀點(diǎn)，我們可以將蟻群算法的基本實(shí)現(xiàn)過程和原理描述以下幾個(gè)步驟：

①搜索結(jié)果不滿足預(yù)期效果時(shí)，螞蟻繼續(xù)尋找另一條路線；②搜索過程中非最優(yōu)路徑上的信息激素濃度減少，最優(yōu)路徑上的信息激素增加；③信息激素濃度等根據(jù)搜索結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)更新；④搜索到最終結(jié)果。但是通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)這種基本蟻群算法原理在求解結(jié)果的過程中會(huì)出現(xiàn)搜索速度慢等缺點(diǎn)。因此如若將蟻群算法與遺傳算法、元胞模型等原理相結(jié)合，就出現(xiàn)了遺傳蟻群算法、元胞蟻群算法，這些復(fù)合的算法就可以有效的克服簡(jiǎn)單蟻群算法的缺點(diǎn)。

2 遺傳蟻群算法

2.1 遺傳蟻群算法原理

在上述螞蟻的轉(zhuǎn)移概率的定義式中，信息啟發(fā)式因子？鄣和期望值啟發(fā)式因子？茁，以及信息量殘留系數(shù)？籽都可以進(jìn)行用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算分析，因此，如果將？鄣、？茁和？籽這三個(gè)因素看成代表螞蟻搜索求解過程中典型的3段代碼，并將？鄣、？茁、？籽編碼為實(shí)數(shù)。然后通過遺傳算法中的遺傳算子進(jìn)行變異處理，這樣就可以在原有的算法結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化。這樣就把基本的蟻群算法與遺傳算法中的遺傳變異效應(yīng)相結(jié)合起來。這樣遺傳蟻群算法原理就產(chǎn)生了。

2.2 遺傳蟻群算法模型及其實(shí)現(xiàn)（以平面四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)為例）

4 結(jié) 語

蟻群算法是模擬自然界螞蟻的覓食行為的一種模型方法，雖然在機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中有一定的優(yōu)勢(shì)，但是其自身也存在一些問題，故將蟻群算法和遺傳算法、元胞模型進(jìn)行綜合運(yùn)用，克服了原有基本蟻群算法的缺點(diǎn)。為機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了更為簡(jiǎn)便、優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方法，并且可以根據(jù)實(shí)際情況的已知條件選擇恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方法。這樣我們?cè)趯?shí)際的設(shè)計(jì)中可以根據(jù)自身的情況選擇遺傳蟻群算法或者元胞蟻群算法，這為我們的設(shè)計(jì)提供了較大的選擇空間。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉國(guó)光.基于改進(jìn)蟻群算法的四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2006，37（1）：149-151.

篇9

關(guān)鍵詞：鉆井液；優(yōu)化設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)庫(kù)；加權(quán)回歸模型

引言

合理的鉆井液設(shè)計(jì)是成功進(jìn)行鉆井和降低鉆井費(fèi)用的關(guān)鍵，鉆掘工程中，鉆井液優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括性能設(shè)計(jì)和配方優(yōu)選等內(nèi)容[1]。要設(shè)計(jì)一套匹配目標(biāo)地層的最佳鉆井液方案，首先必須明確目標(biāo)地層的具體情況，選擇合適的鉆井液性能設(shè)計(jì)體系，然后依靠該體系進(jìn)行鉆井液的配方優(yōu)化設(shè)計(jì)。隨著我國(guó)鉆掘工程技術(shù)逐漸與國(guó)際接軌以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，鉆掘工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)在規(guī)范化、計(jì)算機(jī)化和管理現(xiàn)代化等方面有了新的發(fā)展條件和需求。

目前，針對(duì)鉆掘工程中鉆井液主要由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行配方設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)因人而異，難以形成規(guī)范的工藝體系。參考國(guó)際先進(jìn)技術(shù)體系，國(guó)內(nèi)許多研究機(jī)構(gòu)也對(duì)鉆井液優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了相關(guān)研究，涉及體系主要包括范例模型[2]、正價(jià)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)體系、數(shù)學(xué)參數(shù)控制體系以及專家預(yù)設(shè)計(jì)等[3]。文章參考數(shù)學(xué)參數(shù)控制體系和專家參數(shù)評(píng)分方法，結(jié)合因子分析方法和數(shù)學(xué)建模，建立了一種新的鉆井液參數(shù)優(yōu)化模型。

1 鉆井液基本參數(shù)庫(kù)的建立

1.1 地層的預(yù)處理

不同地層對(duì)鉆井液性能的需求不盡相同，為了滿足針對(duì)鉆井液參數(shù)設(shè)計(jì)的建模需求，首先應(yīng)對(duì)各工作地層進(jìn)行預(yù)處理[4]。依靠專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)劃分鉆井液指標(biāo)優(yōu)控區(qū)間，使地層區(qū)別反映到鉆井液控制指標(biāo)的參數(shù)選擇上，這是地層預(yù)處理的主要手段。例如，由于軟弱地層孔壁自穩(wěn)能力較差，巖心保真困難，這就要求鉆井液在動(dòng)切力、動(dòng)塑比等性能方面進(jìn)行相應(yīng)的綜合控制，使之保持在各地層匹配的優(yōu)控區(qū)間之內(nèi)。通過地層的預(yù)處理，劃分出的代表地層指標(biāo)優(yōu)控區(qū)間，是優(yōu)化模型的進(jìn)行運(yùn)算匹配的特征參數(shù)。

1.2 添加劑性能指標(biāo)的參數(shù)化

針對(duì)各類鉆井液主要添加劑，將其對(duì)鉆井液性能的影響參數(shù)化，并通過室內(nèi)試驗(yàn)建立了優(yōu)控模型基礎(chǔ)參數(shù)庫(kù)?，F(xiàn)已納入數(shù)據(jù)庫(kù)的主要添加劑主要包括高聚物類降濾失劑CMC、高聚物類抑制劑PAM、植物膠、膨潤(rùn)型劑和堿度控制劑以及加重劑等。根據(jù)模型運(yùn)算需求，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括了比重實(shí)驗(yàn)、六速旋轉(zhuǎn)粘度實(shí)驗(yàn)、漏斗粘度實(shí)驗(yàn)、失水率以及泥皮實(shí)驗(yàn)等；其中CMC、PAM、植物膠等主要添加劑分劑量水平進(jìn)行交叉組合，根據(jù)層次分析建庫(kù)要求，錄取相應(yīng)實(shí)測(cè)性能數(shù)據(jù)。另外，由于各代表地層匹配的性能指標(biāo)優(yōu)控區(qū)間的劃分主要依賴于專家知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，且粘度、比重、失水率等指標(biāo)的控制區(qū)間選取具有不規(guī)范性，為了適應(yīng)數(shù)學(xué)模型的運(yùn)算需求，現(xiàn)通過運(yùn)算處理，主要選取濾失水量API以及流變性參數(shù)n以及K值作為優(yōu)控參數(shù)[5]。

2 參數(shù)的分析處理

鉆井液表觀粘度主要是由流體體系結(jié)構(gòu)內(nèi)的內(nèi)摩擦作用和主輔劑高分子間交聯(lián)所形成的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)所引起的，尤其在低剪切速率的情況中這種結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的更加明顯。所以表觀粘度的數(shù)值大小直接反映著沖洗液空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)構(gòu)型對(duì)沖洗液性能的影響程度，直觀的表現(xiàn)就是排砂和攜巖屑的效果。同樣，無固相沖洗液的流體形式屬于假塑性流體，流性指數(shù)n表示假塑性流體在一定剪切速率范圍內(nèi)所表現(xiàn)出的非牛頓性的程度和剪切稀釋性的強(qiáng)弱。n值越小，曲線的曲率越大，流體的非牛頓性越強(qiáng)，剪切稀釋性也越強(qiáng)，同樣動(dòng)塑比也說明了剪切稀釋能力的強(qiáng)弱[6]，需要注意的是，n值并非越小越好，n值應(yīng)與各地層需求匹配。這有助于沖洗液在環(huán)形空間產(chǎn)生較好的流核，形成平板層流，保證了沖洗液能有效地?cái)y帶巖屑和保持井眼清潔[7]；K值與沖洗液的粘度、切力有關(guān)，其值越大，粘度越高，可有效包裹巖心，提高巖心采取率及取芯質(zhì)量[8]，但K值的增大會(huì)導(dǎo)致動(dòng)切力增大，不利于鉆進(jìn)效率的控制，因此對(duì)應(yīng)各地層指標(biāo)匹配規(guī)則的建立，有利于實(shí)現(xiàn)鉆井液的最優(yōu)設(shè)計(jì)。表1是基于室內(nèi)試驗(yàn)所建立的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，基漿為膨潤(rùn)土-NaOH漿液，添加劑ABC分別代表為抑制劑PAM、高聚物VG、降濾失劑CMC。

文章以室內(nèi)試驗(yàn)所建立的數(shù)據(jù)庫(kù)為基本觀察數(shù)據(jù)，使用SPSS對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中一系列參數(shù)分組進(jìn)行了回歸分析。如不同水平的添加劑ABC組合與ND、API等控制指標(biāo)的回歸關(guān)系。為了利于參數(shù)分析的均衡性，結(jié)合對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的直觀分析，這里對(duì)ND等控制指標(biāo)的回歸分析采用權(quán)重估計(jì)。在“權(quán)重估計(jì)”界面中，選取添加劑ABC為自變量，其中C作為權(quán)重變量，ND作為因變量，如圖1。

此SPSS回歸分析所建立的模型，可應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中未涉及的同類別不同水平的添加劑組合，以預(yù)測(cè)其不同添加劑水平所形成的鉆井液體系中ND，API，N的性能水平。將此模型封裝成鉆井液優(yōu)化軟件應(yīng)用于鉆井液配方的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能避免繁復(fù)的室內(nèi)試驗(yàn)，高效快速地實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用中的鉆井液設(shè)計(jì)，推進(jìn)鉆掘工程的規(guī)范化設(shè)計(jì)，提升生產(chǎn)效率。

4 結(jié)束語

（1）通過經(jīng)驗(yàn)知識(shí)確定各代表地層的泥漿性能需求，確定了API、ND、n值、k值等主要控制參數(shù)。（2）通過室內(nèi)試驗(yàn)建立了主要添加劑的基本性能指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過SPSS軟件建立數(shù)學(xué)模型分析了API、ND、n值、k值與添加劑劑量水平之間的作用關(guān)系。（3）基于室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)建立的加權(quán)回歸模型能避免繁復(fù)的室內(nèi)試驗(yàn)，快速高效地預(yù)測(cè)不同添加劑水平所形成的鉆井液體系的性能水平，將此模型以計(jì)算機(jī)軟件作為載體應(yīng)用于工程實(shí)踐之中具有積極的實(shí)際意義。

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篇10

關(guān)鍵詞：可靠性； 優(yōu)化設(shè)計(jì)； 機(jī)動(dòng)雷達(dá)； 升降機(jī)構(gòu)； Adams； 參數(shù)化建模

中圖分類號(hào)：TN957.8文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0引言

對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品來說，從建立初始方案到實(shí)施生產(chǎn)制造，均必須經(jīng)過一個(gè)設(shè)計(jì)過程.設(shè)計(jì)的完善與否，對(duì)產(chǎn)品的力學(xué)性能、使用價(jià)值和制造成本等都有決定性的影響，同時(shí)也必然影響使用產(chǎn)品企業(yè)的工作質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效果.因此，如何提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、發(fā)展設(shè)計(jì)理論、改進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)以及加快設(shè)計(jì)過程，已經(jīng)成為當(dāng)今機(jī)械設(shè)計(jì)必然的發(fā)展方向之一.[1]

近年來，在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中出現(xiàn)不少現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和相應(yīng)的科學(xué).目前，可靠性設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)在理論和方法上都達(dá)到一定的水平，但無論單方面進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)還是優(yōu)化設(shè)計(jì)，都不可能發(fā)揮可靠性設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)的巨大潛力.一方面，因?yàn)榭煽啃栽O(shè)計(jì)有時(shí)并不等于優(yōu)化設(shè)計(jì)，如機(jī)械產(chǎn)品在經(jīng)過可靠性設(shè)計(jì)后，并不能保證其工作性能或參數(shù)就一定處于最佳狀態(tài)；另一方面，因?yàn)閮?yōu)化設(shè)計(jì)并不一定包含可靠性設(shè)計(jì)，如機(jī)械產(chǎn)品在沒有考慮可靠性的狀態(tài)下進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，并不能保證其在規(guī)定的條件下和時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定的功能，甚至?xí)l(fā)生故障和事故，造成損失.另外，由于機(jī)械產(chǎn)品有眾多的設(shè)計(jì)參數(shù)，要同時(shí)確定多個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，單純的可靠性設(shè)計(jì)方法就顯得無能為力.

進(jìn)行可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究非常重要.為使機(jī)械產(chǎn)品既保證具有可靠性要求，又保證具有最佳的工作性能和參數(shù)，必須將可靠性設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合，開展可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，給出機(jī)械產(chǎn)品靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[2-4]，只有這樣才能發(fā)揮可靠性設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)的巨大潛力，發(fā)揮2種設(shè)計(jì)方法的特長(zhǎng)，達(dá)到產(chǎn)品的最佳可靠性要求.

由于可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)在科學(xué)試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐上有著廣泛的應(yīng)用前景，其重要意義不言而喻.隨著優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、有限元技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，如何應(yīng)用軟件技術(shù)進(jìn)行可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)也成為一個(gè)熱點(diǎn).[5]借助于計(jì)算機(jī)，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)速度，同時(shí)降低市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn).

以某型機(jī)動(dòng)雷達(dá)的升降機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，使用Adams進(jìn)行參數(shù)化建模，在此基礎(chǔ)上利用可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在滿足一定可靠度要求的前提下，達(dá)到質(zhì)量最小的目的.

1基于可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)概述

要使產(chǎn)品既具有可靠性要求，又具有最優(yōu)的設(shè)計(jì)結(jié)果，必須將可靠性設(shè)計(jì)理論與最優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來，即采用可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法.按照這種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，既能定量給出產(chǎn)品在使用中的可靠性，又能得到產(chǎn)品在功能、參數(shù)匹配、結(jié)構(gòu)尺寸與質(zhì)量以及成本等方面的參數(shù)最優(yōu)解.

可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)一般包含質(zhì)量、成本和可靠度等3方面內(nèi)容.可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)[1]見圖1.

1.2可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)模型

優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的3個(gè)要素分別是目標(biāo)函數(shù)、約束條件和設(shè)計(jì)變量.相對(duì)于常規(guī)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在于將可靠性設(shè)計(jì)引入到優(yōu)化設(shè)計(jì)中.將可靠性設(shè)計(jì)理論與優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來，通常有2種方法[5-6].

（1）以可靠度最大為目標(biāo)的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì).要求結(jié)構(gòu)或零部件在滿足一定性能的條件下，使其可靠度達(dá)到最大.可以按可靠性指標(biāo)建立一個(gè)目標(biāo)函數(shù)，而按設(shè)計(jì)其他要求建立另一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)函數(shù)，然后進(jìn)行多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì).數(shù)學(xué)模型為max R（X）

min Fi（X），i=1，2，…，q

s.t. Gj（X），j=1，2，…，m （1）式中：RX為可靠性函數(shù)；FiX為某一目標(biāo)函數(shù)；GjX為約束函數(shù).

（2）以可靠度為約束條件的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì).在結(jié)構(gòu)或零部件達(dá)到最佳性能指標(biāo)時(shí)，要求其工作可靠度不低于某一規(guī)定水平.可將可靠性指標(biāo)作為約束條件，建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).一般來說，這種方法更為實(shí)用.數(shù)學(xué)模型為min F（X）

s.t. Ri（X）≥0，i=1，2，…，q

s.t. Gj（X），j=1，2，…，m（2）式中：F（X）為目標(biāo)函數(shù)；Ri（X）為機(jī)械產(chǎn)品的可靠度函數(shù)；R0為給定的可靠度；Gj（X）為其他約束函數(shù).

2機(jī)動(dòng)雷達(dá)升降機(jī)構(gòu)的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)在機(jī)動(dòng)式雷達(dá)中，自動(dòng)架撤系統(tǒng)一般由支臂及撐腿調(diào)平系統(tǒng)、天線翻轉(zhuǎn)（折展）機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)等組成.其中，支臂的功能是在雷達(dá)工作時(shí)支撐天線車的工作平臺(tái)，以提高天線的抗風(fēng)能力，增大天線車的穩(wěn)定性；調(diào)平撐腿的功能是使工作平臺(tái)在雷達(dá)工作狀態(tài)時(shí)達(dá)到一定的水平精度，以滿足雷達(dá)探測(cè)精度的要求；天線翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的功能是實(shí)現(xiàn)天線工作狀態(tài)與運(yùn)輸狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換；升降機(jī)構(gòu)的功能是提高天線相位中心的物理高度，以減小近距遮蔽，擴(kuò)大雷達(dá)的探測(cè)空域.

升降機(jī)構(gòu)由升降平臺(tái)、連桿、驅(qū)動(dòng)油缸和底座等組成，見圖2.底座是整個(gè)舉升系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐；雷達(dá)天線安裝在升降平臺(tái)上，2組等長(zhǎng)的連桿作為運(yùn)動(dòng)傳遞和受力構(gòu)件；連桿在油缸的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)升降平臺(tái)始終以水平姿勢(shì)運(yùn)動(dòng).[7]

3結(jié)論

（1）由確定性優(yōu)化的結(jié)果可知，該優(yōu)化方法雖然降低質(zhì)量，但該設(shè)計(jì)方案中的設(shè)計(jì)變量x1和x2已達(dá)到約束邊界值.因此，如果存在不確定性的干擾，則該設(shè)計(jì)方案極有可能違反這些約束.有必要進(jìn)行可靠性分析，評(píng)估該方案所得結(jié)果.

（2）對(duì)確定性優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行可靠性分析，該方案所對(duì)應(yīng)的響應(yīng)g的可靠度為0.87，可靠性水平比較低，有必要進(jìn)行可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)，以進(jìn)一步提高可靠度.

（3）由可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果可知，經(jīng)過重新設(shè)計(jì)后，2根油缸活塞桿件的質(zhì)量之和f（x1，x2）的值為188.5 kg，盡管大于確定性優(yōu)化結(jié)果184.08 kg，但滿足可靠度要求（R（g）=0.977 8>0.95），綜合考慮，可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方案勝于確定性優(yōu)化方案.

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