第一篇：轿车防撞梁轻结构的优化设计论文
摘要：汽车轻量化和耐撞性的研究对汽车产业的可持续性发展有着重大意义。以某轿车前保险杠的防撞梁为研究对象，对保险杠防撞梁在低速碰撞和高速碰撞两种工况下的轻量化结构强度进行了研究，根据正面碰撞的要求及汽车保险杠的结构尺寸，建立了有限元模型并分析了结果，可为汽车防撞梁的优化设计提供参考。
关键词：防撞梁；安全性能；薄壁安全件；高速碰撞
保险杠防撞梁是汽车车身上典型的薄壁安全件，是影响汽车碰撞安全性的关键零部件，在汽车零部件轻量化中得到了广泛关注。目前，保险杠安全性研究主要集中在质量更轻、低速碰撞时对前后端高成本易损部件保护效果更好，高速碰撞时能够尽可能多吸收碰撞能量，并将碰撞力快速均匀地传递给车身吸能部件，从而可以很好保证车身和乘客的安全。基于此，本文对轿车防撞梁轻结构优化设计进行了研究。
1保险杠有限元模型建立
分别由CATIA和Hypermesh建立的保险杠碰撞系统的CAD模型和CAE模型。在保险杠前端有一刚性墙，在低速工况与高速工况时，保险杠系统分别以一定的速度撞击刚性墙，试分析保险杠与刚性墙碰撞后的变形过程及最大侵入量。本文采用分级式优化方法，先对原结构防撞梁进行普通钢、高强度钢、铝合金三种材料的替换研究，基于此优化基础再对原钢制防撞梁进行结构优化和材料优化，最后得出最优的防撞梁参数组合。
2原结构防撞梁轻量化研究
该方案是在不改变原车型防撞梁结构的前提下，采用普通钢、冷冲压高强度钢和铝合金进行材料替换，观察该工况下三种材料防撞梁的轻量化程度及安全性能。其中，DC01号钢屈服强度设为170MPa，B280VK高强钢屈服强度为280MPa，6082铝合金屈服强度为170MPa。
2.1轻量化程度对比
结构相同、材料不同的原模型防撞梁总成质量对比中，相同结构的防撞梁总成采用高强度钢进行替换，减重仅为4%，而采用铝合金替换时，减重可达60%以上。汽车发生低速碰撞时，一般希望防撞梁具有足够的强度，碰撞发生后，防撞梁总成的塑性应变尽可能小，从而最大限度地减小车身损害，降低维修费用；高速碰撞时，防撞梁及后纵梁的变形在许可的安全距离内尽可能大，保证最大限度地吸收碰撞能量，并将碰撞力快速均匀地传递给车身吸能部件，保证驾乘人员的生命安全。根据RCAR要求，使保险杠总成以10km/h速度撞向静止的刚性壁障。取初始时刻及保险杠沿初始方向（X轴负方向）位移最大的时刻的位移变化做对比，观察保险杆的形态变化。
2.2失效判定条件
根据RCAR规程，性能优良的汽车保险杠碰撞时可吸收能量而且只限于保险杠系统受损，保险杠与车体之间的预留最小距离。通过吸能元件与车体连接，使汽车前部维修或更换费用较低。此处，安全距离即试验碰撞结束后，防撞梁内折最大的点与车体之间的垂直距离。从三种材料防撞低速碰撞后的位移云图中可以看出，结构相同、材料不同的防撞梁在速度为10km/h的低速碰撞中均发生了弯折，普通钢和铝合金明显与车体发生接触，这说明防撞梁抗弯性能较差，实际碰撞时会对其后布置的部件造成损坏，不能满足RCAR对保险杠的性能要求。高强钢防撞梁相对普通钢和铝合金折弯效果虽有明显改善，但碰撞后的塑性变形依旧过大，吸能量较低，且不符合保险杠轻量化的设计要求.3防撞梁的结构优化
3.1方案描述
汽车轻量化是实现汽车节油减排目标的重要措施，但汽车轻量化的前提是要保证其安全性能，尤其是对于具有吸能作用的防撞梁。上述原方案中，对原车型普通钢制防撞梁分别采用高强钢和铝合金材料进行替换，虽然达到了轻量化的目的，但保险杠总成的耐撞性能并没有明显的变化，尤其是铝合金材料的使用，无法保证驾乘人员的生命安全。这说明仅仅对防撞梁的材料进行优化还不能达到安全、节能的目的，必须对其结构进行优化。本文针对防撞梁的结构和厚度进行优化，再次验证高强钢和铝合金的轻量化和耐撞性。优化后的两种防撞梁均为单个成形件，厚度由原模型的1.2mm改为2mm，材料仍然采用B280VK高强钢和6082铝合金进行比较，吸能盒与原车型结构、材料，厚度保持不变，吸能盒前后端与防撞梁及后钢板的连接均为缝合焊连接。
3.2轻量化程度对比
两种结构防撞梁分别使用高强钢和铝合金材料进行质量对比，轻量化程度存在明显差异。由表2可以看出，优化方案一的质量要明显高于方案二。同种方案之间不同材料质量对比可以看出，方案一使用铝合金材料时的质量比使用高强钢时降低63%，方案二使用铝合金材料时的质量比使用高强钢时降低65%，两种优化方案的防撞梁使用铝合金时的质量相比原模型分别降低14%和65%，因此，使用铝合金材料比使用高强钢材料轻量化效果明显，满足保险杠轻量化设计要求。
3.3低速工况安全性能对比
通常保险杠设计的安全距离应不短于10mm，对于两种方案下的两种材料防撞梁，安全距离均远远超过此限值。方案二的高强钢与方案一的铝合金防撞梁几乎没有发生塑性应变。方案一的高强钢与方案二的铝合金防撞梁塑性应变率分别为0.08和0.4，小于两种材料的塑性应变率，满足强度和刚度要求。不同结构及材料的防撞梁低速碰撞下的安全距离及吸能总量也不相同。结构厚度优化后的防撞梁在使用相同材料的前提下，安全距离及吸能量相比原模型有大幅度的提高。方案一的铝合金比其他三种情况的安全距离大，但吸能效果最差；方案一高强钢与方案二高强钢安全距离及吸能量符合要求，但防撞梁质量有明显增大，有悖于保险杠轻量化设计的要求。方案二铝合金防撞梁比其他三种设计的安全距离小，但其质量最小，吸能量最大，兼顾保险杠轻量化及安全性的设计要求，因此，性能最好。总体而言，采用方案二结构的防撞梁，使用6082铝合金满足轻量化目标，满足安全性的要求，性能最好。无论是在发展趋势、生产成本以及生产效率上都具有明显的优势，具有一定的可行性，有助于实现汽车安全、节能、减排的目的，可以为实际汽车保险杠轻量化设计提供一定的参考。
3.4高速工况安全性能对比
在高速碰撞中，保险杠同样起着很关键的作用。保险杠在设计合理的情况下，要吸收整车碰撞能量的15%～20%左右。由于本文的碰撞研究仅限于保险杠，并没有涉及到整车的建模，因此，对高速工况下结构优化后的防撞梁安全性能的评价指标仅限于保险杠总成加速度峰值及防撞梁总成最大吸能量两方面。优化后的防撞梁在高速工况下吸能量明显增加，尤其是方案二铝合金防撞梁吸能量最大。方案一两种材料防撞梁内侵位移较小，但吸能量相对较少，使得车身自吸能量减弱，车上乘员受伤害程度较大。根据《乘用车正面碰撞的乘员保护》（GB11551—2003）标准规定，高速工况下正面碰撞时，汽车加速度峰值不能超过80g，方案二铝合金防撞梁加速度峰值最小，吸能量最大，安全性能最好。可以看出碰撞后防撞梁总能量几乎没有变化，动能越来越小，内能越来越大，动能转化为内能。沙漏能和滑移界面能低于5%，该结构满足可靠性的要求。因此，6082铝合金方案二结构防撞梁在满足可靠性、安全性的要求下，轻量化效果最明显，耐撞性能最好，有助于实现汽车安全、节能、减排的目的，实际汽车保险杠轻量化设计提供一定的参考。
4结束语
综上所述，在全球节能减排的趋势下，汽车轻量化要求越来越高。本文对某汽车保险杠防撞梁轻量化进行了分析研究，得到了该保险杠不能满足RCAR性能要求且不符合轻量化的设计要求，需要改进的结论。通过一系列的优化工作，结果表明铝合金及高强度钢板防撞梁的轻量化及安全性能较原模型均有明显改善，且铝合金防撞梁轻量化程度最好，安全性能及吸能量提升效果明显，满足汽车零部件设计中的轻量化、安全性的要求。
参考文献：
［1］徐中明，徐小飞，万鑫铭，等.铝合金保险杠防撞梁结构优化设计［J］.机械工程学报，2013，49（08）.［2］张振明.变厚度复合材料汽车防撞梁优化设计研究［D］.长沙：湖南大学，2014.
第二篇：浅析天窗结构优化设计论文
1结构优化计算1、1箱梁支座的强度优化设计
箱梁节点是整个承重钢梁最为关键的部位，在施工中采用不同形式的加劲肋对该部位进行了加固处理。严格按照要求的尺寸，对GWJ－4号承重结构进行不同荷载状态下的分析。利用有限元软件ABAQUS对GWJ－4号钢架各部分的实际三维模型进行数值计算。该有限元软件研究实际模型在承重荷载及风荷载作用下的承载能力，着重对承重结构需要优化的地方进行分析，从而提出可行的优化设计方案。天窗闭合状态时不同受力荷载条件下对天窗闭合状态下的GWJ－4屋架的受力分析如下。1、1、1GWJ－4屋架在承重下的受力天窗全关闭状态下的GWJ－4屋架关键部位的受力分析。看出：在GWJ－4屋架的跨中位置附近，其应力分布比较均匀，没有大的应力集中区，且最大Mises应力均小于100MPa，在此应力下支撑板是不会发生局部屈服的。最大Mises应力小于Q235B钢的单轴抗压强度，故在此工况下，箱形梁跨中部位的荷载承载能力满足要求。箱梁支座数值分析结果知，最大Mises应力约为230MPa，主要是因为梯形加劲肋存在明显的应力集中区，导致该位置出现了较大的应力。一般来说，由塑性材料制成的构件，应力集中对其在静荷载作用下的强度几乎无影响，但是该结构为滑动式玻璃天窗的承重结构，需要各种交变荷载的作用，因此有必要对此支座进行优化设计，减小其应力集中系数。天窗全关闭状态下的GWJ－4屋架关键部位的位移大小分布，由于在承重荷载的作用下，箱型梁在水平方向位移值小于1mm，因此仅列出了GWJ－4屋架箱梁在天窗全关闭状态下的竖向位移分布图。从结果可以看出：在此工况下，箱形梁产生的最大竖向位移约为5mm，位置在箱型梁的跨中部位，根据钢结构的设计规范，其位移大小满足要求。1、1、2GWJ－4屋架在承重及风荷载下的受力在承重及风荷载的共同作用下，箱形梁跨中部分的应力仍然很小，因此不再重复分析。在此工况下箱形梁支座的应力状况。在两种荷载的共同作用下，支座个别单元的应力已经超过Q235钢材的屈服强度（并不意味着破坏），梯形加劲肋与竖向加劲肋的接触部位存在很大的应力集中，这对结构的长期稳定性是不利的，因此有必要采取措施来减轻应力集中带来的危险。GWJ－4屋架在承重荷载及风荷载下的竖向位移及水平位移。通过对比可知，风荷载对竖向位移影响很小，竖向位移的最大值约为4、7mm，最大位移在跨中部位，满足工程设计的规范的要求，这说明该屋架的竖向刚度已经满足要求。风荷载主要影响箱形梁的水平位移，在此作用下，箱形梁产生了较大的水平位移，其最大值仍产生在箱型梁的跨中位置处，为4、3mm。根据钢结构设计规范，此水平位移的大小是满足工程设计要求的，因此无需另外增加水平方向刚度。1、1、3箱梁支座的优化设计由上面两种荷载条件下应力和位移的数值模拟结果分析可知，在天窗玻璃全关闭状态下，强度和刚度都满足要求，但其不足之处在于箱型梁支座存在较大的应力集中，这导致支座支撑板出现了个别单元的屈服。根据疲劳理论，在交变荷载的作用下，应力集中会降低结构的强度和耐久性。因此，提出了以下可行的减小支座应力集中的实施方案。针对梯形加劲肋应力集中程度高的现象，建议在支座两侧再添加两个相同尺寸的梯形加劲肋。对优化后的支座，运用有限元对其在承重荷载及风荷载作用下进行应力分析，如图8所示。可以得出，经过优化后支座的最大应力是187MPa，其应力集中程度相比未优化之前的支座已经减小很多。这说明此优化起到了良好的效果。
1、2连接板的优化设计
滑动天窗从完全关闭至完全打开过程中时，数值模拟分析，在连接板与箱梁的接触处存在较大的应力集中，这导致了部分单元的应力超过了Q235钢的屈服强度，但是需要说明的是并不是超过屈服强度该连接板就要破坏，只是很小的一部分可能会发生屈服，这对韧性结构整体的安全性影响较小。由于支架要处于不同活荷载的作用下，为了长久的安全性和稳定性，连接板所受的最大应力有必要处于钢材的最大屈服强度之下，因此有必要对该处连接板进行优化设计。针对以上分析知，连接板存在的最大问题是该处存在应力集中，导致了该处产生了较大的集中应力，从而影响结构的长期安全性和稳定性。为了消除应力集中，可以采取以下两种措施：第一种是通过构造措施减小应力集中，例如连接钢板需要倒角处理等；第二种措施是对此处连接板进行重新的设计，例如增加连接板的数量来减小每块连接板所受的应力、连接板采用强度更高的钢材等等。此处我们对第二种优化措施进行了数值模拟，验证了其可行性。
2结论
经过上述对箱梁支座和连接板的数值模拟，对钢梁的主要支座、联系杆件进行了分析，并对其进行了优化。将优化前后的应力应变分布情况对比分析，发现优化后的节点和支座可以有效避免一些较为显著的应力集中区域，从而使得屋盖结构的支座和连接更加合理和安全，为后续工程的设计和施工提供了较有参考价值的建议。
第三篇：浅谈组织结构优化设计
浅谈组织结构优化设计
伴随外部环境的剧烈变化以及信息技术的不断发展，关于组织结构的理论和概念层出不穷：事业部制，职能型组织结构，客户型组织结构，矩阵式组织结构，网络式组织结构等。组织结构的实践则更加丰富多彩，从战略变革到流程再造，无不涉及组织结构的调整与优化。但现实不容乐观,企业常常陷入组织结构的困惑：面对不同的组织模型，不知如何选择；设计了看似完美的组织结构，却难以实施。本文先从组织结构的定义入手，来对组织机构有一个初步的认识，再通过对几种典型组织机构的定义的介绍、组织结构图的展示、优缺点的列举、适用范围的概括来形成对组织结构进一步的了解，并通过对组织结构发展趋势的介绍来把握组织结构的最新动态，最后结合以上基本理论对组织结构优化调整在石油产业中应用进行案例分析。组织结构的定义
组织结构(Organizational Structure)是指，对于工作任务如何进行分工、分组和协调合作。组织结构是表明组织各部分排列顺序、空间位置、聚散状态、联系方式以及各要素之间相互关系的一种模式，是整个管理系统的“框架”，其本质是为实现组织战略目标而采取的一种分工协作体系，组织结构必须随着组织的重大战略调整而调整。组织结构的几种基本类型及其特征
2.1 直线制组织结构
直线制组织结构是最古老的组织结构形式。所谓的“直线”是指在这种组织结构下，职权直接从高层开始向下“流动”（传递、分解），经过若干个管理层次达到组织最低层。其特点是：
(1)组织中每一位主管人员对其直接下属拥有直接职权。
(2)组织中的每一个人只对他的直接上级负责或报告工作。
(3)主管人员在其管辖范围内，拥有绝对的职权或完全职权。即，主管人员对所管辖的部门的所有业务活动行使决策权、指挥权和监督权。
2.1.1 直线型组织结构特征
直线型组织结构图
在上图中，各车间分别从事不同的生产作业职能，在车间内生产作业职能进一步分解到工段以及班组。车间主任、工段长、班组长对所管辖领域（部门）的生产作业活动拥有完全职权。因此，在直线型组织结构下，作业职能存在水平分工。
车间主任、工段长、班组长均负责生产作业的管理，但其职权范围是不同的。他们的职权范围在纵向维度上经过逐层分解而趋向缩小。
厂长（或总经理）通常将采购、销售、财务、人事等经营活动的决策权、指挥权和监督权集中在自己手中，并行使对生产经营活动的监督权。因此，在直线型组织结构下，经营管理职能只存在垂直分工（职权范围大小）而不存在水平分工（采购、销售、财务、人事、安全等）。这种组织形式在某种意义上类似逐级承包体制，是一种集权式的组织结构形式。
2.1.2 直线型组织结构的优缺点
这种组织结构形式的优点是权力集中，职权和职责分明、命令统一，信息沟通简捷方便，便于统一指挥，集中管理。不过这种组织结构显著缺点是，各级行政首脑必须熟悉与本部门业务相关的各种活动（尤其是最高行政首脑，必须是全能管理者）；缺乏横向的协调关系，没有职能机构作为行政首脑的助手，容易使行政首脑产生忙乱现象。所以，一旦企业规模扩大，管理工作复杂化，行政首脑可能由于经验、精力不及而顾此失彼，难以进行有效的管理。
2.1.3 直线型组织结构的适用性
这种组织结构适用于企业规模不大，职工人数不多，生产和管理工作都比较简单的情况或现场作业管理。
2.2 直线智能制组织结构
直线职能型组织结构是现代工业中最常见的一种结构形式，而且在大中型组织中尤为普遍。这种组织结构的特点是：以直线为基础，在各级行政主管之下设置相应的职能部门(如计划、销售、供应、财务等部门)从事专业管理，作为该级行政主管的参谋，实行主管统一指挥与职能部门参谋-指导相结合。在直线职能型结构下，下级机构既受上级部门的管理，又受同级职能管理部门的业务指导和监督。各级行政领导人逐级负责，高度集权。因而，这
是一种按经营管理职能划分部门，并由最高经营者直接指挥各职能部门的体制。直线-职能型组织结构被称为“U-型组织”或“单一职能型结构”“单元结构”（U-form
Organization, Unitary Structure）。这种组织结构，相对于产品单
一、销量大、决策信息少的企业非常有效。
2.2.1 直线职能型组织结构的主要特征
直线智能型组织结构图
在这种结构中，除了直线人员外，还需要职能参谋人员提供服务——他们与直线人员共同工作。直线人员直接参与组织目标的实现；而职能参谋人员则是间接参与，他们为组织目标的实现提供服务。
2.2.2 直线职能型组织结构的优缺点
直线-职能型组织结构比直线型组织结构具有优越性。它既保持了直线型结构集中统一指挥的优点，又吸收了职能型结构分工细密、注重专业化管理的长处，从而有助于提高管理工作的效率。
直线-职能型组织结构的内在缺陷具体如下：
（1）属于典型的“集权式”结构，权力集中于最高管理层，下级缺乏必要的自主权；
（2）各职能部门之间的横向联系较差，容易产生脱节和矛盾；
（3）直线-职能型组织结构建立在高度的“职权分裂”基础上，各职能部门与直线部门之
间如果目标不统一，则容易产生矛盾。特别是对于需要多部门合作的事项，往往难以确定责任的归属；
（4）信息传递路线较长，反馈较慢，难以适应环境的迅速变化。
2.3 矩阵制组织结构
矩阵式组织(matrix organization)即“在一个机构之机能式组织型态下，为某种特别任务，另外成立专案小组负责，此专案小组与原组织配合，在型态上有行列交叉之式，即为矩阵式组织。”
在组织结构上，它是把职能划分的部门和按产品（项目）划分的小组结合起来组成一个矩阵，一名管理人员既同原职能部门保持组织与业务上的联系，又参加项目小组的工作。职能部门是固定的组织，项目小组是临时性组织，完成任务以后就自动解散，其成员回原部门工作。如图所示。
矩阵制组织结构图
2.3.1 矩阵制组织结构的特点
矩阵制组织是为了改进直线职能制横向联系差，缺乏弹性的缺点而形成的一种组织形式。它的特点表现在围绕某项专门任务成立跨职能部门的专门机构上。这种组织结构形式是固定的，人员却是变动的，需要谁，谁就来，任务完成后就可以离开。项目小组和负责人也是临时组织和委任的。任务完成后就解散，有关人员回原单位工作。因此，这种组织结构非常适用于横向协作和攻关项目。
2.3.2 矩阵制组织结构的优缺点
矩阵结构的优点：
（1）将企业的横向与纵向关系相结合，有利于协作生产。
（2）针对特定的任务进行人员配置有利于发挥个体优势，集众家之长，提高项目完成的质量，提高劳动生产率。
（3）各部门人员的不定期的组合有利于信息交流，增加互相学习机会，提高专业管理水平。
矩阵结构的缺点：
项目负责人的责任大于权力，因为参加项目的人员都来自不同部门，隶属关系仍在原单位，只是为“会战”而来，所以项目负责人对他们管理困难，没有足够的激励手段与惩治手段，这种人员上的双重管理是矩阵结构的先天缺陷；由于项目组成人员来自各个职能部门，当任务完成以后，仍要回原单位，因而容易产生临时观念，对工作有一定影响。由于项目一般涉及较多的专业，而项目负责人对项目的成败具有举足轻重的作用，所以要求项目负责人具有较高的协调能力和丰富的经验，但是优秀的项目负责人比较难找到。
2.3.3 矩阵结构的适用范围
矩阵结构适用于一些重大攻关项目。企业可用来完成涉及面广的、临时性的、复杂的重大工程项目或管理改革任务。特别适用于以开发与实验为主的单位，例如科学研究，尤其是应用性研究单位等。
2.4 事业部制组织结构
事业部制组织结构图
事业部制组织结构亦称M型结构（Multipisional Structure）或多部门结构，有时也称为产品部式结构或战略经营单位，是一种高度（层）集权下的分权管理体制。
事业部制是分级管理、分级核算、自负盈亏的一种形式，即一个公司按地区或按产品类别分成若干个事业部，从产品的设计，原料采购，成本核算，产品制造，一直到产品销售，均由事业部及所属工厂负责，实行单独核算，独立经营，公司总部只保留人事决策，预算控
制和监督大权，并通过利润等指标对事业部进行控制。也有的事业部只负责指挥和组织生产，不负责采购和销售，实行生产和供销分立，但这种事业部正在被产品事业部所取代。还有的事业部则按区域来划分。
2.4.1 事业部制组织结构的特点
（1）按企业的产出将业务活动组合起来，成立专业化的生产经营管理部门，即事业部。
（2）在纵向关系上，按照“集中政策，分散经营”的原则，处理企业高层领导与事业部之间的关系；
（3）在横向关系方面，各事业部均为利润中心，实行独立核算；
（4）企业高层和事业部内部，仍然按照职能制结构进行组织设计。
2.4.2 事业部组织结构的优缺点
事业部制组织结构的优点
企业行政首脑可以摆脱日常事务，集中精力考虑全局问题；事业部实行独立核算，更能发挥经营管理的积极性，更利于组织专业化生产；各事业部之间比较和竞争有利于企业的发展。
事业部制组织结构的缺点
公司与事业部的职能机构重叠，构成管理人员浪费；事业部实行独立核算，各事业部只考虑自身的利益，影响事业部之间的协作，一些业务联系与沟通往往也被经济关系所替代。
第四篇：门式起重机主梁优化设计论文
1外点法
外点法求解约束优化问题：对于不等式约束：gu（X）≤0，u=1，2，…，m。
（1）取复合函数（惩罚项）为G［gu（X）］=mu=1｛max［gu（X），0］｝2。
（2）其中，max［gu（X），0］表示将约束函数gu（X）的值和零比较，取其中较大的一个。对于等式约束hv（X）=0，v=1，2，…，p。
（3）取复合函数（惩罚项）为H［hv（X）］=pv=1［hv（X）］2。
（4）对于一般的约束优化问题，外点罚函数的形式为：准（X，rk）=（fX）+rkmu=1｛max［gu（X），0］｝2+rkpv=1［hv（X）］2。
（5）式中，rk为惩罚因子，rk>0。惩罚项与惩罚函数随惩罚因子的变化而变化，当惩罚因子按一个递增的正数序列0 （7）则令X*=X（k+1），（fX*）=（fX（k+1）），结束计算；否则，令rk+1=crk，k=k+1，转至步骤2）继续迭代。 2建立箱型主梁的优化数学模型 2.1确定设计变量及目标函数 由于门式起重机箱型主梁主要承受主梁和提升小车的结构自重以及吊重荷载，因此门式起重机箱型主梁的计算简图所示，其中提升小车和吊重荷载为集中载荷P1=120000N，主梁自重为均布载荷P2=125N/m，以小车位主梁跨中时为优化分析工况，此时主梁为最大挠度工况。箱型主梁材料为Q235B，密度为7.8×103kg/m3。主要结构参数有：主梁跨度L，梁高H，梁宽B，腹板厚度d1和翼缘板厚度d2。其中跨度L是给定参数1050cm，其余都是可改变的。取设计变量为梁高x1，梁宽x2，腹板厚度x3和翼缘板厚度x4。写成向量形式：X=［x1，x2，x3，x4］T=［H，B，d1，d2］T。（8）门式起重机主梁的自重是起重机设计的一个重要指标，本文取起重机箱型主梁重量最轻为优化目标。由于梁的跨度L为已知，所以可用梁的截面面积来作为目标函数。同时，又因为梁的高度和宽度尺寸远大于板的厚度尺寸，故截面面积之半可近似为f（X）=x1x3＋x2x4。（9）这就是本优化设计的目标函数。 2.2确定目标函数的约束条件 1）强度条件。由计算简图可知该梁承受双向弯曲，故强度条件的表达式为：g1（X）=σ-［σ］≤0。（10）式中，σ为图1所示载荷作用下箱型主梁跨中翼缘板的计算应力，［σ］为许用应力140MPa。代入设计变量和载荷即可得到强度约束条件：g1（X）=3L4P1+7.8×10-5（x1x3+x2x4）L3x1x2x4+x21x3+P23x1x2x3+x22x4≤≤-140≤0。（11）其中长度单位为mm，力的单位为N（以下同）。 2）刚度条件。刚度约束条件（梁跨中挠度限制）：主梁产g2（X）=k3x21x2x4+x31x3-［f］≤0。（12）其中，k=P1L3/1.68×106，［f］=L700（允许挠度）代入式（12）可得：g2（X）=P1L3（3x21x2x4+x31x3）×1.68×106-L700≤0。（13） 3）翼缘板局部稳定性条件。翼缘板宽度和厚度的比值约束翼缘板承受压应力。保证箱型翼缘板局部稳定性而不需要加筋的条件为：g3（X）=x2/x4-60≤0。（14） 4）腹板局部稳定性条件。主梁腹板高度和厚度比值的约束由参考文献［11］知，腹板会在两种情况下失去稳定：一是在剪应力作用下失稳；二是在压应力作用下失稳。为了防止后一种情况产生，常在腹板区设置纵向加强筋板。但是加筋过多不仅会增加制造成本，而且焊缝过多会引起较大的应力集中，故在设计时只考虑在腹板上加1条纵筋。腹板加1条纵筋的条件是g4（X）=x1/x3-160≤0。（15） 5）几何约束条件。考虑到便于焊接加工，板厚不得小于5mm，于是得到几何约束条件：g5（X）=0.5-x3≤0；（16）g6（X）=0.5-x4≤0。（17）利用外点罚函数法，可将该约束优化问题转化为如下无约束优化问题：求X=［x1，x2，x3，x4］T，使min准（X，rk）=x1x3+x2x4+rk6i=1［max（gi（X），0］2。（18）初始化参数为X=［760，310，5，8］，随着r的递增，逐次对准（X，rk）求极小，上述无约束优化问题的最优解X*k收敛于原问题的最优解X*。 3基于MATLAB编程求解最优解 1）MATLAB编程。对于上述非线性无约束优化问题，可以采用MATLAB优化工具箱中的fminsearch函数计算。其格式如下：x=fminsearch(fun,x0,options);[x,fval,exitflag,output]=fminsearch(fun,x0,options);式中：fun为目标函数；x0为初始点；fval为返回函数在最优解点的函数值；exitflag为迭代终止标志；options为设置优化项目参数。 2）优化结果。对程序运行结果所得参数进行圆整，得到表1门式起重机箱型主梁优化结果比较。 4结论 本文采用外点罚函数法求解门式起重机箱型主梁的非线性无约束优化问题，从优化结果看，在满足起重机箱型主梁强度、刚度、稳定性等约束条件下，自重减轻了19.8%，优化效果显著。并且采用MATLAB编程求解最优解，大大提高了优化效率和可靠性。随着现代计算技术的发展和响应节能的要求，优化技术将会越来越来越广泛地应用于各个设计领域。 交通运输结构优化 摘要：城市交通结构作为城市交通系统中的核心问题之一，是城市交通发展战略规划中的重要研究内容．首先对比研究了国内外大城市的交通结构发展与现状，并从城市空间布局与交通发展模式、城市土地利用与交通结构关系、交通结构优化模型以及公共与私人交通方式竞争转化四个方面论述了国内外交通结构的研究重点，根据我国现阶段发展特点，探讨了如何借鉴国外经验、国内现有研究中存在的问题和发展前景。 关键词：城市交通结构；交通发展模式；交通结构优化 引言 交通结构是综合交通体系中不同交通方式所承担的交通量比重，反映了交通需求的特点和不同交通方式的主要功能与地位…，直接影响着有限的交通资源的配置方式以及向交通需求者提供更优选择的可能性，是决定城市交通系统效率高低的关键因素之一．合理的城市交通结构，有助于最有效地利用城市交通资源，最大限度地发挥城市交通系统的整体功能和作用．相反，不合理的交通结构必然带来高能耗、高污染，交通拥挤等情况，成为城市交通可持续发展的一个重要制约因素． 2、国内外城市交通结构现状 按照交通方式划分，城市客运交通系统可以划分为公共交通和个体交通两大类，不同交通方式在可达性、便捷性、舒适性等方面各不相同，其合理的服务范围也不相同．各种方式组成的交通结构是交通系统的关键，决定城市交通发展的方向和速度，决定着城市交通职能和综合效益的发挥．发达国家的城市交通系统结构在20世纪60～80年代经济进入成熟期前已经基本形成．20世纪80年代以后，尤其是进入2l世纪以来，人们对社会发展的可持续性关注逐渐提高，建立具有良好可持续性的现代城市交通体系成为城市政府和公众的共识．不同交通方式具有各自不同的时空特征和适用范围，但随着现代化大都市的发展，以小汽车交通为主和以公共交通为主的两种不同的出行方式主导了两种不同的扩展模式．对国内外大城市交通结构演变数据进行对比分析，仅考虑小汽车、轨道交通、公共汽车和出租车4种交通方式．纽约、伦敦、东京等国外大都市小汽车交通增长缓慢，伦敦的小汽车出行比例在1993年到2004年之间甚至减少了7．9％；而国内大 城市的小汽车交通从80年代开始迅猛发展，上海、广州和北京的小汽车出行比重从80年代中期到2004年以后分别增长了30．0％、14．3％和29．3％．相对应的，国外大城市的轨道交通、公共汽车和出租车变化也不明显；国内各大城市的轨道交通则经历了从无到有的过程，出租车发展迅速，出行所占比例平均增长了10％左右，而公共汽车所占比例平均下降了40％左右．以上分析结果说明，发达国家的交通结构已经趋于成熟，进入了稳定期，而我国大城市正处在小汽车占据优势的机动化发展进程中，交通结构处于非稳定状态，在政策引导、规划 控制、管理调节和市场竞争等各种因素的影响下不断变化，对于城市交通结构及其优化方法的研究逐渐成为城市发展的研究重点之一． 3、国内外城市交通结构研究 根据目前所掌握的文献资料，从研究的内容和范围来看，国内外关于城市交通结构优化的研究主要在城市空间布局与交通结构发展模式研究上小有成就。 城市的空间布局发展与交通结构发展模式之间有着密切的关系，不同交通工具的更新变革对城市空间扩展、布局结构变化都有着巨大的影响．早期研究中，J．M．汤姆逊从解决城市交通问题人手，把城市布局归纳为5种模式． 模式一为充分发展小汽车战略．分散市中心功能，棋盘格状的城市路网平均分布交通量，典型城市有洛杉矶、底特律等． 模式二为限制市中心战略．在一定程度上保留市中心的作用，鼓励郊区中心发展并以小汽车为主要交通工具，放射型道路网和铁路网为市中心服务，典型城市有墨尔本、哥本哈根和旧金山等． 模式三为保持强大市中心战略．交通网络是由强大的放射型道路和靠近市中心的环路组成，需要高效能的放射公共交通系统抵达中心，公共交通和私人小汽车交通在竞争中达到平衡，许多古老的大城市如巴黎、东京、纽约、多伦多、雅典以及悉尼都采用这种方法． 模式四为低成本战略．立足于对现有道路交通设施和管理进行调整，城市路网主要由公共交通具有优先通行权的道路组成，并控制市中心就业人口、鼓励沿放射道路建立次中心区，例如伊斯坦布尔、加尔各答、德黑兰等． 模式五为限制交通战略．城市结构有一个强大的市中心以及为其服务的公共交通系统，通过建立不同等级的分散中心点，最大限度的减少人们的出行需要，同时对小汽车使用加以适当限制，以轨道交通为骨干的公共交通方式起着至关重要的作用，典型城市有伦敦、新加坡、香港、斯德哥尔摩等．国外研究中还有主张城市分散化发展的分散派、主张城市高密度发展的集中派以及折中派等，例如Elkin等认为一个可持续发展的城市必须具有便于步行、非机动车通行及建立公共交通设施的形态和规模，通过对集中设置的公共设施的可持续性的综合作用来减少交通距离和小汽车的使用．国内对于交通发展模式的研究在20世纪90年代也已经开始，陆锡明等1996年研究列举了国内外城市客运交通的典型发展模式并对其进行了类别分析．周干峙等叫1997年明确指出了我国大城市以自行车为主体的交通结构的不足，并提出了2010年我国大城市客运结构发展的平均水平． 王正1996年提出了城市交通方式的层次分析模型，以居民出行距离分布、步行出行构成比例分布、自行车与公交的合理转换距离等为基础，研究了我国大城市客运交通的合理结构．李彬等1997年建立我国大城市客运交通方式的层次分析模型，运用Fisher综合评价法提出了适用于我国大城市客运交通方式抉择的综合评价法，通过定量分析提出合理的交通发展模式．毛蒋兴等2002年阐述了 城市土地利用模式与城市交通模式之间存在的客观的互动反馈关系，总结了我国土地利用属典型高密度集中模式，提出公共交通优先，小汽车、自行车适度发展的高效化、节能化和环保化绿色交通模式． 国外经验表明，城市交通一旦选择了小汽车模式，再促使其向公共交通转移是十分困难的．根据国情和国内外城市交通模式发展的经验，国内研究对于优先发展公共交通基本达成共识，但是对于各种交通方式在城市居民出行中具体分担比例仍然需要进一步研究． 结论 通过对国内外城市交通结构研究状况的回顾，本文认为目前城市交通结构发展和研究具有以下特点： (1)国外一些城市的交通结构发展已经进入稳定期，因此有关交通结构的研究基本集中在小汽车和公共交通两种交通方式上，争论的前提是私家车已经普遍进入城市居民家庭后的城市客运交通发展变化趋势． (2)虽然国外的研究前提对于我国大城市现段而言尚不完全具备，但国外已有的关于城市客运交通与城市发展关系的研究对于探讨我国建立优先发展公共客运交通政策有一定的指导意义，国内很多城市近年来私人小汽车增长速度对城市发 展的制约作用应该得到充分重视． (3)国内对于城市交通结构的研究几乎与城市交通机动化的迅猛发展同时开始，主要集中在土地利用与交通结构的关系、交通结构优化模型以及不同交通方式的转化策略研究，并根据我国城市的具体情况分析借鉴了国外城市对于拥挤收费等交通管理措施的实践经验． (4)从定性分析来看，国内相关研究多侧重于交通系统对城市发展的影响分析，对互动反馈关系还缺乏深入的研究；从定量分析来看，基于不同目标提出的优化模型在交通结构规划实践中得到了应用，但是相关因素的确定和选取尚不够全面，部分约束条件还未能全面定量化．此外，对于交通结构评价指标体系的研究还需要进一步完善并引入相关的人性化指标． 参考文献： 1、陆建．城市交通系统可持续发展规划理论与方法[D]．东南大学，20032、王媛媛，陆化普．基于可持续发展的土地利用与交通结构组合模型[J]．清华大学学报 3、蒋涛 基于整体效率的都市区交通结构与土地利用研究[J]．交通运输工程与信息学报，20074、吕慎 大城市客运交通结构优化模型研究[J]．公路交通科技2007第五篇：交通运输结构优化论文
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