优化设计论文模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇优化设计论文，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

（2）四台线道小车通过中心板连接在一起，通过液压缸的带动来完成打捆线的穿线工作，由于长时间的运行，1#打捆机4#线道由于重力作用小车容易发生下沉变形，线道小车底部滑道与支撑辊之间脱离，支撑辊无法起到支撑作用，从而造成液压缸活塞杆在前移的过程中由直线运动变为抛物线运动，活塞杆前端下沉疲劳折断产生故障时间。并且由于线道小车下沉，造成打捆头与线道小车穿线困难，造成打捆机顶线或送线不到位。

（3）线道内打捆线的传送运行靠深沟球轴承支撑传动，因此线道内球轴承用量较多，每台线道小车用量约400盘，摩根打捆机所用轴承型号为6301，由于轴承直径小，承载能力差，并且由于打捆线在穿线过程中的冲击作用，轴承损坏频繁，并且由于数量多并且轴承在线道内部，当轴承损坏时很难进行更换，造成打捆线回抽，影响车间的生产。

（4）各线道处常开翻板导槽用橡胶弹簧使用寿命短，当弹簧失效或弹簧座开焊的时候造成翻板关闭不严，打捆线回抽，更换橡胶弹簧或弹簧支座需要拆卸导槽用时较多。

2解决方案的确定

摩根公司经过几年的研究并且结合用户在使用过程中提出的不足，对现在生产的打捆机进行了部分的改造，如升降台的升降采用了曲柄连杆结构，由液压缸来带动升降曲柄的运行从而带动升降台的运行；弧形导卫与双线导槽设计成一体结构，并且将扭簧采用圆柱螺旋压缩弹簧代替。但若对摩根公司早期线材打捆机进行升级改造，升级费用较高，仅单台升级备件费用就高达48万，并且即使升级改造后因新旧线道的兼容性差，使用故障率较高。这就需要有针对性的优化设计来消除设计缺陷形成的隐患，确保打捆机的稳定生产。经对打捆机的认真研究以及对打捆机各类故障的分析，形成了以下优化设计思路。

2.1升降台系统

（1）将法兰轴承座体材质由铸铁改为铸钢，增加座体的抗冲击性能。

（2）将底座球面轴承改为滑动轴承。

（3）在升降台升降液压缸的两侧增加支撑导向机构。

2.2线道系统

（1）更改铰直轮的材质及公差尺寸，延长铰直轮的使用寿命。

（2）更改线道小车支撑辊结构，增加受力面积，确保线道小车的稳定运行。

（3）将轴承6301进行优化改造加工成厚壁轴承，保持轴承外径尺寸不变，去除法兰缘衬套，将轴承内径尺寸做成与法兰缘衬套内径尺寸相同。

（4）更改橡胶弹簧橡胶材质，由普通橡胶改为进口硅胶，增加弹簧的弹性及使用寿命。将弹簧支座由焊接结构改为一体结构，采用线切割加工。

3具体实施措施

3.1升降台系统

（1）针对于升降台内臂、外臂连接法兰轴承经常受冲击损坏的问题，将法兰轴承座体的材质由铸铁改为铸钢，增加轴承座体的抗冲击性。

（2）针对于升降臂与底座连接的球面轴承经常损坏的现象，将球面轴承结构改为滑动轴承结构，滑动轴承材质选用铸铜、外形尺寸为准45×准57×49；轴承座根据滑动轴承的外形尺寸以及原球面轴承的安装尺寸重新设计。

（3）支撑导向机构。支撑导向机构结构图如图1所示。支撑轴通过M64螺纹与升降台拖枕连接在一起，支撑座与升降台底座通过螺栓把合，导向套对支撑轴起到支撑导向作用，通过支撑轴的支撑导向作用来减少升降台的晃动，保证车间的稳定运行。此结构对升降台稳定运行起到关键作用的是支撑导向套，此支撑导向套采用橡胶材质，导向套中间部位打斜口以便于安装。

3.2线道系统

（1）改变铰制器铰制轮的材质，由45#钢改为42Cr-Mo，并且对铰制轮表面采用高能离子注入技术进行表面硬化，提高铰制轮的综合力学性能及耐磨性，同时将铰制轮的外形尺寸由准（69.90～70）mm改为准（70～70.05）mm，通过偏心轴来调整铰制轮与打捆线的相对位置，提高打捆线的表面质量。

（2）1#、4#线道小车在重力的作用下容易发生变形，并且线道小车导向面磨损变形以后，小车支撑辊与小车导向面接触面积变小，支撑辊失去支撑作用造成定位锥头与打捆头定位不好，无法完成打捆线穿线动作。针对此情况对支撑辊进行优化设计，将辊面加长由原来的30mm增加到60mm，内部结构改为双滚针结构，增加了支撑辊的灵活性及抗载荷能力，支撑辊与小车接触良好。

（3）将线道用6301轴承进行优化改造加工成厚壁轴承，保持轴承外径尺寸不变，去除法兰缘衬套，将轴承内径尺寸做成与法兰缘衬套内径尺寸相同，提高轴承的抗冲击性。

（4）橡胶弹簧内部弹性元件材质由普通橡胶改为进口硅橡胶，弹性元件的弹性增加。橡胶弹簧支座由原来的焊接结构改为一体结构，并且使用线切割进行加工，避免了弹簧支座开焊现象的发生。

篇2

引言

《2009最新版防突细则》第四十九条中预抽石门揭煤钻孔的最小控制范围为两个必要条件，意思不够直接明确；钻场设计繁琐，且大部分钻场设计工作者未能把钻场设计与计算机紧密结合；钻场钻孔求值参数多，求值方法多，但却未选择最优求值参数，导致设计钻孔参数不够精确。笔者针对以上情况以预抽石门揭煤钻孔为例阐述了钻孔最小控制范围和最少最优求值参数，以便精确、方便、快捷的设计钻场钻孔。

1、钻孔最小控制范围解析

《2009最新版防突细则》第四十九条（四）：预抽石门揭煤钻孔的最小控制范围是：石门和立井、斜井揭煤处巷道轮廓线外12m（急倾斜煤层底部或下帮6m），同时还应保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线的最小距离不小于5m。

据以上规定可知石门揭煤钻孔最小控制范围为两个充分必要条件，即：煤层倾角β＜45°时，最小控制范围需满足上、下帮巷道轮廓线外倾向12m和法向5m，左、右两帮法向5m；β≥45°时，最小控制范围需满足上帮巷道轮廓线外倾向12m和法向5m，下帮巷道轮廓线外倾向6m和法向5m，左右两帮法向5m。

根据煤层空间位置关系可知：sinβ=法向控制范围/倾向控制范围，煤层倾角β越小，法向5m所控制的倾向范围越大。经分析石门揭煤钻孔最小控制范围如图表1所示。（注：asin(5/12)=24.6°,asin(5/6)=56.4°）

表1石门揭煤钻孔最小控制范围

煤层倾角范围

上帮

轮廓线外

下帮

轮廓线外

左、右两帮

轮廓线外

β≤24.6°

法向5m

法向5m

法向5m

24.6°＜β≤56.4°

倾向12m

法向5m

法向5m

β＞56.4°

倾向12m

倾向6m

法向5m

2、钻场情况及钻场设计

煤层厚2m，倾角β=30°；石门揭煤巷道高3m，宽5m，方位α0=195°。据《2009最新版防突细则》及表1设计石门揭煤钻场如图1。（为视图清晰，抽采半径假定为5m）

图1预抽石门揭煤钻场设计图

3、最少求值参数

以28号钻孔为例，预抽钻孔立体及简化图如图2所示。线EC为28号钻孔线，面ABCD为水平投影面，线AC为钻孔水平投影线，面ADHE为钻孔铅垂剖面，线ED为钻孔铅垂剖面线；α偏28钻孔方位偏角，θ为钻孔倾角，H为穿煤孔深等钻孔参数。

图2预抽钻孔立体及简化图

由图1中钻场设计剖面图，直角三角形AED除直角外有5个参数（三角形的3角3边）均可用CAD量出；由图1中钻场设计平面图，直角三角形ADC除直角外有5个参数均可用CAD量出。直角三角形ADC与AED有一条公共边AD，所以两三角形一共有9个参数，且均可量出，但量取参数是繁琐的重复过程，为此需确定最少的参数并准确的求取所需的钻孔参数。

如图2中28号孔空间立体简化图，经分析：需求解α偏28、θ28和H28必须求解四面体ACDE，而把直角三角形AED和ADC解出，四面体ACDE即解出。直角三角形已知2个参数（除直角外）即可求解，求解两个直角三角形需4个参数，因为直角三角形AED与ADC有一条公共边，所以求解这两个直角三角形仅需3个参数，且直角三角形AED与ADC各需至少一个参数（公共边AD除外），即求解钻孔α偏28、θ和H参数仅需3个参数。

4、最少求值参数种类

经上分析：已知求解参数有9个，为计算钻孔参数方便快捷仅需3个求解参数即可，直角三角形AED与ADC各需至少一个参数（公共边AD除外），即一个三角形2个参数，另一个三角形1个参数（不包括公共边）。

无公共边最少求值参数种类：（C42-C22）×C41×C21

有公共边最少求值参数种类：C41×C41

最少求值参数种类：（C42-C22）×C41×C21+C41×C41=56(种)

5、最优求值参数

已知求解参数有9个：包括4个角度，5条边。

结合图1与图2分析：

1）、方位偏角α偏可直接量出但每个钻孔的偏角不一，且量取角度误差较大；

2）、每个钻孔的AC与DE不一，需一一量出；

3）、1、5……25号孔，2、6……26号孔，3、7……27号孔和4、8……28号孔的X(CD)各均相同；

4）、1-4号孔、5-8号孔、9-12号孔、13-16号孔、17-20号孔、21-24号孔和25-28号孔的Y（AD）和Z(AE)各均相同。

篇3

Abstract:WiththedesignandtheexperienceofYeFeiGeneralBuildinginNan''''anTechnicalSchool,thearticlediscussthepracticalapplicationoftheideasofthedesignonsiteinthepractice.Basedonthelayoutofexistingbuildingonthecampus,thedemandsofthefunctionandtheregionalcharactersoftheenvironment,wetrytoresearchrationalandeffectualconceptsofcreationinordertomaketherelationbetweenoldandnewbuildingbeharmoniousandsymbiotic.

Keywords:middleschoolyard;thebuildingofteaching;sitedesign;integrality;harmonization

在当代教育事业不断发展的大好形势下，学校招生规模在扩大，校园建设速度也在提高，在建设过程中面临校园总体布局重新整合的问题，新旧建筑和谐共处的问题，以及实现校园建设可持续发展的问题等。在既有环境中，一座新建筑的介入，建筑设计必须从建设基地特定的自然条件和人文环境出发，把新建筑视为既有环境中的一个重要组成部分，通过优化设计要素进行环境整合，只有这样，才能在一定程度上体现环境的特殊性，才能表现建筑师对建筑与环境理解的个性化，从而体现建筑与自然的和谐关系，使得建筑风格不仅兼具特定地域的环境特征和人文特色，又能提高校园整体可持续发展的适应性。

1工程概况

南安职业中等专科学校（以下简称“南安职专”）位于福建省南安市城南，泉州市鲤城区通往南安市的308省道线南侧。整个校园坐落于山丘之上，总体成北低南高的走势。从校园的总体布局上看，其主轴线从北侧的正大门始向西南方向至办公楼前的圆形绿化岛发生一次转折，使得轴线呈正南方向贯穿整个校园，叶飞将军教学楼（以下简称“将军楼”）建设基地处于这段正南轴线的东侧地块。由于山丘地形的影响，建筑沿等高线布置，使得将军楼建设基地东侧的其它建筑不是呈南北座向。将军楼是在校园中一座石构教学楼被确认为“危房”拆除后进行原址重建的项目，由南安市爱国华侨黄仲咸先生捐资人民币170万元，委托华侨大学关瑞明先生主持设计。将军楼的名称取自南安籍爱国将领叶飞先生的姓名，反映出南安人民对叶飞将军的纪念与缅怀。工程建设根据基地现状与投资情况，建筑面积控制在2600m2±5%以内，造价控制在650元/m2左右。

2基地条件

将军楼建设基地位于校园主轴线的东南侧，基地的正北侧为一座现有的教学楼“仙都楼”；东北侧紧挨着一座作为仓库的平房，朝向南偏西55O；在仓库背后且与之平行的是一座学生宿舍楼，形成了基地东侧半围合的形态。基地西侧为运动场，南侧为拟建的教学楼用地。地面经平整后，基地的室外标高与北侧的仙都楼一致（见图1）。

3场地设计的探索

建筑的形成过程，是吸取有利因素和排除不利因素的过程。在设计中运用节地设计思想，一方面为了能处理好建筑与其外部环境的协调关系，另一方面也能充分利用空间，达到节约土地资源的目的，对场地进行优化设计就是要提高建筑空间的使用效率，使得平面布局合理，发挥建筑空间的最大效用。

3.1总体布局

从校园总体规划图中可以看出，将军楼的选址位于教学区、宿舍区与活动区的空间节点上，针对建筑周边的既有建筑和道路的情况，对建筑平面的外轮廓进行限定，从而与环境建立起一种协调的关系，加强校园空间的整体性。考虑到建筑物的功能要求、地段的具体条件以及建筑物本身的经济性，建筑总体平面采用集中式布置。一般来说，集中式布置较分散式布置更能节约用地，因为采用集中式布置，建筑场地、道路、日照与防火间距等所需的空地比较少，这样，不仅能充分利用土地，并能兼顾之后的发展用地。具体的方法如下：

（1）对齐法：将军楼的西侧与仙都楼的西侧对齐，使将军楼角点B、F与仙都楼角点A处于同一条线上；

（2）平行法：根据设计规范要求，取d1值为25m，绘制与仙都楼平行的BC线；同样方法绘制与仓库平行的CD线，但d2值可以小于25m，根据建筑面积来计算具体取值；

（3）垂直法：直角作为教室空间的首选形状，因此，南侧边界与东南侧边界的确定采用垂直法，令FEBF，DECD，可得出带有三个直角的五边形BCDEF，其中五条边的长度待定（见图2）。

3.2单体设计

叶飞楼几乎是在学校教学区的边缘处，经过对建设地块环境的仔细研究，设计时充分考虑四周建筑走向，从图面上来看，建筑的主要形体围合成了一个凹形空间，犹如一凹形容器——兼具与外部景观间的最大渗透性和保持独立的最大内省性（见图3）。

3.2.1流线分析

基于与四周环境的互动关系，流线分析主要是对出入口的分布及交通流线进行设计，以此对人在空间环境中的活动行为加以协调组织。南面是采光通风最好的朝向，建筑物的主入口放置这一侧，并结合入口处预留的广场空间，使之能与操场互相呼应，建筑视野开阔。西北侧临着学生宿舍区，考虑另一入口放置在西北侧，以便能组织人流疏散。两个出入口节点的布置，加上以尽可能在南北侧多布置功能用房的前提，平面水平方向上自然形成了Z字折线形的交通流线。随着功能用房的叠加，竖直方向的交通核顺应而生，结合折线形水平流线的两个转折处设置楼梯，这样，折线形水平流线与点状竖直交通核构成了立体的交通系统。

3.2.2空间布局

以流线为基础的水平空间划分是在适合使用要求的几何网格上进行的，教室标准平面选用7.2m×8.4m网格上进行划分。设计时首先保证教室朝南，出于对该地区主导风向为东南向的考虑，将卫生间结合楼梯间放置在北侧，减少了对主体教室的影响。这样处理得到了五间完整的教室，并使得建筑平面布局更加完满（见图4）。

竖直方向空间布置采用功能分层的设计手法，一层设计成书库及阅览部分，便于大股人流疏散；二层以上布置成合班教室。在平面处理中，建筑体块的东北角出现折形空间，与主体走向成35°偏角。为使得教室尽量能朝南采光通风，在平面处理上设计四个折形窗，既满足了这一要求，也丰富了立面效果（见图5）。

3.2.3造型设计

基于建筑面积的控制，本方案的主体建筑层数设计为五层，在南面主入口的两侧突出的教室为四层，将军楼的造型通过这样对称的形式达到一种平衡。这一中高两底的形体构成，是闽南传统建筑交椅式建筑形象的缩影，是对传统建筑文化的一个延续，加强了建筑形象的立体感。闽南地区春夏盛行偏南风，秋冬盛行偏北风，建筑采用外廊，既符合当地气候条件，也能达到节能的目的。

在处理新建筑与原有建筑的关系时，大致是通过空间、造型、色彩等方面来建立新建筑与原有建筑两者之间的有机关系，使它们既有呼应又互相区别。基于相对有限的基地和资金条件，将军楼以实训中心楼的材质和色彩为参照体系，力求使其与周围的建筑环境和谐统一。在立面处理上，对窗与实墙的比例进行探索。在窗墙的虚实变化之中，形象得以生动体现，为使其具有较大的表现力，特别是立面上折形走廊的处理，不仅适当地放大了走廊交通空间，而且加强了立面上光影效果，增强了凹凸之感（见图6）。

4结语

在校园规模不断发展的过程中，为了创建一个良性的、可持续发展的空间形态，构筑合理的、有效的空间以适应多变的需求是势在必行的。张锦秋先生在设计实践中，逐渐体会到“和谐建筑”的理念包含两个层次。第一个层次是“和而不同”，第二个层次是“唱和相应”。“和”是指相异因素的统一，“同”是指相同因素的统一。[1]在汲取既有建筑风格特征的基础之上，通过创新的手法使得新建建筑风格能做到虽有别于已有建筑，却能与之相“和”的境界，从而达到和谐共生。

场地优化设计，不但节约用地和提高平面布局的合理性，而且给建筑与其场地之间关系的处理提供了一种恰当的方式。使得新旧建筑之间能进行良性的对话，从而建筑与多变的校园环境达到和谐共生，大大提高了新建建筑在校园环境中的适应性，这是本次方案设计过程中的一重大收获和尝试。

篇4

2实例分析

文献［8］经在文献［12］的研究基础上，验证了遗传算法在进行行星传动机构优化设计的优越性，因此，本文选取与其相同的实例进行优化，并将本文算法与遗传算法的求解结果进行比较，以验证算法的求解性能。

3算法寻优结果分析

在遗传算法的进化过程中，种群中的个体数目始终保持不变，杂草算法中的个体数目却在动态地变化，而在算法的对比实验中，不仅要尽可能使算法各自的优化结果最好，还要考虑到算法复杂度的可比性。据此，本文通过大量实验后，选定以下参数进行实验:对IWO和BCIWO算法，初始种群规模为5，最大种群规模为10，非线性调节指数为3，最大、最小可生成种子分别为5、1，正态分布标准差的初始、终止值分别为20、1;对GA算法，种群规模为30，交叉概率为0．9，变异概率为0．01;三种算法的最大迭代次数统一设为100。每个实验重复进行10次，记录其中的最优结果，具体数据如表2所示。由表2可知，基于IWO与BCIWO而对该行星传动机构的优化设计所得的体积均要小于GA。这说明，IWO和BCIWO取得了更好的优化效果。

4算法优化性能分析

为了更清晰地说明BCIWO较之IWO和GA在求解PTM问题时的优越性，本文将三种算法分别重复运行50次，计算出每次迭代所得的体积，绘制了三者的平均收敛曲线(如图1)，并记录每次实验求得的最小体积，绘制了各算法多次求得的解的波动曲线(如图2)，以观察算法求解的收敛性及稳定性。由图1可得，BCIWO较之IWO和GA总能以更快的速度收敛于更优秀的解。由图2可得，在50次实验中，BCIWO所得的体积的最差值、最优值均小于IWO和GA的优化结果。并且，BCIWO的求解波动不大，基本稳定，IWO的解虽然总体上相对稳定，但还是存在一定波动，而GA的解的波动相对较大。综合以上分析，BCIWO在本文数据较为简单、数据范围较小的实例应用中，已经表现出了比GA和IWO更强的收敛性与寻优能力，从而推知，在更为复杂的多变量优化设计的实际问题中，BCIWO必然比其它两种算法具有更大的拓展空间和应用前景。

篇5

与其他优化算法类似，ICA开始于在搜索空间内随机生成的一定数目的初始解。每一个初始解都被称为一个国家，由优化问题目标函数来评价这些国家的优劣程度。其中一定数目的最优秀的国家被视为帝国主义国家，其他国家被视为殖民地国家，并且被随机分配给帝国主义国家,一个帝国主义国家及其下属的殖民地国家组成一个帝国集团。在分配殖民地国家给帝国主义国家时，每个帝国主义国家分配到的殖民地国家的数目与它的优秀程度成正比。如果某殖民地国家向帝国主义国家移动后，其新位置比帝国主义国家更优秀，则需要互换该殖民地国家和帝国主义国家的位置。各个帝国集团之间会以竞争的形式争夺殖民地国家，从而壮大自身的势力。该过程如下：首先，计算每个帝国集团的总势力（该集团中帝国主义国家的势力与所有殖民地国家势力的平均值的一部分之和），然后，当前势力最弱的帝国内部的最弱的殖民地国家将被置为自由状态；所有的帝国集团通过竞争来获取该自由殖民地国家。势力越大的帝国集团，成功率也越大。随着竞争过程不断进行，势力强的帝国集团占有越来越多的殖民地国家，而势力弱的帝国集团逐渐失去其所有的殖民地。最终，失去所有殖民地国家的帝国集团将被覆灭。当算法迭代一定的次数之后，将只剩下一个帝国，该帝国中的帝国主义国家所代表的解即为算法找到的最优解。

1.2约束处理办法

ICA算法是针对无约束问题设计的，用来优化弹簧结构参数时，必须对问题中的约束条件进行处理。在此，我们假设每个可行解都要优于任何非可行解，人为赋予非可行解更大的目标函数值,同时假设违背约束条件越多的国家，其代表的解也越劣。在算法迭代过程中，检测每个国家与前述约束条件的符合程度。假设某个国家违背了N个约束，则将该国家的目标函数值设定为N*Mnumber.这里，Mnumber为一个数值很大的数，在我们的实验中，取99999。

2、求解实验及结果分析

为了检验本文提出的方法的可行性，并与其他方法进行对比，我们选用了文献中的算例进行优化计算实验和分析。算法程序在MATLAB环境下运行。初始国家数目设置为200，初始帝国数目设置为3，最大迭代次数设置为400次。对于片数为3和4两种情况，分别进行20次实验。由于文献中并未提供[σ]1和[σ]2的值。钢板弹簧片数取为3时，采用ICA算法得到的结果要优于文献中的结果，弹簧质量减少了约2.4%，同时，两种算法得到的应力[σ]2大致相等，但ICA得到的应力[σ]1降低了约23.2%；当钢板弹簧片数取为4时，文献中给出的参数结果并不能满足应力[σ]2的约束要求，而本文的结果满足许可应力的要求。同时根据文献中的数据，原设计中弹簧质量为40.9kg，本文得到的结果为35.3363kg，比原设计减少了13.6%。

篇6

生产管柱的轴向应力应该包括管柱的自重、井内钻井液的浮力、压力载荷、弯曲载荷、冲击载荷、温度载荷、管柱屈曲以及管柱摩阻等因素的共同作用。

1.2轴向应力弯曲载荷

当管柱发生弯曲时，由于狗腿度所产生的弯曲应力会产生附加的轴向力，计算中考虑了弯曲应力产生的附加轴向力的影响。

1.3三轴应力

当三轴应力超过屈服强度时，就会引起管柱屈服失效。三轴安全系数是材料屈服强度与三轴应力的比值，只是为了与单轴破坏准则（屈服强度）进行比较而设立的一个理论值。

2海上生产管柱结构设计实例分析

海上高温高压气井生产管柱需要满足气井全寿命周期内压力温度的变化，同时需重点分析高温高压气藏的应力敏感、井筒承压能力、现有海上施工工艺的成熟度、海洋作业环境以及后期修井措施等问题，确保施工作业的顺利进行、气井开发的安全高产。陆地高温高压气田常规射孔生产联作一趟下入的管柱形式能否满足海上气田生产和修井要求，还需进行进一步分析。以东方气田D2井为例，对一趟下入式和两趟下入式生产管柱分别进行了深入的分析。东方气田D2井的目的层为黄流组，压力因数1．50～1．93，地温梯度4．17℃／100m，完钻井深3358m，177．8mm（7in）尾管回接完井。

2.1井筒温度预测分析

利用Wellcat软件对洗井结束、开始生产、开始生产后关井、生产1a后、生产10a后这5种工况的井筒温度进行了预测和分析。由于地层与井筒和井筒内流体的传热作用，随着深度的增加，流体和井筒的温度是增加的，并最终趋向于井底的地层温度。开始生产时从井口到井底的温度变化是最小的，但是温度是最高的。生产10a后井口温度明显降低，这是由于长时间生产造成地层压力降低导致产量降低，并最终导致井口温度明显降低的显著原因。

2.2射孔生产联作一趟下入式生产管柱受力分析

D2井射孔联作一趟下入式生产管柱。基于以上5种工况下的井筒温度分布，利用Well－cat软件分别计算了初始状态、管柱下放、生产封隔器坐封、环空打压验封、过提、管柱内加压射孔、生产初期、稳定生产期、关井、油管掏空、油管泄漏等不同工况下生产管柱的受力情况。

2.3射孔生产联作两趟下入式生产管柱受力分析

考虑到气藏的高压特性和海上作业的安全风险，生产管柱若采用上部封隔器一道密封难以保证长期生产的井筒完整性，一旦封隔器密封失效，油套管环空连通，井筒全部充斥高压气，事故风险极高。所以，推荐D2井采用两趟下入式生产管柱，双封隔器坐封，形成两道环空屏障，保障井筒安全，管柱类型为射孔联作式生产管柱。第一趟管柱利用钻杆将射孔枪送入井底，送入到位后坐封顶部封隔器，脱手。第二趟下入生产管柱，下部插入密封，再投堵坐封生产封隔器，然后管柱内加压射孔。该管柱类型的主要特点是射孔管柱和生产管柱需要两趟下入工序，完井工期相对多，射孔作业后，射孔枪留在井内；但对于气井长期生产管柱设置双重密封，井筒安全更可靠。后期压力衰竭，上提上部生产管柱进行修井操作，简单易行。基于5种工况下的井筒温度分布，计算多种可能工况下生产管柱的受力情况。分析结果表明在各种工况条件下的生产管柱强度校核均可以满足设计要求。管柱内加压射孔工况下生产封隔器以上管柱受拉，以下生产管柱受压，两封隔器之间管柱受压最为严重，井口受拉最为严重。加压射孔时管柱强度安全系数大于临界安全系数，此时轴向安全系数为1．661，接近临界安全系数。因此在这一工况操作时，要严格注意封隔器有可能发生解封以及油管破坏的风险。

2.4环空密闭空间流体膨胀分析

D2井生产管柱上部采用油管携带式封隔器，下放至2651m；下部采用插入密封式封隔器，下放至2920m（两者之间相差269m）。这样出现了封隔器以上的油套环空和两个封隔器之间两个密闭区域。以下对环空密闭空间流体膨胀情况进行了分析。由环空密闭空间温度变化引起密闭压力变化结果：区域1（0～2651m），环形空间由于温度升高引起的圈闭压力为69．8MPa，可以在生产过程中通过井口放压控制压力；区域2（2651～2920m），密闭环空流体膨胀压力上升19．20MPa，通过强度校核，发现流体膨胀不会对油管及封隔器产生破坏。常规射孔生产联作一趟下入式管柱和两趟下入式生产管柱形式在不同工况条件下均能够满足海上气田开采要求，但考虑海上作业条件和风险承受能力，并结合后期井筒安全保障和修井作业难度，推荐海上高温高压气田采用射孔生产联作两趟下入式生产管柱。

3认识与建议

1）油管和井下工具应根据地层压力、流体性质及产能情况进行优化设计，满足井下温度和压力的要求，同时确保在高温高压的地质条件下满足生产的需要。在满足安全和工程需要前提下，高温高压气井尽量减少井下工具数量。

篇7

2矿用救生舱壳体建模及有限元分析

2．1救生舱壳体的几何模型

目前救生舱壳体结构有2种：①顶面为圆弧形，底面为矩形；②顶面和底面均为矩形。其中顶面和底面均为矩形的救生舱壳体结构具有较强抗爆能力，所以本文针对此进行研究。根据壳体各部分结构对有限元分析结果的影响程度差异，本文对救生舱壳体结构的三维几何模型进行了一定简化，救生舱整体结构依据壳体实际尺寸进行建模，细小部件合理简化，保留主体结构特征。建立的救生舱壳体几何模型。

2．2救生舱壳体的有限元模型

救生舱壳体和其他主要零部件材料分别为Q345和Q235，进行数值模拟时采用弹塑性材料模型。

3方形救生舱壳体模型优化

当方形救生舱壳体前、后侧都受到瓦斯爆炸冲击波作用时，舱门和观察窗都会受到不同程度的变形和破坏，此时逃生人员要想从舱内逃出就很困难，因此当舱门和观察窗都失效时，设置逃生窗是必须的。位于舱壁上的逃生窗为防爆密闭窗，它要求能够承受高温、高压和耐冲击，同时要求具有很高的阻燃性能，因此其钢板要厚，要有岩棉隔热，且要求在舱里和舱外均可开启和关闭。

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2基于拓扑优化和形貌优化的优化设计方法

设计中将以内罩板作为优化设计对象，设计目标是使模型符合力学性能要求，并通过合理的结构减轻模型的质量。优化设计过程中，将模拟发动机罩常见的6种工况，每种工况均有对应的约束和载荷设置。通过约束住模型的最大变形量来保证模型不超过指定的最大刚度值。最大变形量的位置以及约束上限值可参照GMW通用设计中的性能标准设置，按照标准在指定位置添加约束以及相应载荷。因拓扑优化和形貌优化方法的设计变量及优化过程不同，为了让模型在一次分析中接近结构最优解，将采用拓扑优化和形貌优化相结合的分析方法，在基本参数设置中定义内罩板上两个设计变量，即拓扑优化设计变量单元密度值、形貌优化设计变量形状变量值。优化过程中内罩板上将同时进行两种优化，计算出符合目标的最优化模型。其中形貌优化关系到加强筋的分布，而加强筋本身具有不同的截面结构，为了研究加强筋形状对模型带来的影响，在形貌优化中需对加强筋截面做对比分析。参考其他车的发动机罩及汽车零部件上的加强筋截面形状，形貌优化中将对矩形、半圆形和梯形等3种截面进行分析，对比其带来的效果。根据内罩板的尺寸及内罩板与外罩板之间的间距，合理确定加强筋截面的具体尺寸参数，具体数值见图4，其中截面的厚度预设为2mm。由于初始模型结构尚未成型，优化设计前无法确定其内板和外板间粘胶的连接位置，为了保证优化顺利进行，采用如下方法来设置发动机罩初始模型：参照汽车制造业发动机罩厚度的一般标准值，将外罩板的厚度预设为1．2mm，内罩板作为一个片体暂不设厚度。将两板之间的空腔内填充铝合金材料实体，此时内罩板仅仅相当于填充实体的一包络面。优化过程中以填充实体作为优化对象，优化结束后，发生结构变化的填充实体将作为内罩板，原内罩板则作为一个包络面予以删除。然后根据内罩板结构在合适位置添加粘胶与外罩板连接，并添加加强板及锁钩部件。最后在内、外板边界上生成翻边后完成优化设计过程。

3模型力学性能调整

为了不影响其他刚度值，力学性能优化调整的分析对象设定为从标杆车上沿用的锁钩，通过拓扑优化来寻找合适的锁钩结构，提高锁钩刚度。优化设置时，以锁钩工况为优化环境，变形量上限设置同样参考GMW通用性能标准。通过对锁钩进行分析，寻找满足锁钩刚度要求的结构。.

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电子设计自动化（EDA）是以电子系统设计软件为工具，借助于计算机来完成数据处理、模拟评价、设计验证等工序，以实现电子系统或电子产品的整个或大部分设计过程的技术。它具有设计周期短、设计费用低、设计质量高、数据处理能力强，设计资源可以共享等特点。电路通用分析软件OrCAD/PSpice9以其良好的人机交互性能，完善的电路模拟、仿真、设计等功能，已成为微机级EDA的标准系列软件之一。本文基于OrCAD/PSpice9的电路优化设计方法，通过实例分析了有源滤波器的优化设计过程。

2．OrCAD/PSpice9软件的特点

OrCAD/PSpice9是美国OrCADINC.公司研制的一种电路模拟及仿真的自动化设计软件，它不仅可以对模拟电路、数字电路、数/模混合电路等进行直流、交流、瞬态等基本电路特性的分析，而且可以进行蒙托卡诺（MonteCarlo）统计分析，最坏情况（WorstCase）分析、优化设计等复杂的电路特性分析。相比PSpice8.0及以前版本，具有如下新的特点：

·改变了批处理运行模式。可以在WINDOWS环境下，以人机交互方式运行。绘制好电路图，即可直接进行电路模拟，无需用户编制繁杂的输入文件。在模拟过程中，可以随时分析模拟结果，从电路图上修改设计。

·以OrCAD/Capture作为前端模块。除可以利用Capture的电路图输入这一基本功能外，还可实现OrCAD中设计项目统一管理，具有新的元器件属性编辑工具和其他多种高效省时的功能。

·将电路模拟结果和波形显示分析两大模块集成在一起。Probe只是作为其中的一个窗口，这样可以启动多个电路模拟过程，随时修改电路特性分析的参数设置，并可在重新进行模拟后继续显示、分析新的模拟结果。

·引入了模拟类型分组的概念。每个模拟类型分组均有各自的名称，分析结果数据单独存放在一个文件中，同一个电路可建立多个模拟类型分组，不同分组也可以针对同一种特性分析类型，只是分析参数不同。

·扩展了模型参数生成软件的功能。模型参数生成软件ModelED可以统一处理以文本和修改规范两种形式提取模型参数；新增了达林顿器件的模型参数提取；完成模型参数提取后，自动在图形符号库中增添该器件符号。

·增加了亚微米MOS器件模型EKV2-6。EKV2-6是一种基于器件物理特性的模型，适用于采用亚微米工艺技术的低压、小电流模拟电路和数/模混合电路的模拟分析。

3．电路优化设计

所谓电路优化设计，是指在电路的性能已经基本满足设计功能和指标的基础上，为了使得电路的某些性能更为理想，在一定的约束条件下，对电路的某些参数进行调整，直到电路的性能达到要求为止。OrCAD/PSpice9软件中采用PSpiceOptimizer模块对电路进行优化设计，可以同时调整电路中8个元器件的参数，以满足最多8个目标参数和约束条件的要求。可以根据给定的模型和一组晶体管特性数据，优化提取晶体管模型参数。

3.1电路优化基本条件

调用PSpiceOptimizer模块对电路进行优化设计的基本条件如下：

·电路已经通过了PSpice的模拟，相当于电路除了某些性能不够理想外，已经具备了所要求的基本功能，没有其他大的问题。

·电路中至少有一个元器件为可变的值，并且其值的变化与优化设计的目标性能有关。在优化时，一定要将约束条件（如功耗）和目标参数（如延迟时间）用节点电压和支路电流信号表示。

·存在一定的算法，使得优化设计的性能能够成为以电路中的某些参数为变量的函数，这样PSpice才能够通过对参数变化进行分析来达到衡量性能好坏的目的。

3.2电路优化设计步骤

调用PSpiceOptimizer进行电路优化设计，一般按以下4个步骤：

(1)新建设计项目，完成电路原理图设计。这一歩的关键是在电路中放置OPTPARAM符号，用于设置电路优化设计过程中需要调整的元器件名称及有关参数值；

(2)根据待优化的特性参数类别调用PSpiceA/D进行电路模拟检验，确保电路设计能正常工作，基本满足功能和特性要求；

(3)调用PSpiceOptimizer模块，设置可调整的电路元器件参数、待优化的目标参数和约束条件等与优化有关的参数。这一歩是优化设计的关键。优化参数设置是否合适将决定能否取得满意的优化结果；

(4)启动优化迭代过程，输出优化结果。

电路优化设计的过程框图如图1所示。

3.3电路优化设计实例

滤波器电路如图2所示。优化目标要求中心频率（Fc）为10Hz；3dB带宽(BW)为1Hz，容差为10%；增益（G）为10，容差为10%。

在图2中，滤波器电路共有三个可调电位器R

gain、Rfc和Rbw，用来调整中心频率、带宽以及增益，且这种调整是相互影响的。三个可变电阻的阻值是由滑动触点的位置SET确定的，显然SET值的范围为0～1，所以将三个电位器的位置参数分别设置为aG、aBW和aFc。

由于对滤波器的优化设计是交流小信号分析，因此应将分析类型“Analysistype”设置为“ACSweep/Noise”；扫描类型“ACSweepType”设置为“Logarithmic”;“Points/Decade”设置为100；起始频率“Start”和终止频率“End”分别设置为1Hz和100Hz。

为了进行优化设计，在电路图绘制好后，应放置OPTPARAM符号并设置待优化的元器件参数。本例中参数属性设置值如表1所示。

设置好待调整的元器件参数以后，调用PSpiceOptimizer模块并在优化窗口中设置增益（G）、中心频率（Fc）和带宽(BW)三个优化指标。并利用PSpice中提供的特征值函数定义这三个优化指标，具体设置见表2。

调用PSpiceA/D进行模拟计算，在相应窗口中显示中心频率的值为8.3222，带宽为0.712187，增益为14.8106。显然这与要求的设计指标有差距，需要通过优化设计达到目标。

在优化窗口中选择执行Tune/Auto/Start子命令，即可开始优化过程。优化结束后，优化窗口中给出最终优化结果，如图3所示。

由图3可见，系统共进行了三次迭代，自动调用了9次电路模拟程序。当3个待调整的元器件参数分别取aG=0.476062；aFc=0.457928；aBW=0.702911时，可以使3个设计指标达到G=10.3499，Fc=9.98953，BW=1.00777。

可见，对电路进行优化设计后，电路指标均能满足设计要求。另外，完成优化设计后，还可以从不同角度显示和分析优化结果。

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2结构设计优化技术的现实意义

结构设计优化技术能够在很大的程度上满足人们对于房屋的多方面要求，具有较强的现实意义。作为购房者希望能够得到一所价格适中，外观美，安全的房屋，而通过结构设计优化技术应用后的房屋则能够保证房屋的适用性、经济型、安全性，能够建造出满足人们要求的房屋。此外作为房屋的建造商来说，能够使建造出的房屋迎合购房者的胃口，并且能够在很大的程度上降低建造的成本，实现经济效益的最大化是其根本目的是可遇而不可求的。以往的房屋设计很难满足建造上的所有要求，经常出现不可兼得的局面，但是当结构设计优化技术得到运用后，建造商的一系列愿望都得以实现。由此看来，结构设计优化技术具有加强的现实意义。

3结构设计优化技术

在建筑结构设计中的步骤房屋工程结构优化通常包括以下几个方面:基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、维护结构方案的优化设计以及结构细部设计的优化设计。这些方面的设计优化内容还包括选型、受力分析、造价分析等，在实际的施工中密切的结合实际的施工情况，追求优化的实际应用性，围绕提升房屋的综合价值进行优化设计。使设计出来的房屋造型美观同时还能够满足人们对于安全、经济的要求，设计出真正的经济适用房。

3．1建立结构优化模型

结构优化设计通常情况下分为两部分，一部分是结构优化设计模型，另一部分就是结构优化计算方案。所谓的结构设计优化就是变量中选择出主要的参数，然后根据数据分析建立起函数模型，运用函数模型借助较为科学的方法计算出最优解。建立模型的步骤一般有以下几步:一、选择合理的设计变量。设计变量的选择对于模型的构建具有重要的意义，设计变量的选择将会影响到对设计要求影响较大的参数的选择，进一步涉及到参数重要性的区分问题。选择出了合理的设计变量在很大的程度上能够减少计算编程的工作量;二、确定目标函数。首先找出满足函数条件的最优解，然后确定约束条件。在房屋的优化设计中存在着很多的约束条件，其中有:应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从弹塑性约束等，在进行优化设计时要确保所有的约束条件都在规定的范围内，能够满足设计规范，即在规范条件内满足约束条件。

3．2设定优化设计

计算方案结构的优化涉及到很多的约束条件以及变量，因此在进行计算时需要将所有的约束条件转化成非约束条件，充分的考虑变量因素，运用各种数学计算方法做好计算方案的设计工作。

3．3程序设计

在构建好结构优化模型、设定好优化设计计算方案后就可以在以上基础上进行程序的编写，然后将编写好的程序导入计算机中，在进行计算时只需要将相关的数据输入相关的变成或者是系统中，通过计算机程序的自行计算便能得出相关的结果。

3．4结果分析

在得出计算结果后，对其进行分析，进而确定出最佳的方案。在实施结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤时，要注意各方面的因素，要能从多方面进行考虑，保证所有的问题的难度降到最低。房屋的建设本身就是一项花费资金较多、耗费人力较大的工程，实施结构设计优化技术的主要目的就是为了将相关的成本降到最低，同时保证房屋的质量以及美观。因此在建造是要注意以下几个方面:处理好经济与技术之间的矛盾。在进行设计时，肯定会涉及到经济的问题，并且技术在一定的程度上与经济也会存在这矛盾，技术的引用和实施必然会涉及到经济因素，但是最为建造商对此要有充分的认识，能够认识到经济与技术之间矛盾存在的必然性，能够理解到技术做带来的经济方面的节约量将会远远超过耗费量，要大力的引用技术。

4结构设计优化技术的实践应用

中要注意的问题结构设计优化技术的实践应用能够带来巨大的经济效益，但是要注意的是实践应用的过程中有很多的问题是不能够忽略的，作为设计者和建造者对于这些问题应该要投入一定的关注。

4．1前期的参与

前期方案的制定将会直接的关系到建筑的总投资问题，但是，当前房屋建设工程中存在的问题就是结构设计优化技术并没有参与到前期方案的确定中，这种情况下，设计人员往往会忽略其实际应用性和经济性，在最后的实践过程中得以证实的是结构设计优化技术根本就没有发挥到节约建造成本的目的，导致这个问题的主要原因就是缺乏前期的参与，因此一定要注意结构设计优化在方案制定时的前期参与。

4．2概念设计

结合细部结构设计优化概念设计与结合实际情况进行设计具有重要的区别，一般概念设计都是脱离实际数据的，不具有准确性，因此在进行计算式难免会出现较大的差异。在进行概念性设计时，作为设计人员要充分的认识到数据的重要性，将相关的数值运用到设计中，作为辅助依据。在设计时，设计人员既要在宏观上把握整体的设计，与此同时在细节方面也要注意，做好细部结构的设计优化工作，保证细部工作的无误，从而保证整体的效果。比如:材料强度、抗拉能力等多方面细部因素的考虑能够在很大的程度上保证结构优化设计技术的实践应用。