时间：2023-06-06 08:59:16
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇优化设计，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词:输水渡槽;优化设计;
渡槽是跨越山谷、洼地、河流、道路、等的架空输水建筑物,由槽身、支架、支座等组成的输水系统,是渠系建筑物中应用最广的交叉建筑物之一。在保证渡槽设计的合理性、实用性、经济性和安全性的前提下,减少人力、物力和财力去进行渡槽的设计,寻求一种经济合理、使用方便、高效的渡槽优化设计方法,具有显著的经济效益。
1模型的建立
1.1建模思路
输水渡槽常用的断面形式有矩形、梯形、弧形底梯形、弧形坡脚梯形和U形等,断面的选择主要依据当地工程习惯和经验。通常所说的渡槽水力最佳断面指在流量一定时,过水断面面积最小、湿周最短的断面形式,这样能节省用料和用工,减少沿程水头损失。满足水力最佳断面设计的渡槽断面往往是窄深式的,虽然工程量小,但不便于施工及维护,不能达到经济的目的。实际上工程“最佳”应该从经济、技术和管理等方面进行综合考虑,因此应求一个宽浅的断面,使其水深和底宽有一个较广的选择范围,以适应各种情况,而在此范围内又能基本上满足水力最佳断面的要求,即采用实用经济断面。
笔者从优化设计渡槽槽身形状入手,分析影响渡槽施工总投资的因素,以渡槽建设的总投资最小为目标函数建立模型。
1.2目标函数的确定
在满足各项设计要求(约束条件)的前提下,使其投资费用最小:
式中:Z为总投资额; Z1为渡槽槽体投资; Z2为施工准备费用。
由于施工准备费用(如施工预备费、地基处理费等)对某一工程投资来说变化不大,因此重点研究在渡槽设计流量Q、渡槽糙率系数n、渡槽纵比降i一定时,渡槽槽身断面的优化比选设计。
2常用渡槽断面设计
2.1水力计算基本公式
过水断面面积、湿周等都是渡槽断面几何尺寸的参数。
式中: v为流速,m /s;Q为渡槽设计流量,m3/s;R为水力半径,m; i为渡槽纵比降;A为渡槽过水断面面积,m2;n为渡槽糙率系数; c为谢才系数。
实用经济断面和水力最佳断面之间的关系为
式中:R1、A1、χ1分别为实用经济断面的水力半径、过水断面面积、湿周;R0、A0、χ0分别为水力最佳断面的水力半径、过水断面面积、湿周;α为水力最佳断面与实用经济断面的过水断面面积之比。
2.2梯形断面设计
梯形渡槽断面见图1(a),其水力最佳断面主要水力参数之间的关系 如下:
式中:h0为水力最佳断面的水深,m; b0为水力最佳断面的底宽,m;m为边坡系数。
梯形渡槽的实用经济断面主要水力参数之间的关系如下:
式中:k为过水断面面积系数;k′为湿周系数。
当m =0时,梯形断面转化为矩形断面。
2.3U形断面设计
U形渡槽断面见图1(b),其处于水力最佳断面时水面线刚好通过圆心。U形渡槽水力最佳断面主要水力参数之间的关系如下:
式中:θ为圆心角,rad;m为上部直线段的边坡系数,m =cotθ。
U形渡槽的实用经济断面主要水力参数之间关系同式(10)和式(11)。当m =0时,U形断面转化为底部为半圆形的U形断面。
3差分进化法确定渡槽相关参数
为了满足实用经济断面的要求,使水深和相应的底宽有一定选择范围,底宽不宜太宽,水深不宜太深,α一般取值为1.01～1.04,取α=1.02。取不同的边坡m时,梯形和U形渡槽实用经济断面的过水断面面积A1和湿周χ1的变化情况利用matlab软件计算,根据计算结果绘制过水断面面积系数k、湿周系数k′与边坡系数m的关系,分别见图2、图3。
由图2和图3可知:m从0变化到1时,梯形断面的过水断面面积和湿周都有一极限值点,m经过加权取值,当m为0•553 8时,对应的过水断面面积和湿周分别为
A1= 1.654 6
X1=3.524 6
m从0变化到1时,U形断面的过水断面面积和湿周的值都呈单调上升,其边际值变化不同。当边坡系数m从0变化到0.25时,A1和χ1的增长率最小。常用实用经济断面A1和χ1优化排序见表1。从表1可以看出,当Q、n、i一定时,U形断面A1和χ1的最大值比梯形断面的最小值还要小,由此说明U形断面比梯形断面实用。矩形渡槽实用经济断面和底部为半圆形的U形断面的过水断面面积相差8.34%,湿周相差22.19%,因此底部为半圆形的U形断面为渡槽设计的最优断面。
4结语
关键词：艏部舷墙； 有限元； 优化设计
中图分类号：U661.43文献标志码：B
0引言
艏部舷墙具有防浪作用，并能确保船舶摇摆时船员及乘客的安全.舷墙有参与和不参与船体总纵弯曲两种结构形式.舷墙参与总纵弯曲，对舷墙本身要求较高，且不利于甲板排水，现代船舶设计中已经很少采用.[1]因此本文对船艏部舷墙设计不参与总纵强度，只承受波浪冲击载荷以及系泊设备局部载荷.在船舶结构设计领域，有限元的引入能很地好解决安全性与经济性的矛盾.对于结构分析而言，其目的不仅是校验结构强度，更应着眼于结构优化设计，这是未来船舶设计的趋势.本文以舷墙为例，简单介绍船舶结构设计及优化分析流程.
1舷墙规范设计
舷墙一般由舷墙板、支撑肘板及平台板组成.艏部舷墙设计时，参考艏部具体线型、系泊设备及《散货船共同结构规范》，给出合理结构布置.其基本形式见图1.
针对不参与船体总纵弯曲的舷墙，《散货船共同结构规范》给出具体规定.[2]
（1）舷墙高度.露天干舷甲板及上层建筑甲板的舷墙高度应不小于1.0 m.一般船舶的舷墙外形皆按型线考虑，但对于艏部，若舷墙过于外倾，对船员操作会带来不便，故可向内倾斜.
4结束语
根据通用规范设计艏部舷墙的结构型式和构件尺寸，使用有限元分析进行屈服和屈曲强度校核.根据初步校核结果，调整构件尺寸，优化舷墙结构设计，最后结合其它约束条件，得到舷墙最佳设计方案，即在满足屈服和屈曲强度要求的同时，重量减轻18.6%.
优化过程体现有限元分析在船体结构优化设计中的重要作用，也为舷墙及船舶其它部分结构的优化设计提供了设计思路.
参考文献：
[1]中国船舶工业总公司. 船舶设计实用手册[M]. 国防工业出版社， 2000.
关键词：混凝土配合比优化设计
中图分类号：TV331文献标识码： A
混凝土配合比优化设计方法需要根据经验表格确定用水量和砂率，在用水量和砂率确定后，才能进行配合比设计。
一、关于混凝土配合比优化设计内容
1.原材料的选择。普通混凝土一般所需要的水泥、水、粗骨料、细骨料4种材料, 对于目前出现的高性能混凝土除去以上4种材料外, 还需要高效减水剂和活性矿物掺合料。
2.混凝土的抗压强度。对于高性能混凝土, 混凝土的抗压强度与其他耐久性相比, 强度试验仍容易进行, 而且, 高性能混凝土的许多性质, 诸如: 抗渗性、弹性模量等均直接与强度有关。尽管实际结构中, 混凝土的受力是复杂的, 但单轴压力试验最容易进行, 混凝土的单轴抗压强度已广泛地作为混凝土强度的通用指标。对于混凝土(或高性能混凝土)的抗压强度的因素, 除了原材料外, 一些配合比参数如: 胶结材料、胶结浆体数量、水胶比是主要的影响因素。
3.混凝土的工作性。混凝土的工作性(workab ility) , 又称为和易性。是指混凝土拌合物易于施工操作(拌合、运输、浇筑、捣实)并能获得质量均匀、成型密实的性能。工作性是一项综合的技术性质, 包括流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。
4.配合比设计方法。近年来, 人们总结出多种混凝土的配合比设计方法, 大致可分为三种。第一理论分析方法，如法国路桥中心F.De Larrard等基于最大密实理论, 提出了优化高性能的混凝土配合比设计的数学模型。第二半经验半试验方法。这种方法基本要点:对适当的粗骨料, 为得到高的体积稳定性, 胶结浆体与骨料的体积分别占35% 和65%为宜；根据混凝土强度等级确定用水量；胶结材料根据具体的情况可有不同的选择；高效减水剂的掺量可取1%；混凝土的粗细骨料体积比对强度等级不同的可取相对应的比例。第三经验性的方法，这类方法基本上是完全建立在实验的基础上。如: 法国路桥中心( LCPC)提出的用胶结浆体进行流变试验。冯乃谦等根据高性能混凝土所处的环境及技术要求的不同, 即根据不同的耐久性要求, 提出的配合比设计方案。
二、关于混凝土配合比优化设计方法
图1 砂及粗骨料的级配曲线
1.材料和实验设备
（1）材料的制备。第一砂的化学成份。砂为细骨料, 用于填充砾石等粗骨料的空隙并共同组成钢纤维混凝土的骨架。本试验所用砂根据土的工程分类标准(GBJ14590), 由标准筛确定分级, 范围从细到中（图1)，细度模数为1.8, 密度为2.6g/cm3, 级配良好, 洁净, 灰和粘土含量极少。第二碎石的性能。碎石通过压碎石灰岩得到, 是组成钢纤维混凝土的骨架材料,为粗骨料。碎石颗粒表面较粗糙, 富有棱角, 能产生良好的机械嵌固性能, 与水泥浆有较强的粘结力。本试验所用碎石有两种级配( 图1可见有3/8和8/15)。表1给出砂、碎石的物理、形态和机械性能.。第三水泥成分。水泥为胶凝材料, 把砂、石和钢纤维胶结成整体。本试验所用水泥是425号普通硅酸盐水泥。该型号水泥容易生产而且在中国建筑行业使用广泛. 其密度为3.6 g/cm3, 比表面积为3600cm2/ g.根据Bogue法得到的主要矿物成分见表2。值得注意的是, 由于氧化物在C3S替换了某些CaO成分, 所以Bogue法低估C3S的含量, 而高估C2S的含量。第四减水剂,本文所用减水剂密度为12, 干燥物含量为21.25%。减水剂为表面活性剂, 可增大混凝土拌合物的流动性, 减少用水量,降低水灰比, 提高混凝土强度, 减少混凝土拌合物泌水、离析现象。
表1试验所用砂及碎石的物理、形态参数
表2 硅酸盐水泥的矿物成分( 质量百分比)
2.试验设备及原理介绍
（1）钢纤维混凝土拌合料的和易性指拌合料能保持其成分均匀, 不致发生离析现象和易于施工操作的现象.：是包括拌合料的流动性、粘聚性和保水性等方面的一项综合性技术性能.。通常和易性是测定拌合物的流动性(或称稠度)。稠度的测定方法有三种: 坍落度法、维勃稠度法和倒置坍落度筒法. 坍落度法用坍落度值表示, 此法适用于坍落度值不小于20mm的钢纤维混凝土拌合料的稠度. 维勃稠度法适用于维勃稠度在5-30s之间的钢纤维混凝土拌合料稠度测定, 用维勃(VB)值时间表示。由于在混凝土拌合料中加入钢纤维后, 钢纤维在拌合料中形成网状结构, 而且钢纤维的表面积很大, 使拌合料内部摩阻力加大, 阻止拌合料的流动, 从而引起稠度的明显降低. 纤维的体积率和长径比越大, 纤维表面越粗糙, 其流动性降低越明显. 试验表明: 经振捣后钢纤维混凝土拌合料的流动性与未加钢纤维时的流动性相近. 因此, 用坍落度表示其稠度, 有时不能完全反映钢纤维混凝土拌合料的稠度, 尤其对半干硬性和干硬性钢纤维混凝土拌合料更是如此. 当钢纤维混凝土拌合料坍落度小于20mm时, 测值不敏感, 误差较大。维勃稠度法当维勃稠度VB值在5-10s时, 误差也较大。
图2测量和易性装置( LCL测试仪)
（2）为此, 本文试验采用特制的LCL仪(见图2)测试和易性, 用拌合料流动时间表示. 该仪器由具有光滑不变形表面的棱形金属模板组成, 配有振动棒。可拆卸的金属隔板倾斜角度为38°, 将LCL仪内部分割成两个独立空间。由图2可知, LCL和易性测试仪中连续的试验过程为: 将纤维混凝土注入模板；搅拌振动均匀；去掉金属隔板(开始计时)；纤维混凝土流动到指定位置(计时结束)。与维勃稠度测试方法和坍落度测试方法相比本法有两个优点:第一维混凝土拌合料数量比坍落度测试方法可多5倍, 这样所测结果更接近于工程实际中的真实情况, 更具有代表性。第二由图2可见, 纤维混凝土的流动性更具有动态, 可更好地模拟施工过程中模板内部的纤维混凝土性能。在拌合料试拌时, 需要水量与固体颗粒的表面积以及孔洞体积有关。适当增大水灰比和用水量有利于钢纤维的分散均匀性。 但不能单纯依靠改变用水量来调整其和易性, 而应在保持水灰比不变的条件下, 调整水泥浆的用量以满足和易性要求, 否则会影响其强度和耐久性。在此假定基础上, 本试验选取不同外加剂、水泥和水用量, 但保持水灰比为常量。
3.试件准备及试验过程
（1）纤维混凝土的各成分用量如下:水泥: 350kg/m3。砂: 758kg/m3，碎石: 1073kg/m3 ，水: 215kg/m3 (该数值考虑拌合料的吸水性能)拌合时, 各组成材料的投放方法和顺序与普通混凝土不同。本文试件需要的混凝土在50L的搅拌器里一次性配好. 在添加液态减水剂后, 采用特定的搅拌方法: 干搅拌碎石30s, 干搅拌水泥和碎石30s, 加水搅拌180s, 加入不同体积率的减水剂和钢纤维后搅拌150-210s。随后取出钢纤维混凝土并将其倒入钢模板内, 采用振动台上振捣以使其密实. 振捣时间与钢纤维的体积率、长径比有关。24 h后, 拆除模板，随后在22 ℃ 条件下养护28天后进行力学强度试验。
（2）和易性的测量。影响钢纤维混凝土拌合料和易性的因素,主要有钢纤维的体积率和长径比、水泥浆用量和稠度、砂率骨料性质及外加剂等。因此测量素混凝土与纤维混凝土和易性的方法通常有所不同。本文试验测量LCL测试仪内部的混凝土在准静态振动条件下流出指定位置处所需要的时间。
4.试验结果。本文试验过程中首先采用5组不同的纤维体积率,分别为0(素混凝土) 、0.5%、1%、1.5% 和2%, 其次采用7组百分含量不同的外加剂, 分别为0、0.5%、1%、1.25%、1.5%、1.75%和2%. 试验过程包含有35种完整的纤维和外加剂组合。对每一组配制组合均采用LCL测试仪测量纤维混凝土流动时间。图3中给出了7条不同的和易性时间随纤维体积率变化的曲线。
图3 和易性时间随纤维含量变化
5.讨论。从本文的试验结果, 可以得到以下结论:第一本文提出纤维混凝土的配合比优化方法。试验中保持水灰比为常数, 取外加剂成分、水和水泥数量为变量。第二纤维混凝土采用本优化设计方法远强于Swamy 法，得到的纤维混凝土机械性能更佳。Swamy 法在素混凝土或低纤维含量时结果好, 而本优化方法在高纤维体积率时效果明显。第三添加剂成分在小于1%时, 纤维混凝土的可适用性很差, 和易性不佳。第四本优化设计法兼顾了纤维混凝土的和易性与强度, 给出了最佳的纤维体积百分率区间为0.23%-0.73% , 对工程上的应用有一定参考价值.
目前，混凝土技术已经有了很大的进展, 混凝土的强度也已经远远超过了工程所需要的范围, 对混凝土的技术要求也已经达到很高的程度。合理的混凝土配合比设计应该在符合相关规范给出的包括强度、工作性、均匀性等性能要求的前提下, 确定各种成分的用量, 以此来获得最经济、最适用的混凝土, 而利用经典的设计方法很难达到这些目标。因此针对更多性能要求的混凝土进行合理配合比优化设计成为迫切的需要。
参考文献：
[1]耿标.关于混凝土表面气泡问题的分析.中华建设,2008（12）：90-91
[2] 张戈.论混凝土建筑墙体表面气泡成因与防治措施.现代商贸工业，2010（16）：385-386
1.1膨胀节腐蚀、破损严重，波形失真。
膨胀节材质为低合金钢，夹套内熔盐的温度一般在在450°，低合金钢425°长期使用的情况下，会有石墨化倾向，导致膨胀节变脆，失去补偿功能，降膜管补偿量不够造成降膜管变形损坏。
1.2分配器碱进口碱液的均匀程度对降膜管影响很大。
如进液不均匀，易使降膜管内液膜太薄或形成干壁区，由于其与非干壁区温差很大，在应力的作用下易造成降膜管变形损坏。
1.3据用户介绍，在片碱生产中，有时片碱浓度达不到规定要求。
可以通过提高熔熔盐温度来实现。如熔盐温度过高，会引起熔盐的分解，不但使膨胀节因补偿量的增大而变形失效，也使夹套材质变形失效。用户提供的破损的降膜管夹套材质为ST37.8/Gr1钢管，德国的材料牌号，相当于国产的10#钢管，使用温度为450°，基本已达到其允许使用温度上限（475°），一旦超温使用，应力值严重下降，从而引起降膜管的变形损坏。
1.4设备主法兰为板式活套法兰，刚性较差，在高温作用下变形、翘曲，不能保证密封性能。
2降膜管的改进
2.1对降膜管材质进行改进。
根据现行的JB/T4756-2006标准，300℃以上N6已无强度计算数据，在高温下N5更为合适。因此降膜管内筒材质改为国产低碳镍N5。
2.2对原膨胀节进行改进。
针对原膨胀节存在的问题.我们对补偿量做了适当增加。膨胀节由上海永鑫波纹管公司提供，膨胀节5(0.3X5)层10波，位移保证21mm。材质由低合金钢改为补偿功能更好的不锈钢。
2.3分配器碱进口处增加环形挡板，以提高碱液的均匀分配程度，减少干壁现象的产生。
见图1。
2.4在熔盐进口处增设锥形挡板，以减少熔盐对降膜管的影响。如图2。
2.5走熔盐介质的夹套材质改为不锈钢。
其使用温度上限为700℃，弹性模量，线胀系数均较10#钢管有较大的提高。
2.6在夹套管外表冲压凹槽。
每隔90mm旋转90°，槽底与内筒管间隙1.5mm.主要用来防止降膜管夹套堵塞，同时增加熔盐湍流，提高热交换能力。
2.7设备主法兰由板式活套法兰改为带颈活套法兰。
增加刚性，防止变形，而影响密封性能。
2.8降膜蒸发的成膜原理。
在与用户的交流沟通及降膜蒸发的成膜原理中我们知道，降膜管垂直度对成膜的均匀有较大影响，如果不垂直，碱液在管内会形成偏流，导致膜厚薄不均，甚至出现断流的现象，从而引起降膜管的变形损坏。因此增加降膜管的技术要求，对其内筒与安装基面提出垂直度要求。
3结束语
关键词：高层建筑；基本理论；结构优化设计；设计方案
中图分类号：TB482.2 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2013）06-（页码）-页数
1.优化设计的基础理论
随着我国经济高速发展，就现阶段建筑业而言，城市中高层建筑物与日俱增，遍布城市的每个角落。因此，高层建筑结构优化设计的重要性就显得越来越重要。目前，从整个建筑发展形势上来看，高层建筑在所占建筑类型中的比例会越来越大。理论上来讲，当土地的面积基本固定，而当今社会人口增长速度过快，这样就必然要求人类的居住位置纵向发展。从现在的建筑水平来讲，建筑高层或超高层住宅是今后整个建筑行业的重点。
在建筑工程的决策阶段中，确定结构优化设计所要达到的总体目标，满足本体功能，最大程度保障安全性，缩减投资成本；在建筑工程的设计阶段，确定每一个子系统及整体结构的优化布局；在建筑工程的建设阶段，以结构优化设计为建设原则，组织建设好每一个子系统从而实现整体结构优化布局。决策阶段结构优化选择是关键，设计阶段结构优化设计是核心，建设阶段结构优化建设是基础。如何做好结构优化：首先，要选择合理的结构方案，其决定了整个设计的好坏成败。因为对同一个建筑设计方案而言，结构设计不是唯一的，不同方案会使工程质量和工程造价产生很大差别。其次，进行正确的结构计算，一体化计算机结构设计程序的应用和完善，帮助结构工程师能越来越轻松的进行计算分析，使得结构设计更加经济和合理。再次，要提高材料的利用率，因为结构设计的目的就是花尽可能少的钱，做最安全适用建筑，这就要求结构设计时对材料选用要合理，利用要充分。还有，要正确合理的运用和理解《规范》，其是我们设计中必须遵循的标准，是国家技术经济政策，科技水平以及工程实践经验的总结。
2.结构设计的基本要求
2.1满足耐久性和安全性要求
住宅实行商品化后，应为住户的耐用消费品，使用寿命长是区别其他消费品的最大特点。因此，结构耐久性和安全性是住宅结构设计最基本的要求。结构体系的选择以及材料的选用，都应有利于抗风抗震，以及使用寿命期间改造维修的可能性。
2.2满足舒适性的要求
住宅建筑设计应为住户起居舒适性的要求提供条件，例如，多种户型要灵活分隔室内的空间，人居的热光声的环境等要求，给居住的人创造一个舒适的环境。结构方案还应该考虑到住户在日后改变分隔的空间的可能性，当采用剪力墙结构的时候，宜采用大开间的布置。
2.3满足经济性的要求
结构设计时应根据房屋的建造地点、层数多少、平立面体形，在满足耐久性、安全性和舒适性要求的前提下采用经济又合理的结构体系，在构件设计中应该精打细算，要严格执行规范构造要求，注意避免不必要的铺张浪费。尤其是在地基基础设计中更要注意此方案的经济比较，因为地基基础的设计方案是否合理对房屋造价非常重要。
3.高层建筑中的优化设计方案
3.1房屋结构周期性折减系数
房屋框架结构和顶盖等结构设计中，因为填充墙体存在使结构实际表现刚度大于设计计算刚度，计算周期也会大于实际周期，所以当算出结构剪力偏小时，会使房屋的某些结构不安全，而应该对房屋结构计算周期适当的进行折减，这样能达到很好的效果，但是对于房屋框架结构，计算的周期不宜折减或折减系数取小。
3.2耐久性的优化设计
在之前大部分混凝土结构设计方案中，很多没有充分考虑到建筑结构设计耐久性，也就是保证高层建成之后，在合理使用期限内，要能满足用户正常使用要求。但是很多的设计未能达到，造成此现象的根本原因是没有充分考虑到建筑结构在使用的过程中，由于遭受条件和使用环境变化最终造成房屋结构损伤，引起房屋可靠度指数下降。对一般高层混凝土结构设计来说，低造价和省材料设计都应为满意的结构设计，但随着人们生活水平的提高和在实际工程中，有时在其他使用要求或技术指标上升为设计主要矛盾时，设计者们就要放弃对经济的单纯追求。所以当选以高层混凝土结构优化为设计的主要目的时，就应依据设计所要面对的关键性问题，分清主次，选多目标或单目标来实施优化，达到满意效果。
3.3房屋结构抗震性设计
在工程图纸设计过程中，房屋结构按抗震设防分类，房屋抗震等级可根据房屋高度、烈度以及结构类型按国家《抗震规范》确定。地震震力振型组合数据对建筑应当不考虑耦联扭转计算；当振型数大于3的时候，应取3的整数倍计算，但数据不能大于建筑物层数；当房屋层数不大于2时，振型数则可取房屋层数。对于不规则房屋的结构，应考虑扭耦联转，对高层房屋建筑来说，振型数应取不小于9；房屋结构层数多或房屋结构刚度突变系数大的话，振型数则应多取，例如结构中含多塔结构或顶部有小塔楼和转换层等，振型数应取不小于12的数，但其大小仍不能大于房屋总层数3倍，除非其含有弹性定义的楼板，而且采取总刚性分析的时候，振型数才能够取的更大。
3.4地下室的层数处理
多层房屋框架结构房屋一般都设置地下室结构。由于隔墙较少，故常采用的是板筏基础。设计计算时将上部结构与地下层数结合在一起，并在图纸中按实际的地下室的层数计算。如此一来，计算基础底板以及地基纵向荷载可一次设计完成。同时通过侧层移刚度性系数比较，可以调整和判断房屋相应嵌固位置，适当加固构造措施，保证楼板最小配筋率和厚度。当房屋结构纵向不规则时，要验算其最薄弱层。
3.5合理使用高强钢筋与高强混凝土
高层建筑的总造价一般都包括框架结构材料、施工和基础的物料费用等，其中用钢量以及构筑件截面积对房屋造价影响较大，故在建筑设计中合理使用高强混凝土与高强度钢筋可有效降低用钢量，节约建筑成本。若高层建筑设计位于厚软地基上，那么由于坐落在地基上的荷载大，合理使用高强钢筋和高强混凝土来优化构件的截面积，减轻结构重量，将会显著降低工程造价及基础设施施工难度，取得较好经济效果。对于震区的高层楼房来说，地震力作用的大小与建筑物的自重相关，人为地减轻建筑物的自重，降低结构在地震的荷载，可提高建筑物的安全性。在设计中高效地使用高强钢筋及高强混凝土，能快速有效的缩小梁墙板柱等构件截面积，达到建筑造价目的。
3.6框架梁以及柱箍筋间距
房屋柱箍筋和框架梁等加密区的最大箍筋以及最小箍筋直径间距应该符合规定。依据规定，工程上取柱箍筋与梁的加密区最大间距为100mm左右，非加密区箍筋最大的间距为200mm左右。通常在柱箍筋和内定梁加密区间距为100mm左右，以此为计算依据算出加密区箍筋面积，工程师要依据规范确定肢数与箍筋直径。而在程序内定的条件下，当房屋的框架梁跨中有较大的其他荷载或次梁存在而又只有两肢箍筋情况下，非加密区箍筋间距应采取200mm左右，使房屋梁非加密区的配箍充足，故建议内定梁箍筋改为梁非加密区取200mm。既可保证梁箍筋加密区抗剪切能力，同时又增加梁非加密区抗剪的承载能力，使梁强抗剪性能更加充分体现出来。
4.结语
结构设计不仅是对建筑物本身功能的设计，还关系到建筑物的建设成本，这就需要设计人员优化结构设计，降低建设成本。其优化目标就是实现建筑的本体功能性、安全性、经济性与环保性。为了实现这一目标，未来的从事结构设计者将遵循功能性、安全性、经济性、环保性四位一体的设计思路，真正实现未来建筑结构的优化升级，为人类提供一个更好的物质生存与发展环境。
参考文献
1 传统工业的优化设计应用
传统机械优化设计方法大多应用于机械结构和零件功能的优化设计，针对机械结构的性能和形态进行优化。在机械结构上，内点罚函数优化法，能够对刚度和压弯组合强度结构进行良好的优化，既能够满足尺寸要求又能良好的控制结构自重。在形态方面，典型的是轴对称锻造部件的毛坯形状的优化。在性能方面，采用坐标转换法和黄金分割法对部分两岸结构进行优化设计，使得机械结构更加准确保持运动平衡性，提高了传力性能。这样看来，传统机械优化设计方法依然能够取得良好的效果，所以在机械设计发展中不能忽略传统优化方法的
作用。
2 现代工业的优化设计应用
现代高新设计方法在机械优化设计中的应用已越来越广泛。但应该看到，现代的设计不仅仅是单一的完成给定产品的设计，而应该要将产品使用及设备维修等因素统一进行考虑。所以，机械优化设计在强调环保设计和可靠性设计等考虑综合性因素的机械优化设计应用工作更为活跃，机械优化设计的应用领域更加广泛，涉及到航空航天工程机械及通用机械与机床的机械优化设计；涉及到水利、桥梁和船舶机械优化设计；涉及到汽车和铁路运输行业及通讯行业机械优化设计；涉及到轻工纺织行业、能源工业和军事工业机械优化设计；涉及到建筑领域机械优化设计；涉及到石油及石化行业机械优化设计；涉及到食品机械等机械优化设计。机械优化设计的应用还能够解决具有复杂结构的系统问题。
2.1 优化设计网络软件的应用
优化算法的研究已经有所成绩，利用网络平台逐渐开发一些工业化在线优化软件，便于工业设计使用。对于在线机械优化设计软件来说，亟待解决的问题就是模型问题，对于非常复杂的系统来说，结构、流程、物料和系统参数等，都非常复杂，如果计算对象比较模糊，运算效率会受到严重的影响，这就给在线优化软件带来了巨大的困难。为了解决这种情况，通过合适的算法解决辨别模型，结合神经网络和学习特点进行数据的识别，让在线优化软件也能够良好的应用于各种模型，比如国内比较成熟的 NEUMAX 软件包，基于神经遗传算法的在线优化软件包，都能够良好的实现各种模型的遗传算法，这些软件已经成功应用于甲醇合成机械设计的优化工作中。
2.2 优化设计在MATLAB中的应用
在机械设计中引入优化设计方法不仅能使设计的机械零件满足性能要求，还能使其在某些特定方面达到最优。利用 MATLAB优化工具箱求解机械优化设计问题不仅避免了传统的设计方法中人工试凑、分析比较过程中的繁杂与重复，而且编程简单、结果可靠。在上述实例中，利用 MATLAB 软件中FEMINCON函数求解夹具设计问题，最 终设计的 夹具要比采用传统设计方法设计的质量轻、成本低，并且设计效率高。
2.3 人工神经网络法在机械优化设计中的应用
人工神经网络是人类模仿大脑神经网络结构和功能而建立的一种信息处理系统，是理论化的人脑神经网络的数学模型。人工神经网络从事例中学习，可以处理非线性问题，特别擅长处理那些需要人直观判断的信息匮乏的问题，如不完全数据集合，模糊信息以及高度复杂问题等。人工神经网络应用于优化设计，主要体现在以下两个方面：
Hopfield 网络 2.BP 网络
2.4 模糊优化方法在机械优化设计中的应用应用模糊优化理论能够将设计中的模糊因素和模糊主观信息定量化，通过合理给定约束函数、目标函数的容许值、期望值及其模糊分布 （隶属函数） 来 “软化”边界条件，扩大寻优范围和体现专家的经验、观点和某些公认的设计准则。把模糊技术应用于优化设计建模，其特长不仅在于它善于表达模糊概念，处理模糊因素，而且还可将复杂问题简化，使优化模型更加合理。采用模糊理论建立优化设计模型对求解复杂系统优化设计问题具有重要意义。
【关键词】机械设计；优化设计；方法
引 言
机械优化设计，所涉及的学科众多。其中包含物理学、材料学、应用数学及化学、应用力学以及计算机程序设计等，系处理较为复杂的设计的有效工具之一。此次研究除去阐述优化设计方法，还总结出归纳出无约束优化设计法、有约束优化设计法、基因遗传算法三类优化设计手段，并对三者的特点进行论述，最后，对选取优化设计手段的几大要素进行阐述。
一、优化设计手段的论述
机械优化领域的设计灵魂即是优化设计方法，伴随计算机技术及数学科学迅速发展，解析法、数值分析法及非数值分析法为其所发展经历的三个阶段。
20世纪的50年代初，解决最优化问题的两种最主要的数学方法是，古典的变分法与微分法。此两种手段具计算精准及概念清晰的主要特征，可是，不足之处是仅限于解决一些小型或是特殊问题，于处理大型的实际问题之时，因过大的计算量，无形中增加了计算的难度。
20世纪50年代末，于优化设计中，其求优方法的理论基础即是数学规划手段。该方法是以数值分析为前提，结合已知的信息及条件，最后通过一连串的迭代过程得出问题最优解。但是其相关的理论还是比较简单的，计算的过程亦相对容易，只是计算的量极其大，可是此亦正是计算机所有工作中最为擅长的一项，当然，计算机也就归为了数值优化措施工具中最关键的那一类。
20世纪80年代末，如模拟退火、进化规划、混沌、人工神经网络、遗传算法及禁忌搜索等一些优化方法层出不穷，上述算法经模拟自然现象及规律而获得某些结论，一步步产生具有特点的优化方法，它的内容涉及到物理学、统计力学、数学、生物学、神经学、人工智能等。
二、设计方法
该设计方法被大量的应用到机械工程中，主要是因为它可以在特定的背景中确保方案最为合理，而且不需要使用太多的人力物力。该方法从最初的数值法到后来的数值分析，最后过渡到非数值分析。最近几年由于电脑技术的广泛应用，在设计的时候可以通过合理的选取设计数值进而得到最为优秀的方案，而且还能够大大的缩短用时。将该方法和电脑科技有效的融会到一起，是时展的产物，必将得到发扬。
三、类型和特征简介
1、无约束优化设计法
具体的说分成两个类型，一种是像共轭梯度法、最速下降法、牛顿法等方法，它是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法。另一种是像单形替换法、坐标轮换法等，利用目标函数值的无约束优化方法。
2、遗传算法
该方法是对随机群体不断的演变选择，进而获取最为合理的方法。它非常的类似于自然界的淘汰法则，适应社会发展的必然得到发展，而落后的必然会被遗弃。该方法有两大特点，即能够起到优化整体的作用，同时还有很好的适应能力。它被应用到很多领域中，比如问题诊断等等。最近几年它在工程方面也体现出了自身的巨大价值。接下来就具体的展开论述。第一是它能够论述可靠性问题。第二是能够辨别参数。它能够大体的分辨结论数值，明确了大体的区间之后，再通过遗传措施对设定的数值以及结论数值一起优化处理。第三，能够设计机械方案。为了和目前的编码体系保持一致，其设置了一系列的遗传方法，通过这些方法掌控它的搜索活动，而且通过复制等活动不断的迭代，进而得到最为优秀的方案。除此之外，它还可以应用到很多的其他行业中，比如节能设计以及数控加工误差等。上文讲述了很多它的优点，不过它也并非是完美的。比如目前还无法优化其自身的数值，无法通过新的设置来提升效率，目前的操作方法还不是很完善等等的一些问题。一般采用惩罚函数法求解约束优化问题时，其难点是如何选择合适的惩罚因子。该因子太大的话，会使得搜索工作变得困难，但是如果设置得太小的话，可能造成整个惩罚函数的极小解不是原目标函数的极小解。
3、约束优化设计法
根据处理约束条件的方法不同可分为间接法和直接法。间接法常见的有增广乘子法、惩罚函数法。它是将非线性优化问题转化成线性规划问题或是将约束优化问题转化成无约束优化问题来求解。直接法常见的方法有复合形法、网络法和约束坐标轮换法等。它的本质是创造一个迭代的步骤，确保所有的迭代点都能够在可行区间之中，进而不断的降低数值，一直到最为合理为止。
4、蚁群算法
是通过人工模拟蚂蚁搜索食物的过程来求解旅行商问题，在1991年由意大利学者M.Dorigo等人提出。蚁群算法适合非线性问题的求解，避免了导数等数学信息，对系统优化问题的数学模型没有很高的要求。主要应用在：交通建模及规划电信路由控制、集成电路布线设计、有序排列问题、二次分配、车间任务调度等问题的求解。虽然蚁群算法具有并行计算、正反馈选择和群体合作等优点，但也存在着容易出现“停滞”现象和需要较长的搜索时间两个缺陷。吴庆洪等提出了应用改进型蚁群算法解决有序排列问题，运用新的状态转移规则，讨论不同的轨迹更新规则对仿真结果的影响的一种具有变异特征的蚁群算法，并通过统计数据验证了相对于标准的蚁群优化算法中，改进型蚁群算法的优势所在。
5、模拟退火算法
模拟退火算法，最早在1953年由Metropolis提出，1983年Kirkpatrick成功地应用在组合最优化问题。模拟退火算法是一种通用的优化算法，用以求解不同的非线性问题；能够发挥出良好的收敛性特征，而且适应能力很是强大；对不可微甚至不连续的函数优化，能以较大概率求得全局优化解；能处理不同类型的优化设计变量；并且对目标函数和约束函数没有任何要求；不需要任何的辅助信息。目前已经广泛的应用于：神经网络、图像处理、控制工程、数值分析和生产调度等。这个方法虽然有很多的优点，不过它也存在一些缺点，比如它的效果不是很好，而且整个运算活动耗费的时间非常久。通过上文的分析我们得知了这几种算法本身的优点和缺陷，应该尽量的避免其缺陷，将优势结合到一起，对其进行完善。
四、合理选取方法
通过上文中对设计特征的分析，我们得知要想保证设计合理，就要正确的选取优化方法。这主要是因为即使是一个完全相同的内容它也会存在很多不一样的解决措施。然而并非是并存的这几个措施都能够将问题解决得天衣无缝。比如一些措施会使得设计的最终结果和我们当初的设置不符。要想避免这种现象，就需要我们牢牢此遵守四个基础原则。第一，要保证可靠性好，第二要保证使用的计算程序是合理的，第三要确保其稳定，最后要保证效率。除此之外，还需要工作者的工作经验丰富，只有这样才可以分析相关的函数值，结合复杂性等要素对其进行合理的选取判断。优化设计的选择取决于数学模型的特点，对于只含线性约束的非线性规划问题，最适应采用梯度投影法；对于约束函数和目标函数均为显函数且设计变量个数较少的问题，采用惩罚函数法较好；针对那些求导有难度的要使用直接解法；对于高度非线性的函数，就要选取那些较为稳定的措施。
结束语
从机械产品设计的全局来看，目前比较先进的优化设计，大多数还停留在设计方案后参数优化方面，面向产品设计，应将优化设计拓宽到机械设计产品的全生命周期过程，是适应机械产品设计。随着机械技术不断地发展，在现代科学技术支持下，现代机械先进优化设计技术将进行新一轮的发展。
参考文献
[1]李秀昌.浅谈机械制造中数控技术的应用[J].科技致富向导，2013（9）.
（1）过滤元件。过滤原件是净化系统的最后屏障，是液压系统污染的关键步骤，是主要的元器件，对环境起到一个保障作用，具有一定的实际应用价值。
（2）液压净化系统简化模型。建立简化的模型必须进行推导，利用数学公式建立逻辑模型，通过逻辑模型建立实际应用模型，模型的建立需要一个严谨的推导过程，液压净化系统简化。
2液压净化系统的优化设计
本论文对液压净化系统进行优化选择设计主要从元件级参数设置及系统布局两方面进行阐述，对液压系统进行优化及升级提高环境保护，对机械设备的使用寿命等有一定的延长，提高其工作效率有一定使用价值。
2.1元件级的优化设计
基于以上液压污染动态平衡方程，对过滤元件过滤器进行优化选择，主要从确定过滤时间、过滤比两个方面进行优化选择。
（1）临界时间的确定。临界时间是针对一定污染度油液的独立过滤系统而言，当过滤时间达到，过滤系统的固体颗粒浓度不会随时间的改变而改变，这个时间就称为临界时间。临界时间对元件级的优化设计有一定的帮助，是对整个元件的优化设计有一定指导作用，对元件级的优化设计能顺利进行提供有力保障。
（2）基于Matlab的过滤比的优化选择。通过Matlab的过滤比进行优化选择，对液压系统产生的标准污染油液进行过滤比较。
2.2系统级优化与设计
根据液压系统目标污染度的要求，适当选择过滤管路及过滤器过滤精度，用于滤除系统自身形成的污染和外部侵入的污染，使油液的污染度控制在组件能耐受的污染限度之内。
（1）液压净化系统的布局。液压净化系统在实际使用过程中必须进行合理化地布局，布局采用多种方式，有时候多种方式进行合理布局，可提高过滤效果，增大系统的纳污量，减少清洗次数及延长液压系统的寿命。
（2）不同组合方式的过滤效果。通过实验进行验证，应用一种过滤方式过滤效果一般，通过多种形式与方式进行过滤能产生不同的效果，在工业实际生产过程中，经常选用多种组合方式进行过滤，其过滤效果是非常理想的，应用各种过滤方式的优势，达到一定效果。
3基于HyPneu的仿真验证
一、大型箱体工件表面涂装生产线通风系统优化设计
本文针对工程机械、大型装备等零部件的涂装生产线通风系统的特点，以某一大型工件表面涂装生产线为例，介绍其通风系统的优化设计过程。
1、设计依据
（1）工件最大外形尺寸：12000（mm）×2450（mm）×3000（mm）；（2）工件最大重量：3600kg；（3）生产任务：40000件/年（三班制，22.5小时/天），按每天生产150件计算；（4）生产节拍：8分钟/件（设备负荷率88.9%）；（5）动力条件：电源：三相四线制，AC380V，网络电压波动±15%，频率50±5%Hz；热水：90℃，0.2Mpa；冷水：5℃，0.2Mpa；压缩空气：0.6～0.8MPa；涂装生产线工艺流程：上件底漆喷漆预备底漆喷漆（＞15℃）底漆流平（20-40℃）底漆烘干（70-80℃）底漆强冷面漆喷漆预备面漆喷漆（＞15℃）面漆流平（20-40℃）面漆烘干（70-80℃）面漆强冷下件其中底漆、面漆喷漆室采用文式喷漆室，全自动机器人喷涂；烘干室采用红外加热器辐射加热，所选用的红外加热器对有机气体具有分解净化功能，其有机气体净化率可达到60%。
2、各工位通风风量确定
（1）喷漆室送排风风量计算：对于顶部送风、底部抽风的喷漆室通风量计算，其总的通风量按下式计算:V=3600Fu[1]式中V——喷漆室总的通风量（米3/小时）；F——喷漆室操作的地坪面积（米2）；u——垂直于地坪的空气流速（米/秒）。根据《涂装作业安全规程喷漆室安全技术规定GB14444-93》中规定室内无人操作的大型喷漆室内风速控制在0.25-0.38m/s，这里空气流速取0.25m/s，假设喷漆室内腔尺寸：8m（长）×7m（宽），则总送排风风量：V=3600*8*7*0.25=50400m3/小时（2）烘干室送排风风量确定本烘干室采用红外加热器辐射加热，其自身需要有一定的风量来进行冷却，所需风量为350～400米3/（小时·只），则总送风风量V=（350～400）n，其中n为红外加热器的数量。本涂装线中底、面漆烘干室各采用28只红外加热器，故烘干室送风风量为9800～11200米3/小时。（3）强冷室送排风风量确定强冷室的通风量按下式计算:V=Q/（ρcΔT）式中V——强冷室总的通风量（米3/小时）；Q——强冷室需要带走的热量（千卡/小时）；ρ——空气的密度（公斤/米3）；取1.29c——空气的比热（千卡/公斤·℃）；取0.24ΔT——送排风的温度差（℃）。根据生产工艺，工件温度从70℃降到20℃,需要带走的热量约为15.5万大卡/小时,ΔT取15℃，则强冷室总送排风风量：V=155000/(1.29*0.24*15)=33300米3/小时（4）有机废气最小排风风量确定根据工件参数以及所使用的油漆参数，计算各工位有机溶剂的挥发量，从而确定各工位在安全状态下的排风风量，其参数及计算结果见下表：
3、通风系统优化设计
在传统的涂装生产线中，各工段大都采用独立的送排风系统。喷漆、流平室大多采用车间外直接取风和车间外排风，因此，在黄河以北地区，冬季送风要求加热到25度左右，需要消耗大量的能源。烘干室加热一般采用天然气加热，利用循环热风对工件进行烘干，同样需要大量的热能。强冷室却排放出大量的热风。因此，为充分合理利用能源，必须对其通风系统的设计进行优化，思路如下：（1）为了减少有机废气的排放量，可以考虑喷漆室内排出的空气部分进入循环使用，同时确保喷漆室内的有机废气浓度低于其爆炸下限的25%；同时，根据油漆的施工工艺要求，喷漆室的送风温度要求大于15℃，为节省能源，喷漆室的冬季取风可采用强冷室的排风。（2）流平室的温度要求控制在20-40℃之间，因此考虑采用一套独立的送排风循环加热系统，其中部分气体排出室体，保证流平室内的有机废气浓度低于其爆炸下限的25%；补充新风从强冷室排风管取风，可减少新风的加热量。（3）喷漆室、流平室排出的有机废气送入烘干室内，作为烘干室的红外辐射加热器的冷却用取风，通过加热器对有机气体的分解净化功能，减少有机废气的排放量。底漆部分通风系统流程图如下：系统调节控制的关键点：（1）各循环送排风装置的风机采用变频控制，有利于调节系统中的风量平衡。（2）采用比例式电动定风量调节阀，对关键管路中的风量实行定量控制。（3）保留喷漆、流平室的循环送排风装置中的热水加热段，作为系统中的辅助加热系统。（4）在喷漆室顶部设一紧急出风口，在测得喷漆或流平室内有机溶剂浓度超标时，对室内的气体进行更换。通风系统优化设计前后能耗比较：（1）优化设计前，喷漆室采用车间外直接取风和排风，以冬季加热25度计算，51000立方米的风量每小时需要的加热量为40万大卡，优化设计后，采用循环风并且由强冷室的排风作为补充新风，冬季需要的加热量几乎为零。（2）优化设计前，流平室采用循环加热，并且补充车间外新风，优化设计后，采用强冷室排风作为新风补充，以补充新风比车间外新风平均高25度计算，每小时节省的加热量为1.2万大卡/小时。（3）优化设计前，烘干室采用车间外新风作为加热器冷却用新风，优化设计后，烘干室采用喷漆和流平室的排风作为补充新风，以年平均高出15度计算，每小时节省热量4.9万大卡/小时。（4）优化设计前，喷漆流平室的有机废气采用吸脱附装置，且风量为52500立方米/小时，优化设计后，废气处理量为10500立方米/小时，且由烘干室内的红外加热器进行处理。每小时至少能节省电能45kW。（5）将节省的热能转化为电能计算，预计至少3个月喷漆室需要加热，则涂装线底面漆两部分一年能节省的能源为327万千瓦时。以1.5元/千瓦时单价计算，则涂装生产线一年能节省运行成本至少为490.5万元。
二、结束语
由于每个涂装项目中的工件复杂性和工艺要求不同，所选用的加热方式，通风系统和废气处理方式都不经不同，故我们在设计时，要充分考虑每一工位的自身特点，相互结合，对生产线整体考虑，进行优化设计和合理利用，对节约能源，降低生产成本，减少对环境的污染有着重要意义。
作者：卜荣飞 郑小艳 单位：中国联合工程公司涂装所
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.
1优化方法
优化过程包括：有限元成形模拟、单元场量跟踪、拓扑操作、几何转换等步骤，整个优化策略可参考图1。首先，定义一个背景网格，网格上的单元大小、形状以及规模可以参照实际优化问题确定。背景网格上的单元处于激活与非激活两种状态，并可通过单元增删操作改变其激活状态。迭代过程中，所有处于激活状态的单元构成了预成形的拓扑结构。优化程序运行前，采用椭圆作为初始的预成形形状，并转换成拓扑结构，以用于后续单元增删操作的原型。初始预成形以及随后每次迭代过程中生成的预成形模型都将进行成形过程的有限元模拟。优化程序将自动对模拟结果进行分析处理，并计算优化目标函数是否满足预设条件。如满足，则迭代过程中止，优化进程结束，输出当前的预成形结构作为优化结果；如不满足，则执行以下的拓扑优化程序。
2有限元分析模型
工件材料为镍基合金，初始的预成形为一近似椭圆，最大外廓尺寸约为19.3mm×5.6mm，其面积约为理想锻件截面积的119%，采用四边形等参单元划分网格，其流动应力应变模型可参考文献[16]。锻造过程模拟工件采用的是刚黏塑性有限元模型，模具为刚性体设置。背景网格总体为矩形轮廓，单元形式为边长0.1mm的正方形，单元总数15296、节点数15600。始锻温度1010℃，模具温度250℃。锻造过程中的工件与模具传热系数为11kW/m2•℃、摩擦因子μ=0.3。成形过程中，上模速度为200mm/s，下模不动。目标函数收敛值为0.05。有限元模型如图4。
3模拟结果分析
未优化的预成形锻后毛边较大，过多的金属在流经模腔两端较窄的边缘时，产生剧烈的变形并导致锻后制件在两端存在较大的等效应变，如图5a所示。从三种优化模型上看，随着预成形进化的过程，所有模型的锻后毛边都在逐渐减小，高应变区的等效应变值也都有所下降，但是两种基于应变准则的模型在改善金属流动、缓解高应变方面要明显优于静水压力的优化模型；从优化外形上看，基于应变增量偏差的优化外形最为简单，这有利于降低预成形件的成形难度，如图5b、5c、5d所示。图6给出了三种优化模型的最大最小等效应变差随迭代进程的变化情况。虽然在10次优化结束时，所有模型的应变差值相对初始值(2.17)都降低，但是基于静水压力的应变差值在优化过程中出现波动；而基于应变的优化模型则总体呈下降趋势，并且优化结果要优于静水压力优化模型，应变的总体变化幅度明显减小，变形均匀性显著提高。图7给出的是三种优化模型锻后单元总体等效应变标准偏差随迭代进程的变化情况，标准偏差S.D.计算方法如公式7，该指标可直接反映变形体单元变形均匀程度。由图所示，静水压力模型在优化过程中，其等效应变标准偏差变化无显著规律。与未优化前相比，10次优化后的标准偏差值无明显减小，这表明基于静水压力准则的预成形优化并未有效改善锻件成形的变形均匀性；而基于应变准则的优化模型标准偏差值则随着优化过程呈现显著的下降趋势，说明变形体内各单元之间的等效应变偏差量在逐渐减小，单元等效应变的趋同性得到提高。其中，基于应变增量偏差准则的模型表现出最优的变形均匀性优化效果。图8给出的是10次迭代优化后的锻造载荷行程曲线比较。预成形的优化减少了毛坯的总体体积、改善了材料流动，因而降低了成形过程中的变形抗力，使得整个锻造行程中，所有优化模型的成形载荷都小于未优化模型的成形载荷。而在成形后期，由于模腔都接近充满，锻件体积相近，因此所有优化模型的成形载荷趋于一致，其最大载荷与优化前模型相比减少约5%。
4结论
本文利用ESO方法对叶片锻件翼型截面的预成形结构进行了优化设计。提出了两种新的基于改善锻件变形均匀性的单元增删准则，并对包括静水压力在内的三种单元增删策略条件下的预成形结构进行了优化设计，通过比较不同的预成形锻造模拟结果，得出以下结论：①与原始设计相比，所有优化的预成形结构的锻件两侧飞边均保持均匀减小，并且在优化后都获得了理想的模腔充填效果。②两种基于应变准则的预成形优化结构在提高锻件成形均匀性方面有显著作用，而基于静水压力准则的预成形优化结构在锻件成形均匀性方面则无明显改善。③基于应变增量偏差准则的预成形优化结果最为理想并且同时具有较为简单的外形轮廓，更便于其成形。本文在优化目标的设计上仅考虑了体积收敛的条件，而锻造预成形设计是一个多目标优化问题，如改善锻件的成形均匀性、降低成形载荷等也都具有十分重要的现实意义。因此，本文所获得的预成形优化结果未必就是综合最优的，而进一步研究基于多目标条件下的预成形优化设计则是丰富、完善拓扑优化方法在本领域应用方面的重要课题。另外，预成形结构的优化设计要能够真正应用于工程实际，则难以回避三维优化技术的突破。在连续体结构优化领域，基于拓扑优化的三维空间结构设计早已得到了广泛应用[17]，这给解决复杂锻造预成形的优化设计带来了希望。相信不久的将来，针对体积成形的预成形优化设计技术必将获得更大的发展。
作者：邵勇 陆彬 任发才 陈军 单位：上海交通大学 江苏科技大学 先进焊接技术省重点实验室
关键词：石油修井机；液控系统；优化设计；高效率；安全性
随着近年来我国在海洋石油勘探领域内的开发步伐日渐加快，以及部分原有油田海上设施也已经到了需要换代更新的时期，因此海洋石油平台修井机数量不断增多，特别是以电驱动为代表的修井机占到了绝大多数的比例[1]。而在这一种修井机当中其液控系统对于整个控制系统而言作用价值巨大，据此，下文将重点就海洋石油修井机液控系统的优化设计来展开深入的探究工作。
1石油修井机液控系统存在的主要问题
1.1安全隐患严重
液压站当中所配备的高低液位报警系统、油温自控系统无法使油温、油位等信息被及时的报告给司钻控制房，在修井作业之时，若本地报警系统出现了故障问题，司钻将难以及时获取到油温与油位的警报信息，由此便极有可能会造成严重的安全隐患。电驱动修井机绞车盘刹控制手柄零位信号无法为自动化控制系统所及时获取，一般状况下大都是采取触摸屏来实现对于绞车的控制，盘刹手柄在突然启动之时，工作钳比例可实现对阀门的控制，若此时转速不为零则绞车将会做出刹车动作，在这一情况下若绞车主电机依旧处于高速旋转状态，便极易大致电机受损。
1.2缺乏人性化
采用电力驱动的修井机液控系统具体可被分成机具控制系统与盘刹控制系统两类，且仅能够在本地控制箱当中来实现对液压站的开启或暂停，无法促使司钻控制房实现远程开启或暂停。电驱动修井机液压绞车与猫头在司钻空置房当中所采取的远程控制方式为气控液方式，在操作之时有着十分明显的延时性现象，操作起来极为不便，在紧急作业时这一缺陷将更加明显。
2系统优化设计
2.1液压站远程自动化控制
液压远程控制需要可以在司钻房当中实现对以下几项设备的开启与暂停控制，其具体包括有：冷却风机、盘刹电机、加热器、循环油泵、机具泵电机等。综合考虑修井机电控系统触摸屏与自动化控制系统，在触摸屏当中组态设置出距离切换，对于盘刹电机、加热器、冷却风机、循环油泵等采取开启与暂停软输入控制，利用自动化控制系统以及PROFIBUS总线技术来实现互相通讯，依据司钻处于触摸屏的操作执行状态下来进行有关的输出控制，达成对于电机在远距离条件下的开启与暂停控制。
2.2高效率优化设计
2.2.1液压绞车控制采用电控液来取代传统的液压绞车气控液，可在司钻控制房当中远程实现对液压绞车的精确化控制。通过司钻控制房所供应的电力来源，整个石油修井机的控制系统是通过液压绞车电控液控制手柄、电磁比例换向阀、数字放大器等所共同构成。液压绞车电控手柄标准电压被输入至数字放大器内，通过其具体化的处理后，便可获得脉宽调制控制电流输出信号，其可直接被应用到电磁比例换向阀中，便能够实现对于液压绞车转动方向与速率的精准化掌控[2]。2.2.2液压猫头控制利用电控液的方式来促成在司钻控制房当中实现远程精确化的液压猫头控制。通过司钻控制房来提供以电力来源，在猫头与卸扣开关量的信息被录入至自动化控制系统当中，通过自动化控制系统中央处理器的处理，再输出开关量信号，并使之直接应用于继电器KA1，并通过电磁换向阀转换来实现猫头卸扣功能；在猫头会为开关量信息被录入至自动化控制系统当中后，通过自动化控制系统的中央处理器处理以后，再输出与之所对应的开关量信号，并将之直接作用到继电器上，同时电磁转向阀作出相应的动作，促使猫头回位控制可有效实现[3]。
2.3安全性优化设计
一般而言在司钻房当中要想促成液压站远程开启与暂停功能的实现，还应当首先确保高低液位监测、油压保护、油温自控、盘刹手柄保护等功能能够得以达成。2.3.1液位监测在液压站的油箱当中通常都装设了防爆液位传感设备，其可实现对于实时性的液位信息被传输至自动化控制系统当中，利用PROFIBUS总线手段促使实际的液位值测量结果可被实时性的显示与司钻控制房触摸屏之上，一旦液位出现过高或过低现象均可在第一时间发出警报信号。2.3.2油压保护在盘刹系统当中装设了压力传感设备，其中具体包括了左右工作钳、安全钳等压力传感设备，一旦压力传感设备检测到相应的压力信号小于标准值时（通常＜6.5MP），则绞车主电机将会被暂停，亦或是在启动之后使其转速归零同时进行刹车制动。在绞车主电机开启以后，其左、右两端工作压力＞0.2MP，工作钳便不能够解除刹车状态；安全钳压力＜6.5MP时，不能解开安全钳，绞车速度也难以确定。2.3.3油温自控针对油温的控制重点是利用防爆铂电阻温度传感设备，防爆加热设备、循环油泵和散热风机等一同进行控制，以确保油温可被始终控制在30~55℃的范围之中，并且将实时性的测量油温显示在司钻控制房触摸屏之上。一旦油温低于30℃之时，防爆铂电阻温度传感器便会将信号发送到自动化控制系统当中，并促使循环油泵与加热器得以开启，直至油温升高到高于最低值5℃以后，便停止进行加热。而在油温高于55℃之时，防爆铂的电阻温度传感设备便会向自动化控制系统发出报警信号，进而系统将会控制循环油泵与散热风机设备，直到油温下降到低于最高温度值5℃以后，再将冷却装置关闭[4]。2.3.4盘刹手柄保护这一保护措施关键是要确保在触摸屏操作模式之下发挥出保护效果，在绞车正常给定速度运转之时，若突发出现盘刹手柄动作，其手柄非零位信号被发送至自动化控制系统中，相应的绞车主电机转动速率将重新归零，同时做出刹车动作。
结束语
总而言之，为了提高海洋石油平台油井的采收率，日常的油水井作业日渐频繁，修井工艺也日渐复杂。对于目前科技领域内的最新研究成果加以充分利用，并结合以丰富的经验与知识积累，借助于科学化的方式手段来开展针对海洋石油修井机的能力优化设计，促进修井机整体性能的全面提升，使其具备以强大的能力并以此来促进修井作业效率的提升。
参考文献
[1]周传喜,张延水,南丽华等.海洋修井机井架有限元分析及结构优化[J].石油机械,2014,36(9):54-57.
[2]管锋,黄丽红,郑立伟等.海洋修井机底座有限元分析及优化设计[J].石油机械,2015,37(9):38-41.
[3]关双会,王晓雷,陈金稳等.海上石油WHPG平台HXJ180海洋修井机设计优化[J].石油工程建设,2016,42(2):24-28.
