優化設計范文10篇

一、復雜正交試驗算法開發

通常情況下，工程問題中的正交試驗強度通常默認為2，即:一個N×k矩陣，如果它的任意2列中所有可能水平都出現并且出現的次數相同，則稱這個矩陣為正交矩陣。對于一些簡單的正交試驗可以查表或者通過借助Isight等優化設計軟件提供的正交試驗來獲得，但對于復雜正交試驗，目前還沒有一個準確快速的途徑來獲得，必須通過數學計算進行構造。在過去的幾十年中，許多數學家和統計學家都曾致力于正交矩陣的構造，通過實踐發現，比較可行的算法有矩陣的劃分與求和、矩陣的并列以及投影矩陣法等。以下為各種正交試驗構造算法總結描述。1單水平復雜正交試驗設計對于各因子水平相同的情況，可以利用“劃分”與“求和”的方法。利用該方法建立的正交矩陣基本表達式可記為個p－1水平，稱為p3分列記列名為C;將此列依次與前面的每列按上面的加法分別計算出p－1個列，共計(p+1)×(p－1)個列，列名按指數化簡表示，直到“劃分”完畢，依次與前面的每列“求和”完畢為止，即可得到完整的單水平正交矩陣，其中的交互作用列可按列名中的指數作列計算表示。2多水平復雜正交試驗設計1并列法對于一般的水平數不同的變量進行正交試驗設計可以由水平數相等的正交矩陣通過“并列法”改造而成。以多水平正交矩陣L27(3991)為例，具體做法如下:首先通過1節中所述的方法獲得正交矩陣L27(313)。取出表中按照1節中方法構造的第1，2列，兩列中的數對共9種:(1，1)，(1，2)，(1，3)，(2，1)，(2，2)，(2，3)，(3，1)，(3，2)，(3，3)，把這9種數對依次變成1，2……9，就可以把第1，2列合并成一個9水平列，并作為新矩陣的第一列。去掉第1，2列的交互作用列。將其余的5，6……13列依次列為2，3，4……10列。即可得矩陣L27(3991)。2投影矩陣法正交投影定理是一個有效的構造復雜正交試驗的方法。在投影矩陣的正交分解中，常用到的分解方法根據矩陣論定理對于任意的置換矩陣S以及正交矩陣L都有即可對正交矩陣進行簡化分解，通過簡化分解后的正交矩陣代入上述公式則可以完成復雜的正交矩陣的構造。

二、復雜正交試驗設計軟件開發

根據上述幾種算法，有針對性地開發了一款適用于整車優化設計的復雜正交試驗設計軟件。軟件界面。該軟件可以構造樣本數在600以內的能夠滿足車輛優化設計要求的絕大多數正交試驗矩陣。用戶可以通過以下兩種方式進行DOE矩陣的構造。方式1:通過樣本數構造DOE矩陣。工程技術人員可以首先根據項目確定的時間要求和計算資源計算出允許DOE工作完成的樣本數，通過輸入確定的樣本個數來構造DOE矩陣，進而篩選可能參與優化的設計變量及水平。方式2:通過變量數構造DOE矩陣。對于已經明確了設計變量和工況要求的優化項目，樣本個數已經由設計變量確定，工程技術人員可以有針對性地通過輸入變量數查找符合變量和水平要求的DOE矩陣。同時該軟件主界面允許用戶設置矩陣和樣本的選擇容差，對于無法構造出完全滿足前提要求的矩陣的情況，工程師可以Tolerance選項修正優化的前提條件，Tolerance選項允許輸入的最大容差為100，以獲得準確的正交試驗矩陣。在確定好試驗設計矩陣之后，工程師可以按照設計要求輸入每個變量的屬性，包括名稱、是否連續、詳細水平取值等，并通過自動導出EXCEL表格或自定義模板格式的形式生成DOE矩陣。

三、基于復雜正交試驗的車輛優化設計

具備了通過軟件構造復雜試驗設計矩陣的能力，可以在前期大幅度提高試驗設計精度，并且可以快速進行試驗設計工作，最終保證高精度的優化設計結果。以下列舉了幾個應用復雜正交試驗完成的車輛優化設計成功案例。1發動機罩減重優化在某三廂緊湊型轎車開發中，其發動機罩優化參數包括2個形狀變量，1個材料變量，9個厚度變量，5個尺寸變量，應用L64(2341084)正交矩陣進行試驗設計，優化限制條件為子系統模態、各項剛度、強度以及行人保護性能要求，通過Isight軟件進行優化集成，最終優化設計結果滿足各項性能指標，同時重量比原始設計方案減輕5%。優化前后各設計參數對比，其中設計變量對某設計指標的貢獻量分析結果。2后舉升門鉸鏈剛度問題改善某MPV車型開發期間，后舉升門鉸鏈剛度在樣車試驗中出現塑性變形，需要通過優化設計方法對該問題進行改進?？紤]到后期更改成本和項目開發時間，僅對相關區域各車身零件板厚進行優化，共涉及零件8個，采用L100(56102)構造DOE矩陣，通過構造響應面及集成優化設計，在保證重量不增加的前提下，整體剛度水平提高了46%，解決了舉升門鉸鏈變形問題。優化前后設計變量及輸出指標結果如表1所示，其中某兩個設計參數與一個剛度指標關系的三維近似模型如圖6所示。3白車身前期優化設計優化設計已經成為目前上海通用白車身前期開發的標準工作流程，以某小型三廂轎車白車身開發為例，設計變量涉及白車身及副車架尺寸、厚度、形狀等41個變量。采用L256(48833)正交矩陣進行試驗設計，設計工況包括白車身結構、NVH和被動安全性等11個工況。為保證后期的優化方案能夠正確地指導項目開發方向，對通過該正交試驗矩陣建立的所有輸出指標的數學模型精度進行了深入的分析研究。某優化指標的的誤差分析結果?？梢钥闯?，采用多種誤差分析方法統計的數學模型誤差均在可接受范圍之內。該項目通過后期多目標優化設計，清晰給出了各設計變量及性能指標之間的相互關系，將設計空間內的白車身架構性能最大化，同時有效地控制了前期車身重量指標，做到了前期白車身的效率最優化。其中各設計變量對于某安全性能的貢獻量結果。以此優化結果作為后續開發的基礎，避免了后期開發的盲目性，保證了后期開發的正確方向，按照該優化設計思路，已成功完成了多款新車型的前期開發。部分設計變量及設計指標優化前后取值。

一、結構設計

在后置油門的優化設計中，其外部殼體和內部傳感器都必須滿足防水、防潮、防震、防灰塵、可靠性高、壽命長等性能要求。1機械結構工作原理：當后置油門手柄旋轉時，，和手柄相連接的磁體旋轉，使作用于霍爾元件上的磁感應強度發生改變，輸出電壓相應變化，以此反映出旋轉角度的變化。2傳感器結構原霍爾式角位移傳感器結構如圖2，和新霍爾式角位移傳感器結構如圖4對比原霍爾式角位移傳感器使用的霍爾元件是直立式，單信號輸出，必須設計一封閉式磁路與之配合，磁體裝在轉子中，轉子和殼體有一旋轉間隙，此間隙因受潮或灰塵進入等原因，轉子容易發生卡住現象，導致后置油門不能正常工作。新霍爾式角位移傳感器使用的是可編程三軸霍爾元件，平面封裝，雙信號輸出，磁力線通過空氣傳導作用于霍爾元件的表面，當手柄旋轉時，和手柄相連接的磁體旋轉，作用于霍爾元件表面的磁感應強度產生變化，輸出電壓相應變化，反映出旋轉角度的變化。旋轉體與傳感器沒有直接接觸，就不會產生任何磨損和卡住現象，其防水和工作壽命等各項性能指標得到保證。3回位彈簧設計在后置油門的工作壽命設計中，傳感器由于是非接觸式，工作壽命能滿足1×107次以上全行程往返的要求，最主要就是彈簧的設計也要滿足該要求。由后置油門結構及使用參數要求，彈簧扭距T＝1426N·mm，變形角φ＝50°＝0．87rad，內半徑R1＝9mm，外半徑R＝21．5mm。設計計算如下1）彈簧材料按照YB／T5310－2010“彈簧用不銹鋼冷軋鋼帶”標準，選用牌號1Cr17Ni7，抗拉強度選為為σb＝1300MPa的不銹鋼材料。2）許用應力當使用壽命大于105時，取［σ］＝（0．5～0．6）σb＝（0．5～0．6）×1300MPa＝650～780MPa，這里，?。郐遥荩?50MPa。3）彈簧材料的截面尺寸b，h，b＝5mm為已知條件，由公式h＝6k2Tb［σ槡］求截面厚度h，彈簧要求外端固定，因此k2＝1，所以h＝6×1×713槡5×650mm＝1．14mm，查“彈簧材料的厚度和寬度尺寸系列表”，取h＝1．2mm。4）彈簧工作長度l由“非接觸型平面渦卷彈簧的設計計算公式表”中公式，并取k1＝1，E＝0×105N／mm2，l＝Ebh2φ12k1T＝2×105×5×1．23×0．8712×1×713mm＝146mm。5）節距tt＝π×（R2－R21）l＝3．14×（21．52－92）146mm＝8．19mm取t＝8．2mm。6）圈數n0n＝R－R1t＝21．5－98．2圈＝1．5圈。

二、傳感器電路設計

傳感器的電路設計主要要做好電磁兼容設計，第一是傳感器對外發射的電磁干擾不能超過一定的限值；第二是傳感器要具有抵抗外界電磁干擾的能力?；魻栐蛇x用MELEXIS公司的MLX90316器件，它是一個可編程三軸霍爾傳感器，0～360o高精度連續測量，線性模擬雙信號輸出。傳感器技術參數如表1所示從以上主要電氣技術參數可看出，霍爾式角位移傳感器是直流小信號工作器件，對外發射的電磁干擾很小，其電路的設計主要放在抗外部干擾上，即保證傳感器能夠抵抗來自外部的干擾能正常工作和承受外部電壓的沖擊而不被損壞。具體電路如圖4所示。電路中E1、E2為磁珠，可以吸收傳導來的噪音；C1～C5為貼片電容，可以吸收和濾除噪音；D1、D2為雙向TVS管（瞬態抑制二極管），當兩端經受瞬間的高能量沖擊時，它能以極高的速度（最高達1×10－12s）使其阻抗驟然降低，同時吸收一個大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個預定的數值上，從而確?；魻栐馐芩矐B高能量的沖擊而損壞。TVS管的選取：TVS管額定反向關斷電壓Vwm應大于或等于被保護電路的最大工作電壓。考慮到霍爾元件的工作電壓為5V，但編程電壓為7．5V，以及TVS管的離散性，TVS管可選用SMCJ11CA。為了滿足傳感器防水，防潮，防震，防灰塵等性能要求，電路板可用韌性好的彈性體環氧樹脂封裝在塑料密閉腔內，既防水，又具有吸震與緩沖效果。由于HALL元件選用的是一個可編程雙信號輸出霍爾元件，所以，只要傳感器和后置油門總成裝配好后，再按照電氣性能要求寫入相應程序。

三、結語

基于霍爾元件設計的一種后置油門，采用不銹鋼渦卷彈簧，旋轉部分和傳感器相互獨立，傳感器無轉子和旋轉部分相連，克服了原后置油門存在的一些不足，具有更好的防水，防潮，防震，防灰塵性能，可靠性高，工作壽命長。為了驗證該后置油門的性能，經專業從事汽車電器檢測的第三方檢測機構———長沙汽車電器檢測中心進行檢驗，以及用戶使用，各項性能指標滿足使用要求。該后置油門可廣泛應用于各種工程機械中。

摘要：機械優化設計是近幾年來發展起來的一門新的學科，在二十世紀中旬的時候開始，優化技術和計算機技術的興起，在每個設計領域中被應用，為工程設計提供了重要的科學的設計方法。以下內容就是將機械設計的過程中，遇到的很多復雜的問題設計，在眾多的設計方案中選擇最優的一種設計方案進行設計，從而提高設計的效率和質量。機械的優化設計是以最低的成本獲取最高的利益，是所有設計者追求的目標，在數學的角度來看機械的優化設計就是，求解極大值或極小值問題。本文重點介紹了機械優化設計的理論方法，分析優化方法的最新研究進展。

關鍵詞：機械；優化設計；方法特點

現代的機械也在不斷的隨著時代的發展不斷的進步，促使了機械優化設計的理論不斷的完善，以滿足時代的需求，因為這些設計的理論都會用過實驗數據以及科學的進步相互結合得出來的，因此將這些結論融入實際的生產活動中能夠獲得顯著的成效。

1機械優化的概述

機械優化是順應時展而不斷延伸出來的一種現代化的生產而發展興起的。它是建立在數學規劃的理論和計算通過有效的實驗數據和科學的評價體系來從眾多的設計方案中尋找到能夠盡可能的完善和適宜的設計方案，在這機械優化的這個機械方面的研究和應用的發展速度都是非常的快速，并且在快速發展的過程中取得了非常顯著的效果。

2機械優化設計的基本理論

基于蟻群算法的抗滑樁結構造價優化設計研究基于“海綿城市”理念的園林優化設計

1引言

海綿城市理念在園林綠地建設中極具適用性，而園林優化設計又是打造海綿城市過程中不可或缺的重要內容。當前，園林的主要功用是觀賞、休閑、娛樂，在人們日常生活中扮演著重要角色?；诤＞d城市理念，對其進行優化設計，不僅能夠提高水資源利用率，而且能夠有效解決水污染問題，使城市空氣及環境得到凈化，經濟效益與生態效益兼備。

2海綿城市理念、建設原則及規劃目的

2.1海綿城市理念

海綿城市即充分發揮現代城市的彈性，使其對環境變化及自然災害具備較好的應對能力。海綿城市極為舒適，呈現宜居性特征，具備較好的滲透性和凈化功能。主要實現方法是充分發揮生態、自然排水系統功能，對雨水進行吸納和緩釋，有效緩解城市內澇問題，改善城市環境，解決水資源浪費問題。

摘要：為進一步探索變電站220kV架構的優化設計方法，在研究中采用3D3S軟件對某一實際工程案例進行簡單的研究與分析，并重點闡述220kV變電站架構的優化設計注意要點，希望能對廣大從業人員有所啟發。

關鍵詞：變電站；220kV架構；優化設計；3D3S

一直以來我國針對變電站架構設計均采用標準化設計方法，為了控制安全性，往往存在較大的安全富裕，但是這也在一定程度上造成了嚴重的資源浪費?；诖朔N情況，對變電站輸電鐵塔架構開展優化設計具有非常重要的意義[1]。在本文的研究當中選擇采用3D3S軟件對某一220kV變電站架構進行建模分析，并探索優化設計的具體方法。

1空間模型

采用3D3S作為空間建模工具，根據工程實際情況建立模型，該模型的具體架構如圖1中所示。完成空間模型建立之后，還需要根據工程實際情況，將架構所承擔的荷載施加到結構之上。具體來說所需要施加的荷載主要包含：地震力、風力、導線、架構本身重量以及導線所受到的風荷載等。在進行荷載施加時需要嚴格按照實際情況進行分析，并合理施加荷載。

2檔距選擇

摘要:我國經濟快速發展為城鎮燃氣管網建設提供了有利條件。天燃氣作為一種新型能源還處于發展階段，有很多方面不夠完善，這就需要相關部門加強城鎮燃氣管網的優化設計。

關鍵詞:城鎮;燃氣管網;優化設計

1影響城鎮燃氣管網優化設計的主要因素

1．1管道壓力調節裝置。目前很多居民都用天燃氣代替電能的使用，有效促進了天燃氣的發展，對城鎮燃氣管網進行優化設計，不但能夠提高天燃氣的安全性，還能為居民生活提供便利性。管道壓力調節裝置是燃氣管網的主要閥門裝置，它對燃氣輸送過程中的壓力和安全起著重要作用，所以，相關人員要加強對管理壓力調節裝置的重視，盡量選擇具有主副調壓有明顯區分功能和超壓自動切斷的調壓器，提高裝置的安全性，進而提高天燃氣的使用率。主副調壓功能主要是當出現緊急情況時，主調壓器功能關閉，不影響副調壓器的正常工作，從而減少對居民正常生活的影響，確保裝置正常運行。選擇主副調壓還具有一個優勢，能夠使兩個調壓器分開工作，這樣不僅減少了資源浪費，還能確保居民使用過程中的安全性。工作人員選擇超壓自動切斷調壓器，與普通調壓器相比，這種調壓器具有顯著的優勢，燃氣管道內燃氣輸送流量的壓力應該低于調壓器的最高標注壓力承受范圍，一旦調壓器超過標準壓力范圍，超壓調節器就會自動切斷，這樣不但確保了居民使用的安全性，還能減少燃氣泄漏對環境的污染，從而提高我國生態環境，促進我國能源持續發展。1．2城鎮燃氣管網布置的理念及方法。城鎮燃氣管網的優化設計為管網的具體布置提供了科學的理論指導，使得相關工作順利進行。但理論知識離不開實際操作，要想確保理論知識的合理性，必須把其運用到實際生活中，通過管網布置的實際檢驗才能體現出設計的優化，進而發揮出燃氣管網最大效用，促進我國天燃氣長期發展。工作人員在布置城鎮燃氣管網時，要對管網管徑的實際情況進行考察，了解管徑的大小，使其滿足居民生活實際需求，工作人員不能對管網管徑大小進行盲目判斷，影響居民對天燃氣的使用效率。為了確保管網設計優化的準確性，使得以后工作順利進行，工作人員應該對管網優化設計進行嚴密的理論值數值計算，根據實際情況對其進行精準的計算，從而得出合理的數值作為理論指導的參考依據，進而對城鎮燃氣網進行布置。1．3城鎮燃氣管網材質量的選擇和把控。現在大多數燃氣管網都是走暗線，把線埋在地下，由于地下環境較為潮濕，并且土壤中的一些成分會對燃氣管網的材料進行腐蝕，長此以往會破壞管材的結構，嚴重情況會出現天燃氣泄漏，這會給居民的安全帶來巨大的隱患，影響居民正常生活。因此，工作人員在選擇城鎮燃氣管網管材時，要選擇合適的材料，考慮管材的使用性能，盡量選擇一些抗腐蝕性較強的材料，這就不但能夠節省材料的成本，還能避免出現管材裂開時帶來的麻煩，從而減少了大量的財力、人力，進而提高城鎮燃氣管網的經濟效益。與鋼材管相比，PE管具有較大的優勢，不但具有抗腐蝕性，而且成本較低、使用壽命較長，因此，工作人員在選擇城鎮燃氣管網材料時盡量選擇PE管，提高燃氣管網的安全性。

2城鎮燃氣管網的具體優化建設方法

2．1設計合理的優化燃氣管網方案。燃氣管網的鋪設是在地底下進行，工程量較大，需要花費較大的人力和物力，一旦對其進行重修，會給工作人員帶來較大的難度。所以，在鋪設之前，工作人員要做好設計方案。首先，工作人員要對實際情況進行考察，了解地下管線埋設的位置和建筑的特征，從而制定出合理的燃氣管網設計方案，這個方案必須充分優化高、中、低不同氣壓燃氣管道的具體分布。2．2嚴格把控管網鋪設的質量。城鎮燃氣管網建設是一個復雜的工程，涉及到很多方面內容，一旦把管線埋入地下，后期再進行修改會有較大的難度，這就需要工作人員在鋪設安裝之前，根據方案進行嚴格鋪設。由于工程項目具有一定的難度，這對工作人員提出了較高要求，需要工作人員具有較強的專業技能和實際經驗才能做好這項工作。在鋪設過程中，工作人員要盡量減少管網的彎曲，從而節省管道鋪設的成本，提高工程的經濟效益。專業技術較強的工作人員在施工時，要注意到相關細節，確保每個管道的接口牢固，進而提高燃氣管網的質量。2．3定期對管網材料進行檢查和維修。一般鋼材質的管網盡管牢固，但容易受到腐蝕，會帶來一定程度上的安全隱患。因此，工作人員不但要對材料進行防腐蝕技術處理，還要定期對材料進行檢查和維修。工作人員在發現材料存在輕微腐蝕時，要對其進行擦洗保養，延長材料的使用壽命，對于腐蝕情況較為嚴重的材料，工作人員要對其進行及時更換，確保居民使用的安全性。

1尺寸優化與形狀優化

根據拓撲優化的結果，在支架傳力路徑上增加加強筋條，筋條高度為8mm；同時由于立筋的增加，為了更準確模擬鉸鏈接頭與耳片之間、耳片與加強筋條之間的傳力，將耳片與接頭設計為如圖5所示；簡化了梁與支架的連接，在原來支架與梁的連接處用固支約束模擬緊固件連接。在這次優化中，以筋條處的典型剖面為例，筋條的高度和厚度以及筋條兩邊的腹板的寬度和厚度都是設計變量。由于本模型中含5個十字形筋條，另有2個類似筋條，變量的數量很多，各個變量之間存在著復雜的影響關系，最終的優化結果對參數的變化十分敏感。

2結構驗證與對比分析

經過拓撲優化和形狀優化，我們最終得到了較為理想的設計方案。將上述支架的優化結果返回到CATIA模型中，并經過相應簡化后。為了驗證該優化方案的可靠性，特對此機構進行有限元分析計算，將此三維數模建立有限元模型，按極限工況計算其變形及應力分布，將其計算結果與之相比較可知：零件在兩個工況下的位移和應力分布情況與殼模型計算的結果較為接近，并且滿足零件的初始設計約束。同時，在實際零件設計中，對殼模型計算中的應力集中點菜用大圓角過度設計，零件的最大應力水平有顯著降低。

3優化結果分析

在未引入優化設計方法之前，該零件的筋條布置往往參考相關機型同類型零件的設計或依據經驗設計。為兩個零件為以傳統方式設計的未經優化的零件。通過拓撲優化和尺寸優化，在不改變零件材料且不犧牲自身彎曲剛度的前提下，實現了該零件的輕量化設計。在工況13個支架零件的應力和變形云圖（左側為應力云圖，右側為變形云圖）。在工況1，3個零件的最大變形量基本一致并且最大應力接近，但是優化后零件相比零件A質量減輕15.5%，相比零件B質量減輕21.3%。如果考慮在支架腹板上增加液壓及電纜通道的情況下，零件A和零件B需要在腹板處開孔，這兩個零件的剛度還將進一步減弱。

汽車工業領域結構優化設計方法主要有:拓撲結構優化、尺寸結構優化以及形狀結構優化等［1］。拓撲優化可以在設計階段初期按照性能需求進行性能優化設計［2－4］，從而保證后續的尺寸優化和形狀優化都是在材料最優分布的前提下進行的優化設計［5－7］。對于客車整車骨架而言，由于車身骨架結構簡單，拓撲空間較小且方鋼搭建較為成熟，本文將主要考慮底架的拓撲。為了使拓撲優化設計達到最大化，本文將不再以底架局部空間為拓撲優化對象。因此對某款純電動客車整個底架進行拓撲優化設計，最大程度提高原有車身骨架的整體力學性能。

1底架的第一輪拓撲優化設計

1.1底架拓撲優化空間的建立。本文分析的純電動客車整車骨架采用HyperMesh軟件進行有限元建模。其中有限元單元總數為1290403個，節點數1260881個，三角形單元有7694個，占總數比為0.6%＜5%。故有限元模型合格。其整車車身骨架有限元模型如圖1所示。拓撲優化是在給定的設計空間區域內找到其最優的材料分布，以達到最優力學性能和最省材料分布的結構優化設計［8］。所以拓撲優化被廣泛用于汽車的正向設計以及輕量化設計［9－11］。本文基于SIMP材料差值的變密度法，以拓撲空間的單元密度為設計變量;以優化后與優化前的總體積比值不大于0.1為約束條件;以柔度最小化(即剛度值最大)為目標函數進行拓撲優化。本文所研究車型為底置電池的純電動客車骨架，與傳統燃油機客車骨架相比，純電動客車車身結構與承受載荷基本保持不變，由于底架上的發動機換成了電池，并且電池體積分布較大，質量較重，因此底架的結構改動較大。所以本文只將底架作為拓撲優化設計空間，車身骨架仍采用較為成熟的基礎車型客車骨架作為非拓撲設計空間，并將該底架作為拓撲設計空間，車身骨架作為非拓撲設計空間的整車骨架有限元模型在Optistruct軟件中進行迭代計算。原底架如圖2所示。為使拓撲空間達到最大化，除保留底架主要橫縱梁以及一些功能性方鋼以外，其余斜撐等方鋼全部刪除。由于前中門踏板作為單獨總成進行整車組裝，且考慮需站立乘客等情況應過盈設計，所以將其作為非拓撲空間。在拓撲空間區域鋪設20mm厚的鋼板。關于下文所用到的方向，其設置標準為:X軸為縱向，客車后側方向為正向;Y軸為橫向，客車右側方向為正向;Z軸為豎直方向，向上方向為正向。底架鋪設鋼板示意圖如圖3所示。整個底架一共鋪設73組鋼板，其中XOY面鋪設40組，XOZ面鋪設10組，YOZ面鋪設23組。為了使拓撲優化結果便于工程制造和工藝性，軟件中設置了模式組約束進行對稱設計。同時設置最小成員尺寸為75mm，最大成員尺寸為150mm。1.2工況設置和權重系數的確定。1.2.1拓撲優化的工況設置。客車在行駛過程中最常見的兩種工況為彎曲工況和扭轉工況，因此本次拓撲優化采取彎曲工況和扭轉工況進行工況設置。對于彎曲工況:約束左前輪DOF23、右前輪DOF3、左后輪DOF123、右后輪DOF3。在底架中段左右縱梁上方施加均布載荷，均布載荷單側合力大小為1000N。對于扭轉工況:約束左后輪DOF123，右后輪DOF13，左前氣囊和右前氣囊之間建立MPC約束，MPC約束上施加力矩為2000Nm［12］。1.2.2多工況權重系數的確定。對于彎曲工況和扭轉工況權重系數的確定，先給定彎曲和扭轉兩工況權重系數均為1，然后在Optist-ruct軟件中進行一個迭代步的運算后輸出OUT文件，查看OUT文件中兩工況compliance值分別為2.988393E+02和1.150530E+03。由于兩工況com-pliance值相差約4倍，因此重新給定彎曲和扭轉兩工況權重系數分別為4和1，重復上述步驟，得到兩工況compliance值相近，分別為1.195357E+03和1.150529E+03。此時給定的權重系數即為合理的權重系數值。1.3拓撲優化結果與傳力路徑分析。通過Optistruct軟件計算，經過73步迭代運算，得到拓撲優化計算結果。本次拓撲主要刪除斜撐而保留橫縱梁。通過局部放大車架的拓撲結果圖，XOY面后橋左右上方拓撲優化結果與YOZ面與中部地板相連的后橋左右處拓撲優化結果如圖4所示。由于后橋左右上方中間2根橫梁處存在座椅安裝點，故在底架的第一輪拓撲優化中只刪除了附近的斜撐，保留了橫梁。而從圖4(a)可知，后橋左右上方中間2根橫梁的存在明顯打斷了拓撲的傳力路徑。由圖4(b)可知中間2根橫梁雖有一定的加強作用，但是其傳力路徑結構復雜且衍生出很多細小路徑，不利于工藝制造。故需要對這些橫縱梁方鋼進一步刪除，擴大拓撲優化空間進行第二輪拓撲優化。使得傳力路徑更加清晰合理。即通過第一輪拓撲優化結果分析找出由于橫縱梁的存在而導致的傳力路徑不合理的局部空間，對其拓撲空間進一步釋放后展開第二輪拓撲優化。

2底架的第二輪拓撲優化設計

2.1底架局部改進后的拓撲優化空間。通過對第一輪拓撲優化結果與傳力路徑的分析可知，由于過多保留橫縱梁方鋼導致底架多處部位出現傳力路徑被打斷以及衍生出過多細小路徑等現象。故在不改變約束條件和目標函數的前提下，通過擴大第一輪底架拓撲優化空間，而車身骨架仍采用基礎車型骨架作為非拓撲優化空間，最終將底架拓撲設計空間改動后的整車骨架有限元模型在Optistruct軟件中進行迭代運算。第二輪拓撲XOY面后橋左右上方鋪設鋼板與YOZ面與中部地板相連的后橋左右鋪設鋼板如圖5所示。即刪除中間橫梁，使得拓撲空間進一步釋放。整個底架一共鋪設69組鋼板，其中XOY面鋪設38組，XOZ面鋪設10組，YOZ面鋪設21組。第二輪拓撲底架鋪設鋼板示意圖如圖6所示。(a)XOY面后橋左右上方(b)XOZ面與中部地板相連的后橋左右處圖5第二輪拓撲鋪設鋼板示意圖圖6第二輪拓撲底架鋪設鋼板示意圖2.2拓撲優化結果與方鋼搭建。2.2.1局部改進處的拓撲傳力路徑分析。通過Optistruct軟件計算，經過72步迭代運算，得到拓撲優化計算結果。XOY面后橋左右上方第二輪拓撲優化結果與YOZ面與中部地板相連的后橋左右處第二輪拓撲結果如圖7所示。(a)XOY面后橋左右上方(b)YOZ面與中部地板相連的后橋左右處圖7第二輪拓撲優化結果示意圖對比圖4(a)和圖7(a)可知第二輪拓撲優化傳力路徑無被打斷現象;對比圖4(b)和圖7(b)可知第二輪拓撲優化傳力路徑更加清晰連貫且未出現細小路徑。可進行下一步的方鋼搭建。2.2.2底架第二輪拓撲優化結果與方鋼搭建。通過HyperMesh軟件Post界面中OSSmoth處理以及可制造化處理原則進行方鋼搭建。XOY面拓撲優化結果如圖8所示，XOY面方鋼搭建如圖9所示。圖8XOY面拓撲優化結果圖9XOY面方鋼搭建從拓撲優化結果示意圖可以看出，整體拓撲傳力路徑比較清晰且較為合理。故本次拓撲后的方鋼搭建嚴格按照拓撲優化結果進行?？紤]到生產工藝技術等工程實際情況，只對局部傳力路徑不明顯處進行略微刪減和改進。2.3拓撲優化前后的性能對比。客車的剛度主要包括彎曲剛度和扭轉剛度。剛度工況的設置與拓撲優化的靜力學分析設置相同。拓撲優化前后相關值對比見表1。由表1可知，經過兩輪拓撲優化后與原車型相比，底架質量減輕了0．048t，彎曲剛度增加了4492.2N/mm，增幅達到了50.1%，扭轉剛度增加了548.3kNm/rad，增幅達到了35.1%。

3結束語

摘要:以某高陡挖方土質邊坡工程為背景，基于FLAC3D軟件，分析了錨桿長度、間距、傾角等參數對邊坡穩定性的影響，并探討了錨桿的優化設計方法，給出了該邊坡的優化設計方案，從而滿足邊坡加固經濟性與安全性的要求。

關鍵詞:錨桿，邊坡，穩定性，安全系數

錨桿技術是土質高邊坡治理中常見的加固手段［1，2］。錨桿設計能夠隨坡就勢、與坡面緊密貼合、布置靈活、無需額外的占地面積、施工方便快捷、經濟安全，而且錨桿支護的邊坡可以在坡面上植草綠化，美化環境，保護生態［3］。因此，錨桿支護在邊坡加固處理中應用越來越廣泛。錨桿設計中，涉及到錨桿長度、間距、傾角等諸多參數［4，5］。設計合理的參數，可以在確保安全的前提下，進一步提高錨桿支護的經濟性。本文以某高陡挖方土質邊坡為工程背景，基于FLAC3D分析了錨桿長度、間距、傾角等參數對邊坡穩定性的影響，探討了錨桿優化設計的方法，并給出了該邊坡的優化設計方案。

1工程背景

某小區東側為高陡土質挖方邊坡。該邊坡距離最近的住宅樓約14m，高約15m，邊坡坡度約為1∶0．8。該邊坡地層情況如表1所示。為保證住宅樓的安全，擬采用錨桿系統對該邊坡進行加固治理。

2加固前邊坡穩定性分析

摘要：闡述常用衣帽架框架設計存在的問題，針對存在的問題點，在優化衣帽架框架設計時，增加衣帽架兩側豎梁設計，使衣帽架框架和后地板框架形成整體封閉結構。從而不僅有效滿足尾碰過程能量的傳遞和分散，而且增加后輪包的局部動剛度和整個車身的扭轉剛度。

關鍵詞：轎車；衣帽架；框架結構；優化設計

汽車的衣帽架結構主要由后座椅靠背橫梁、后風窗流水槽橫梁、衣帽架覆蓋件等組成，左右兩側與側圍總成連接。從功能上說，前側支撐后座椅靠背，上側安裝擱物板，并能承載一定的擱物重量，后側設計有后風擋安裝面和流水槽，也需要承載一定載荷[1]。從性能上說，衣帽架結構的設計，對車身的尾碰性能、行李箱入侵、車身扭轉剛度都有較大的決定因素。

1常用衣帽架框架結構

1.1常用設計方案目前常用衣帽架框架結構主要是在前部設計有后座椅靠背橫梁，后部有后風窗流水槽橫梁，該兩橫梁在與左右側圍總成連接。圖1為現有衣帽架結構示意圖。圖中，衣帽架總成1與左右側圍總成2、3連接成整體結構，4為后地板框架總成（簡化為虛線所示）。衣帽架總成與上車體側圍總成2、3連接，并與下車體后地板框架總成4連接。1—衣帽架總成；2—左側圍總成；3—右側圍總成；4—后地板框架總成圖2為現有衣帽架結構A-A視圖。衣帽架總成1由后座椅靠背橫梁5、后風窗流水槽橫梁6、衣帽架7組成。5—后座椅靠背橫梁；6—后風窗流水槽橫梁；7—衣帽架圖2A-A視圖Fig.2SectionA-A由圖1、圖2所示，現有衣帽架結構設計時，衣帽架總成1中的后座椅靠背橫梁5、后風窗流水槽橫梁6只與左右側圍總成2、3連接，側圍總成上沒有設計豎粱，用來連接衣帽架總成1和后地板框架總成4。1.2常用方案的缺陷由于結構原因，導致衣帽架總成1中的框架和后地板總成框架4沒有形成封閉的整體框架結構。在尾碰撞時，碰撞力通過后地板框架中縱梁直接傳到前部，增加傷害后排乘客人員傷害。在車輛行駛時，突然的剎車，會導致行李箱的行李也會直接碰撞后排成員，造成人員人身傷害。在市場車型中，也會經常反饋后輪包動剛度不足，導致車輛使用一段時間后，出現后輪包開裂現象。另外，不封閉的框架結構大大影響車身的扭轉剛度。

2優化衣帽架框架結構