结构分析与优化（通用12篇）
结构分析与优化 篇1
结构是工程应用中很重要的一个环节, 如果结构的不合理可能因此会导致构件的承载力不够强或者是过于复杂的结构也会导致原材料的大量浪费。
结构优化设计就是在满足使用要求的前提条件下, 进行结构方面的调整, 或者是减少原材料, 或者是将结构简化等步骤。
传统的结构优化设计主要是根据结构设计人员的经验进行判断, 提出一些较为基本的方案, 然后在根据一些判断方法进行优化直到满足为止。但是传统的结构优化设计的缺点在于结构优化设计只能对非重要的承载结构进行调整, 而且更为麻烦的, 这种调整是牵一发而动全身的, 很难以一步到位, 这就需要设计师具有丰富的经验, 并且也将花费甚大, 而面对特别复杂的结构的情况下, 这种优化设计几乎无计可施。
上世纪50年代, 随着电子计算机的发展, 很多工程问题可以再借助计算机而得以不断的解决出来, 如今常见的有限元分析方法, 就是通过计算机建模加载一些参数, 可以得出结构体中某些部位受应力分布的情况, 可以在做大量的模型情况下选择一种比较满意的结果。同时随着数学规划的引入, 也给结构优化设计带来了很大的便利, 因此, 将有限元分析方法和数学规划有机的结合在一起, 可以在很短的时间内就能够实现结构的优化设计。
而与此同时, 另一个优化理念-准则法被广泛的使用, 它是基于某种物理方面的性质而设立的, 建立相应的迭代算式 (多次反复的重复计算) , 计算结果直至收敛。
后面引神经元网络技术, 其具有自适应性和自组织性的能力, 可以模拟人脑进行不断的自我学习的过程, 其中一种情况是模仿, 用规定的模式进行学习和模拟, 另外一种是仅仅限定某些学习的规则, 并不直接提供过程, 因此此方式更加接近人脑的过程。
1 大型结构优化设计
1.1 大型结构设计的要求
好的结构设计是指在在正常施工和建设的状态后, 能满足如下的几个要求: (1) 安全性原则:无论怎样的结构设计, 在建设完成后, 首要的问题即为安全, 在正常的设计使用寿命之内, 不能出现任何关乎到建筑结构安全的事故, 即使是在存在突发状况下, 如发生地震、泥石流等自然灾害的情况下, 不至于发生倒塌等的事故; (2) 适用性原则:在使用的过程中, 不能出现过多影响使用的问题, 如墙体出现不可接受的大的裂缝、倾斜等事故。
1.2 大型结构优化设计的困境
尽管基于有限元的分析方法已经得到了普及, 且对于特定的结构问题也有相当多的案例。优化理论和算法也日渐增多, 但是事实上有限元分析法和优化方法的结合的使用方法在实际使用过程中却并多见。一方面来讲, 随着建筑方面的发展, 越来越多更加复杂的钢结构正在不断的被设计出来, 与此同时, 针对这些日益复杂的钢结构的优化方案却是屈指可数, 并且更为棘手的是, 随着摩天大楼的不断涌现, 结构的优化设计做的不好, 不仅会对整个建筑的安全产生较大的隐患, 而且在经济上来讲, 会造成较大的浪费。
2 结构优化的方法
结构优化的方法按照优化的层次不同可大致分为尺寸的优化、形状的优化和拓扑结构的优化。其基本过程为假设、分析和多次重新设计的一个过程, 具体即是为了找到一个结构的最合理的方案, 需要对结构设计进行重新评估, 对方案进行不断的修改和优化, 最终能够实现获取最优解的目标。其中尺寸优化的方法因其基本, 正在逐渐的被淘汰。而拓扑结构也将会是发展的趋势。
2.1 尺寸优化
在结构的类型、材料和布局等的几何尺寸不变的情况下, 优化各个组成构件的截面尺寸, 使得结构最轻或者最为经济而选择的优化方法。优化的变量可以为杆的横截面积, 也可为厚度或者为材料的方向角度等。在进行有限元计算的过程中, 可以利用数学规划方法和敏度分析等就可以进行对尺寸的优化。
2.2 形状优化
形状优化的主要特征是研究如何确定结构的边界形状或者是内部的一些几何形状, 从而可以改善结构的特性。而确定几何形状的目的是为了降低应力的集中, 或者是可以改善应力的分布, 这个也是解决因应力集中或者是疲劳导致的破坏问题的一种非常有效的手段。
2.3 拓扑优化
拓扑优化是结构优化的一种。结构优化可分为尺寸优化、形状优化、形貌优化和拓扑优化。其中尺寸优化以结构设计参数为优化对象, 比如板厚、梁的截面宽、长和厚等;形状优化以结构件外形或者孔洞形状为优化对象, 比如凸台过渡倒角的形状等;形貌优化是在已有薄板上寻找新的凸台分布, 提高局部刚度;拓扑优化以材料分布为优化对象, 通过拓扑优化, 可以在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的分布方案。拓扑优化相对于尺寸优化和形状优化, 具有更多的设计自由度, 能够获得更大的设计空间, 是结构优化最具发展前景的一个方面。图示例子展示了尺寸优化、形状优化和拓扑优化在设计减重孔时的不同表现。
3 结构优化的理念
在分析过程中, 需要在满足各种参数的情况下, 并求出满足不同的约束条件, 且使得目标函数能得到最小值的设计方法。
(1) 数学模型建立:根据需要分析的结构对象, 对之进行相对应的数学建模。 (2) 变量的设计:变量即为可以在某种程度上描述结构的量, 包括设计截面的几何参数等信息, 可以是柱的高度等等。变量又包括连续性变量和离散型变量, 连续性变量可以实现连续变化, 而离散的则不能实现连续变化。 (3) 目标函数:通常可以衡量设计好坏的一个较为重要的指标, 可以反应设计的性能, 也可以反应一些经济性能。 (4) 约束条件:通常可以大致的分为几何约束以及性态约束。通常几何约束指的是在几何尺寸等方面加以限制, 几何尺寸不会发生太大的变化。而性态约束通常是指的是结构的固有的一些性质, 如震动频率等不发生变化。
4 结语
结构优化设计的发展趋势为: (1) 拓扑结构的发展:从拓扑结构的结构优化设计的理念中可知, 拓扑结构具有良好的发展水平, 尽管正处于开始阶段, 但是已经展现出了良好的前景; (2) 有限元计算和优化方法的结合:随着有限元计算方法的功能日益强大, 且随着优化的计算方法的适用性更高, 会对优化设计起到很大的辅助作用。
结构优化设计是一个系统的过程, 并且随着计算机的性能提高和各种优化算法的提出, 优化设计呈现快速发展的态势。以结构动态响应为约束的动力优化设计具有十分现实的工程背景, 它将成为今后广为关注的一个前沿性课题。
参考文献
[1]钱令希, 程耿东, 隋允康, 钟万勰, 林家浩.结构优化设计理论与方法的某些进展[J].自然科学进展, 1995, 01∶66-72.[2]李晶, 鹿晓阳, 陈世英.结构优化设计理论与方法研究进展[J].工程建设, 2007, 06∶21-31.[3]侯贯泽, 刘树堂, 简国威.工程结构优化设计理论与方法[J].钢结构, 2009, 08∶30-33.
结构分析与优化 篇2
推进符合条件的城市商业银行加快上市步伐，有效改善城商银行股权结构、信息披露和监督机制，以及完善公司高管激励体系，对于城市商业银行公司治理结构优化具有重要的意义。
1、有助于优化公司股权结构，改善内部监督约束机制。
从我国城市商业银行股权结构来看，在上市前体现出相对集中的股权结构，虽然经历了以来的增资扩股热潮，但股权结构集中的特征依然明显，而且体现出地方色彩。城市商业银行通过上市公开募集股份，根据《证券法》和《公司法》关于股票发行上市制度，投资主体范围得到广泛扩展，国内外战略投资者的介入将使公司股权结构得到优化，对公司治理结构改善起到重要作用。《境外金融机构投资入股中资金融机构管理办法》第9条规定“单个境外金融机构向中资金融机构投资入股比例不得超过20%;多个境外金融机构对非上市中资金融机构投资入股比例合计达到或超过25%的，对该非上市金融机构按照外资金融机构实施监督管理。多个境外金融机构对上市中资金融机构投资入股比例合计达到或超过25%的，对该上市金融机构仍按照中资金融机构实施监督管理”。根据本条规定，城市商业银行上市后，境外金融机构通过资本市场向上市城市商业银行的股权投资比例将突破25%的限制，从而有利于境外机构加大股权投资比例，增加其在公司经营管理中的话语权，有利于强化治理结构的内部制衡机制，提高治理效率。
2、有助于改善信息披露，强化外部监督。
虽然监管机构对城市商业银行的信息披露规范不断强化，但由于关心信息披露的利益主体仍然不够公众化和普遍化，因此，城市商业银行在上市前进行的信息披露并不能引起公众的注意和关心，信息披露不规范的情况仍然得不到纠正。而城市商业银行作为崭新的市场主体上市后，这将会极大强化公司的信息披露的规范性和全面性，并成为市场关注的焦点。上市后，城市商业银行除了要遵循银行监管机构发布的《商业银行信息披露暂行办法》、《关于规范股份制商业银行年度报告内容的通知》和相关财务制度，还要遵循中国证监会的有关规定，因此，将大大提高其披露质量和水平。
3、有助于建立有效的管理层长期激励机制。
12月，中国证监会发布的《上市公司股权激励管理办法》(试行)第2条规定，股权激励是指上市公司以本公司股票为标的，对其董事、监事、高级管理人员及其他员工进行的长期性激励，并对激励对象、数量、股票期权、信息披露、监管和处罚做出了详细规定。9月，国资委发布《国有控股上市公司(境内)实施股权激励试行办法》对国有控股上市公司的股权激励作出了详细规定，包括股权激励方式、激励对象、激励条件、授予数量、授予价格及其确定的方式、行权时间限制或解锁期限、申报、考核和管理等具体内容。城市商业银行上市前，由于缺乏相关法律基础，很难对管理层的薪酬制度和激励政策作出重大突破。两个试行办法的出台，为城市商业银行上市后开展长期股权激励，完善经理人长期激励机制提供了法律依据。
参考文献：
[1]王廷科,张旭阳.商业银行的治理结构及其改革问题研究[J].财贸经济，;1
[2]谭 震.完善股份制商业银行公司治理[J].金融理论与实践，;1
[3]陆岷峰.城市商业银行法人治理结构的对策研究[J].海南金融，2002;12
结构分析与优化 篇3
【关键词】人力资源结构；优化策略；疾控中心
【中图分类号】R-0 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8801（2016）03-0185-03
人力资源结构优化的内涵十分宽泛，既涵盖人力资源性别、学历、专业、职称、年龄结构等优化配置，也可以延伸至人力资源知识结构、能力（个体）结构、能级（团队）结构，乃至组织机构内部人力资源数量结构或人力资源团队个性倾向等诸方面结构的优化配置。[1]衡量疾病预防控制能力的核心要素是人才，加强人才队伍建设是疾控能力建设的关键环节，而人力资源结构合理与否直接关系到疾控事业能否持续发展[2]，而疾控机构人才队伍建设，其首要任务是优化人力资源结构，不仅有利于疾控机构人力资源的有效整合，而且能为人力资源预测、规划及合理配置提供参考依据。
一、市疾控中心概况
贵阳市疾病预防控制中心（以下简称市疾控中心），是2001年依据卫生部卫办发〔2001〕112号《关于印发<关于卫生监督体制改革实施的若干意见>和<关于疾病预防控制体制改革的指导意见>的通知》，在卫生防疫站基础上将卫生监督职能划出后，整合贵阳市卫生防疫站、贵阳市结核病防治所、贵阳市劳动卫生职业病防治所、贵阳市皮肤病防治所和贵阳市健康教育所组建而成。市疾控中心是在贵阳市政府卫生行政部门领导下，组织实施贵阳市所辖“三县一市六城区”卫生防病工作的技术保障，是贵阳市卫生和计划生育委员会所属正县级全额拨款事业单位，中心人员编制数176人，其中：专业技术人员160人、管理人员10人、工勤人员6人。市疾控中心在承担全市疾病预防与控制、突发公共卫生事件预警与处置，疫情监测与报告、检测检验与卫生学评价，慢性非传染性疾病和健康危害因素的预防控制、地方病及寄生虫病防治，预防医学科研、健康教育及健康促进等工作的基础上，还承担对所辖区、县（市）疾控中心的业务指导培训、考核和技术示范工作。
二、市疾控中心人力资源结构分析
本文以市疾控中心人事科存档的2016年5 月31日在职在编人员信息资料为基础数据，对人力资源结构进行描述统计分析。
（一）类别结构
按照国家相关规定，疾病预防控制中心应配备保证工作必需的相关专业技术人员，专业技术人员所占编制不得低于编制总额的85%，其中卫生技术人员不得低于70%”[3]。根据国家要求，市疾控中心早在2006年就向市编委办提出调整人员类别结构比例的申请并获批准，目前中心在职在编人员共计161人（表1），其中：专业技术人员149人，占职工总数的92.55%（卫生专业技术人员138人，占职工总数的85.71%）；管理人员7人，占职工总数的4.35%；工勤人员5人，占职工总数的3.10%。可见，市疾控中心专业技术人员类别结构已符合国家规定，结构较为合理。
（二）年龄结构
在职在编人员平均年龄 40.80岁。以 35—45 岁人员所占比例最大，为 32.92%（表2）；25—35 岁人员，占 32.30%；45—54岁人员，占27.95%；55岁及以上人员，占6.21%；25岁以下人员所占比例最小，为 0.62%。预计2016年至2020年自然减员人数将达到35人，平均7人/年，其中：男性8人，女性27人，均为专业技术人员。未来5年，市疾控中心在职人员平均年龄将呈现逐年下降的趋势，25—45岁的职工将成为疾控事业发展的中坚力量。
（三）性别结构
从职工性别结构看，女性职工为105人，占职工总数高达65.22%；男性职工56人，仅占职工总数的34.78%，男女职工比例为 0.53：1。显然，市疾控中心男女比例失衡，性别结构不尽合理，亟待优化。
（四）学历结构
从在职在编人员初始学历结构看（表3），研究生、本科、专科、中专、高中及以下学历占比分别为：9.32%、47.87%、17.39%、23.60%、1.86%；从最高学历结构看，以上五种学历占比分别为：13.67%、62.73%、22.36%、1.24%、0.00%。可见，初始学历与最高学历均以本科为主，整体学历结构较为合理且趋于优化。
（五）专业结构
在职在编职工初始学历中（表4），公共卫生、检验、其他医学、非医学专业的职工分别占职工总数的34.17%、18.01%、26.09%、21.74%；在最高学历中，具有以上四类专业的职工分别占总人数的29.19%、16.77%、24.85%、29.19%。根据疾控机构性质，对公共卫生及检验专业占比要求相对较高，而市疾控中心最高学历专业构成中公共卫生和检验专业占比仅为45.96%。初始学历与最高学历所学专业相比较，在最高学历专业构成中，除了非医学专业比例增加外，其余专业比例均下降，市疾控中心在鼓励职工在职教育提升学历层次时，仅注重学历提升而未对所学专业加以限制，从而使得专业结构与疾控机构要求还存在一定差距。
（六）职称结构
在职在编职工中，取得专业技术资格证书的专业技术人员为 133人（表5），占专业技术人员总数的 89.26% ，其中：正高级、副高级、中级、初级职称占专业技术人员的比例分别为 4.03% 、10.74% 、43.62%、30.87%；未取得专业技术资格证书的专业技术人员为16人，占专业技术人员总数的10.74%。具有中级和初级职称的专业技术人员占比高达四分之三，实有副高级职称的专业技术人员比重比编制职数低近8个百分点。可见，专业技术人员职称结构以中、初级职称为主，高级职称占比相对较低。
（七）岗位结构
在职在编职工所在岗位，从事行政后勤管理及辅助岗位的人数为45人，分布在办公室、人事、财务、总务、纪检监察等部门，占总人数的27.95%；从事专业技术业务岗位的人数为116人，占总人数的72.05%。总体来看，从事行政后勤管理及辅助岗位的人数占比较大，可进行适当调整。
三、市疾控中心人力资源结构优化策略
根据上述分析，市疾控中心人力资源类别结构较为合理，年龄结构趋于年轻化，学历结构不断优化，但性别结构、专业结构、职称结构及岗位结构不尽合理，尚有广阔优化空间。针对上述情况，提出如下优化策略。
（一）增加中心人员编制职数
根据中央编办2014年印发的《关于疾病预防控制中心机构编制标准指导意见》，疾病预防控制中心的人员编制原则上按照各省（自治区、直辖市）常住人口（以第六次全国人口普查数据为准）万分之1.75的比例核定。[3]根据贵阳市2010年第六次人口普查数据，全市常住人口为432.5万人，按此标准计算贵阳市级疾控人员应核定编制为757人。除去各区、县（市）人员编制，市疾控中心应核定编制240名，还需要增加编制64名。
（二）有效调节男女比例失衡
疾控中心的工作具有工作量大、任务繁重、不分昼夜等特点，甚至还要同苍蝇、蚊子、老鼠、蟑螂“四害”打交道。遇到疫情，特别是重大疫情或突发公共卫生应急事件时，女性职工因其生理和心理特点，工作尤为不易。因此，应协调政府编制部门及人社部门有针对性地增加男性职工的招考数量或在招考条件上加以限制，逐步调节男女比例失衡问题，保证重大疫情及突发公共卫生应急等相关工作更好地开展。
（三）重视人才培养及人才引进
随着社会对公共卫生事业要求的不断提高，市疾控中心应创新用人机制，优化用人内部环境，吸引更多的优秀人才加入疾控队伍。营造机制创新良好氛围，创新激励机制，加大对各类人才培养力度，为科学研究、论文发表创建良好的学术交流平台；加强继续医学教育培训力度，积极鼓励低学历、非专业职工参加公共卫生及检验专业的在职学历教育，充实专业队伍力量；完善岗位设置和职称晋升机制，为专业人员提供不同层次的学习进修机会，通过业务培训、学术交流等途径提高初、中级职称人员业务水平和科研能力，积极争取扩大高级职称结构比例，从而提高市疾控中心高级职称人员比重；加大高层次专业技术人才，特别是公共卫生及检验专业等急需人才的引进，提高市疾控中心人才队伍的防控能力和技术水平，以适应疾控事业发展的要求。
（四）制定职工职业发展规划
美国社会学家施恩按照不同年龄段所面临的与职业有关的问题和工作任务，将职业生涯分为9个阶段。其中，第5、6阶段分别为职业中期阶段（25—40岁）和职业中期危险阶段（35—45岁）。在职业中期阶段，他特别强调要开发个人长期职业计划，而在职业中期危险阶段则需要引导职员实事求是的评价自己的职业抱负及个人前途等。[4]市疾控中心25—45岁的职工占总人数的65.22%，构成了疾控中心事业发展的中坚力量，也正处于职业发展的中期阶段或中期危险阶段。管理部门应尽早制定适合于他们的职业发展规划，明确相关的职业管理任务；掌握这部分职工的心理和生理特点，有计划的进行职业指导，帮助他们选择适合自己的职业岗位；帮助他们制定和实施个人职业生涯规划并对执行过程进行监督、评估和修订，为职工的职业发展创造良好的内、外部环境，实现职工个人与疾控机构事业发展的共赢。
（五）整合与调整内设机构设置
根据中华人民共和国卫生部第40号令《关于疾病预防控制体系建设的若干规定》及《卫生部关于印发<各级疾病预防控制中心基本职责>和<疾病预防控制工作绩效评估标准>》（卫疾控发[2008]68号）的要求，应整合市疾控中心不同部门的职能和职责，调整内设机构设置，做到部门之间职能、职责不交叉，没有死角，形成精简、高效，专业性强、反应迅速的组织结构和人才队伍；进一步优化行政后勤管理及辅助岗位，对部分后勤服务工作，如车辆管理、清洁保洁、设备、水、电维修等工作，逐步实现社会化，将行政后勤岗位富余的专业技术人员充实到技术业务岗位中去。
参考文献：
[1] 来海根.民航企业人力资源优化配置与教育培训的实证研究[J].南京航空航天大学学报（社会科学版），2003（3）：48-52，56.
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[3] 中央编办.关于疾病预防控制中心机构编制标准的指导意见[Z].2014—01—17
薄膜型ESR结构分析与优化 篇4
卫星、宇宙飞船等航天器在轨工作时, 因为处于高真空环境, 所以不能与外界进行传导、对流等直接热交换。卫星吸收照射在其上的强烈辐射, 主要为太阳辐射 (1 367W/m 2) , 地球反射的太阳辐射和地球自身的红外辐射 (约237W/m 2) 等外部热流, 同时, 卫星也通过辐射的方式向深冷空间背景 (3K) 散热, 当卫星吸收的辐射热与散出的辐射热相等时, 卫星的温度达到一个稳定值。由于吸收、辐射的能力是材料的固有物性 (称为吸收率和发射率) , 因此目前主要是靠仔细选择具有合适发射、吸收率的卫星表面层材料来使卫星平衡在一个合适的温度 (约为20℃) , 如果设计不当, 则卫星可能升到很高的温度, 也可能变得很冷, 显然不适合卫星仪器的工作, 甚至彻底毁坏卫星。对载人航天、月球探测而言, 温度的重要性更是不言而喻。航天器热控制的基本任务就是控制航天器温度在要求的范围内, 它是航天器正常工作的重要保证, 是航天器系统中一个不可或缺的分系统。其主要技术之一, 就是对卫星表面进行仔细的设计, 使其具有合适的发射率和吸收率。
目前航天器内、外部的热工作状态都日趋复杂, 任务更加多样 (如月球与深空探测等) , 航天器的工作轨道有很大的差异, 都使航天器的内外部热流情况变的复杂。因此依靠固定发射率的表面已经很难达到卫星热控的要求。此外微纳卫星是未来卫星发展的一个重要趋势, 但是其本身热容小, 温度更易变化, 增加了它的热控难度。
静电开关辐射器元件是现在研究的一种新型热控技术, 依靠静电力来控制航天器表面的辐射状况, 有效解决了上述问题, 其基本结构如图1所示在高导热基底上制作红外波段高辐射, 对太阳辐射高反射的悬空薄膜。当不施加静电场时, 薄膜悬空, 与基底断开 (图1中OFF所示) , 基底热量仅能依靠支柱和薄膜与基底之间的辐射向外传导, 通过合理设计可以使这种漏热很小, 达到保温的目的;当施加适当静电场时, 薄膜下拉, 与基底接触 (图1中ON所示) , 保持热导通状态, 卫星外壳的热量通过薄膜散发到外太空。
该元件中, 静电力和薄膜变形所产生的弹性回复力之间的动平衡决定薄膜最终下拉的程度和曲面的形状。但静电力是很微弱的, 宏观上预期其产生的作用比较困难。从设计的角度看, 需要尽可能准确的理论计算, 以预期薄膜在电场力作用下的行为。事实上目前还没有该元件工作过程完整准确的理论分析, 这就造成了设计之初的盲目性。直接制造原型来验证设计, 往往很耗时, 加大了研究周期。所以, 本文重点是对静电辐射器元件进行解析分析和有限元仿真分析, 计算薄膜型静电开关辐射器在外加电压下的动作行为, 为工程应用的元件设计提供一个基础和指导。
1 ESR基本模型机电分析
在对ESR进行机电分析之前, 首先简单介绍其工作过程, 并作一定的简化。元件采用三明治结构 (如图1中OFF状态所示) , 单元形状为2 000×2 000 μm2正方形薄膜, 四边与支撑结构连接。该模型结构简单, 易于制作, 故作为最基本的结构分析模型。在薄膜上镀制导电层作为上电极, 元件基底作为下电极。在上下极板间加上电压U时, 薄膜受到静电力和自身因形变产生的弹性力共同作用。当施加缓慢变大的电压时, 可以看做一个稳态过程。在某一静电力的作用下, 薄膜会下拉, 因形变产生向上的弹性力。同时上下电极间距变小, 静电力增大, 最后静电力和弹性回复力平衡, 达到稳定状态。但是随着上下电极间距变小, 静电力的增加远大于薄膜弹性回复力的增加, 故当电压大于某一值时, 这种平衡状态将不存在, 薄膜会迅速下拉到基底, 并与基底紧密接触。薄膜形变之后, 上电极形状及其电荷分布也会随之改变, 空间电场分布变的很不规则, 所以该电压阈值在理论上的严格推导是很复杂的, 对工程应用来说, 也没有必要。因此, 假定在整个变形过程中电场分布不变, 始终保持变形开始时的状态, 即类似于平行平板形状的上下电极产生的电场。事实上下拉电压是由上述过程中, 静电力与弹性力平衡不能维持时所需的电压确定。由后边的模拟分析可知, 此时薄膜变形较小, 故电场分布与变形开始时差别不大, 如图2所示, 2 000×2 000 μm2正方形薄膜, 其中心处仅下拉55 μm。所以, 此种假定得到的下拉电压与实际下拉电压相比相对偏小, 但差别不大。
在该假定条件下, 下拉电压可以通过建立静电力和薄膜弹性回复力之间的平衡方程得到。该模型中, 可以认为静电力为均布载荷, 则:
(1) 式中, Fe为静电力 (N) , A为有效电极面积 (m2) , ε为上下电极间的介电常数 (F/m) , U为电压 (V) , d为上下电极间距 (m) , E为上下电极间的静电势能 (J) , 弹性力学中四边简支矩形薄板下拉的小挠度理论有[1]:
(2) 式中ε为薄膜中心点的挠度, 即该点下拉的位移 (m) , q0为薄膜所受的均布载荷 (N/m2) , A为薄膜面积 (m2) , D为薄膜的弯曲刚度 (N·m) :
(3) 式中E为杨氏模量, t为薄膜厚度 (m) , ν为泊松比。薄膜中心下拉位移为ε, 则上下电极间距变为d=d0ε, 代入 (1) 式。且当qe=q0时, 静电力与薄膜下拉产生的弹性回复力达到平衡, 则有:
当
至此, 得到了该模型中下拉电压的计算公式, 以前也有人计算过类似的公式, 比如美国约翰霍普金斯应用物理实验室[2]的Matthew A等人。
需要指出的是, 上述计算的理论基础是薄膜的小挠度弯曲, 即薄膜的挠度远小于薄膜厚度, 而在该模型中, 薄膜厚度为7 μm, 平衡时ε= d0/3=27.3 μm (d0=88 μm) , 小挠度理论已有较大的偏差, 所计算的下拉电压值偏小。但是从定性的角度来说, 该公式仍具有重要的指导意义。
可以看出, 上下电极间距与薄膜厚度对下拉电压影响很大, 本文中由于元件制作工艺的限制, 上下电极间距与有效面积不能取得理想的值;元件在真空中工作, 介电常数取值确定;当选取一定材料制作悬空薄膜时, 其物性参数确定。故希望通过该种模型显著降低元件的下拉电压比较困难。
另外在该元件的热接触状态时, 需要悬空薄膜尽可能与基底接触, 接触面积要尽可能大, 同时压力也要足够大, 以达到良好的热传导功能。而上式所表示的, 仅为薄膜中心点接触基底时的下拉电压。更进一步的理论分析将因面型的变化而变的极为复杂, 只有依靠计算机仿真技术来预估。
2 ESR基本模型计算机仿真分析
在进行计算机仿真分析之前, 首先确定模型的结构参数。如上所述, 该模型采用2 000×2 000 μm2正方形薄膜, 膜厚7 μm, 上下电极间距88 μm。选用薄膜材料的杨氏模量E为1.7×109 Pa, 泊松比ν为0.3。建模所需材料参数与结构参数确定完毕。
进行下拉电压模拟分析时, 使用Ansys通用有限元分析软件, 建立上述模型如图3 (划分单元后) 。本文使用六面体单元划分, 采用Ansys提供的ICCG求解器, 使用Multi-field (TM) Solver求解方法, 这在多物理场耦合分析领域中是较为宽松的一种方法, 只要定义了载荷向量的传递交界面, 即使两个场域的网格形状和密度不一样, 也可以通过一定的插值算法来实现能量传递。
在该模型的模拟分析中, 以元件下拉电压作为主要的参考参数。上述模型条件中, 悬空薄膜中心点下拉位移与施加电压之间的关系如图4所示。
可以看到, 当施加电压缓慢升高但未达到下拉电压时, 薄膜中心点下移幅度不大, 当所加电压大于下拉电压后, 薄膜会直接拉至基底, 这与上面的分析一致。图4中也清楚表明, 该模型下拉电压在1 500 V与1 600 V之间。
下面研究元件参数对下拉电压的影响。经过模拟不同膜厚时的下拉电压, 绘制出膜厚-下拉电压关系曲线如图5。通过模拟不同电极间距时的下拉电压, 绘制出电极间距-下拉电压关系曲线如图6。从这两个关系曲线可以看出, 在图示的变化范围内, 下拉电压随着电极间距的变化, 远比随薄膜厚度的变化剧烈。也即改变电极间距大小远比改变薄膜厚度要有效。故在该模型中, 为了降低下拉电压到一个可以接受的范围, 降低其电极间距, 应该是一个可行的方案。
需要指出的是, 上述仿真分析中的下拉电压仅为薄膜中心点下拉至基底时的电压, 当薄膜中心点与基底接触后, 其下拉部分将与基底紧密接触, 则基底必然支撑薄膜, 薄膜面型的变化规律发生改变, 上述分析将不再适用。实际应用中, 关心的是薄膜与基底接触的面积, 这需要进一步的工作来完成。
3 ESR模型优化
图7所示为上述模型中下拉状态的应力分布, 容易看出, 其应力集中区域处于边框中心。因此若将薄膜相对的两边与边框断开, 使其处于自由状态, 必然能够降低其下拉电压。模拟结果也表明, 在同样薄膜厚度和电极间距的情况下, 该模型的下拉电压有大幅下降, 在900 V至1 000 V之间。而与其薄膜厚度相同 (7 μm) , 电极间距相同 (88 μm) 的四边模型, 下拉电压则在1 500 V至1 600 V之间, 降低了600 V左右。但是由上边的模拟分析可以看出, 现有的条件和工艺下, 上述两种模型很难得到350 V以下的工程实用的预期下拉电压。
为降低元件的下拉电压, 设计了一种使用长悬臂梁结构的ESR元件。使用长宽比极大 (35～40) 的悬臂梁作为中心有效面积的支撑, 这样整个薄膜工作面在施加电压时都会受到电场力作用, 而其只需克服由长梁弯曲引起的弹性力, 因此大大降低了元件下拉电压。模型如图8所示 (划分单元后) 。
该结构下拉电压的理论计算与四边模型类似, 不同之处在于, 静电力需要克服的弹性力由四条悬臂梁提供。由材料力学中关于悬臂梁的挠度理论可知[3]:
(5) 式中F为悬臂梁自由端所受集中载荷 (N) , l为悬臂梁长度 (m) , x为所求点在梁长方向上的坐标, E为杨氏模量 (Pa) , I为惯性矩:
其中b为梁宽 (m) , t为梁的厚度 (m) 。将 (1) 式与 (5) 式联立, 注意到该种模型中有4条悬臂梁共同作用, 则当F=Fe/4时, 静电力与悬臂梁的弹性力平衡, 建立平衡方程, 解之并化简整理后有:
取l=1 800 μm、t=7 μm、b=50 μm、d0=88 μm、A=1 700 μm×1 700 μm时, 计算可得:
U=6.29V。
这与计算机模拟的结果是比较吻合的 (模拟结果9 V) , 也说明了该理论的可靠性。
模型中, 由于面型结构比较复杂, 在计算机仿真分析中建立与实际情况完全相同的模型将大大增加计算量, 因此做必要的简化, 以提高计算效率。实际模型中四条悬臂梁本身是被镀制电极的, 但在该模型中, 悬臂梁面积与中心面积相比很小 (约为1/34) , 因此所能提供的下拉静电力与中心面积相比也很小, 故在计算过程中, 建立的驱动电场不包括这四条悬臂梁。上述简化对计算精度影响不大, 却能大大简化模拟过程中的网格划分难度, 提高了计算速度, 增加了运算效率。
在下拉过程中, 与基本模型类似, 静电力和弹性力的变化快慢不同, 也应有极限的状态。在该状态下, 所需静电力达到最大, 继续下拉时, 则静电力一直大于悬臂梁弹性力, 薄膜迅速下拉, 由模拟分析的结果看, 这一推论能够得到证实。
上述模型下拉电压仅为9 V, 远远低于设计参数350 V。这与四边模型相比, 就大大降低了所需下拉电压, 完全达到工程要求, 因此, 这种模型是完全适合工程应用的。
该模型的优点是显而易见的, 但其缺点也比较明显。模型中心面积仅依靠与其连接的四条悬臂梁固定支撑, 故其受元件制作过程中悬空薄膜残余应力的影响比较明显。这包括薄膜本身的残余应力, 镀制功能膜层产生的应力, 制作悬臂梁过程产生的应力等。从实际的制作看, 该模型完成后, 扭曲变形比较严重, 作为工程应用并不可行。当悬臂梁变短时, 元件下拉电压必然上升, 但是悬臂梁对中心面积的约束则明显增强。这就要求找出合适的梁长, 使得下拉电压在允许范围内, 同时又能提供足够的支撑强度。图9所示为梁长与下拉电压关系曲线图。可以看出该曲线与式8所示基本一致。说明该模型理论计算可靠, 仿真结果也是可信的。为保证悬臂梁对薄膜有良好的约束, 不会由于薄膜的各种应力而使得薄膜发生不期望的形变, 在下拉电压许可的情况下, 应尽量使得梁长比较短。图9中可以看出, 当梁长为300 μm时, 下拉电压为95 V, 这是符合设计要求的。而且该电压正处于曲线拐点处, 也就是说即使悬臂梁变的更长, 下拉电压也不会有明显减小。工程上来说选取该点对其综合性能也是有利的。此时薄膜所受的约束远比梁长1 800 μm的时候大, 适于工程应用, 其下拉后的形变情况如图10所示。因此, 选择梁长300 μm的四悬臂梁结构是合适的。
4 结论
本文对正方形和四悬臂梁结构的ESR单元进行了理论分析和计算机仿真分析, 结果表明, 四悬臂梁结构理论计算可靠, 模拟结果可信。在对比各种不同结构参数及其性能后, 认为梁长300 μm的四悬臂梁结构元件参数完全符合工程实用要求, 自身可靠性高, 是制作ESR元件的合适结构类型。
摘要：对ESR进行了理论分析, 并进行计算机模拟分析。在此基础上提出了两种改进的ESR面型结构。模拟结果表明, 最可行和有效的提高元件性能的手段是降低电极间距。文章分析了两种新的面型结构, 其中两端固支模型下拉电压降为原来的60%左右。四悬臂梁结构的下拉电压仅为10V左右。
关键词：模拟,Ansys,等效核电阻 (ESR) ,下拉电压
参考文献
[1]徐芝纶.弹性力学.第三版 (下) .北京:高等教育出版社, 1990
[2]Beastey.M A, Firebaugh S L, Edward R L.MEMS thermal switch for spacecraft thermal control.MEMS/MOEMS Components and Their Applications.Proc of SPIE, Bellingham WA, 2004;53446:98—105
结构分析与优化 篇5
现代企业组织结构发展的趋势一是分立化，二是柔性化。
分立化趋势一般可分为两种形式：一种是横向分立，一种是纵向分立。横向分立就是企业将一些有发展前途的产品分离出来，成立独立的公司，选派有技术、懂管理的人去经营。纵向分立是企业不仅仅从事多品种经营，而且对同一种产品也进行上、下游分离。
实行分立化组织机构具有明显的优越性。一是增加了各公司的自主权，也增强了各自的进取精神；二是减少了企业管理层次，精简机构；三是信息传递快，具有较强的应变能力和较大的灵活性；四是各部门间平等，无上下级关系，有利于相互配合、协调，提高效率。柔性化趋势通常表现为临时团队、工作团队、项目小组等形式。
所谓“团队”，就是让员工打破原有的部门界限，绕过原来的中间层次直接面对顾客和向公司总体目标负责，从而以群体和协作优势赢得竞争主导地位。临时性，往往是为了解决某一特定问题而将有关部门的人员组织起来的“突击队”。通常等问题解决后，团队即告解散。这种形式是对那种等级分明、层次多、官僚主义组织的强烈冲击。
现代企业普遍追求大型化、集团化，企业兼并风潮锐不可当。然而，庞大的现代企业虽然有了规模效应，却容易丧失灵活机制，造成组织臃肿，带来大企业病。这与瞬息万变的市场要求形成了尖锐的矛盾。外部市场化、内部计划化是许多大型企业的一贯思想和做法，但是80年代末，大型企业集团开始了一种新的组织形式———“内部市场运行机制”，在各子公司之间形成厂商客户的关系，各自相对独立，单独核算。这就把原本像“大象”一样笨重的大型企业，变成了具有活力的“瞪羚”，创造了“瞪羚式管理”。此种管理方式的实质就在于着重大公司的重建和结构调整，趋势是向下级更多地授权和分散经营，增强企业的生机和市场反应能力。
环境决定战略，战略决定组织。当企业的内外环境发生变化，企业战略必然发生变化，新的战略必须有相应的组织结构来支持和保证。于是，组织结构调整势在必行。组织结构的主要功能在于分工和协调，所以，通过组织结构调整，将企业的目标和战略转化成一定的体系或制度，融合进企业的日常生产经营活动中，发挥指导和协调的作用，以保证企业战略的完成。因此，组织结构调整是企业总体战略实施的重要环节。
有效的组织结构调整，是一个复杂的系统工程，要考虑到企业管理的各个环节。在企业的组织结构调整中应坚持以下几个原则：
1.权力和职责对等原则。即赋予下级的权力，必须对等于所分配的职责。该原则要求上级将其权力充分委任给某项职责的下级，从而减轻了上级的工作量。这样的授权方式既能把企业主要领导从繁忙的日常事务中解脱出来而集中精力考虑企业的战略发展，同时能够真正激励下级发挥和提高自己才能，完满地行使职权。
2.让权不让责原则。这里的责指的是责任。在上级领导把某项工作委派给下属部门执行时，同时也需授予完成该项工作的必需的权力，即“授权”。但在职责委派和权力授予的同时，上级领导向其上级所承担的责任与义务并没有随授权而转移下去，他们仍然向其上级承担原来的责任。
3.谨慎越级指挥。越级指挥会使直接下属和指挥对象无所适从，使直接下属的工作积极性降低，这是一种典型的上级干下级的事，经理人员在发布指令时，应沿指挥链逐级传达下去。应避免下级过多，更要杜绝组织中出现“一个上级，一个下级”的情况。尽量避免横向兼职、纵向兼职、交叉兼职。
4.管理理论要求因岗设人，因事择人，但管理实践中，有时也因人设岗。在大多数情况下，组织机构臃肿、人员冗余，并不是因为因人设岗造成的，有时恰恰相反，是因为过分从组织流程、工作性质、部门分工等因素出发，缺乏对具体人力资源的分析，从而形成不合理的工作分析和职位描述，导致岗位设计泛滥，并且限制了人才的充分发展。因此，要辩证的看待因岗设人和因人设岗。
5.坚持命令统一原则，避免多头领导。领导之间没有协调好，没有统一的口径与决议，会让下属无所适从，即使下属勉强为之，效果也会大打折扣。由于相互间的利益或者是矛盾引起不能精诚合作，影响了即定目标的最终实现。
6.在委员会的决策过程中，应注意决策效率低下问题和少数人支配问题。组织中出现非正式组织是一种必然现象。组织管理中应采取积极的方法，正确诱导和运用非正式组织使其为实现企业的正式组织目标服务。
7.随着企业规模的变化和企业内外环境的变化，企业的经营目标和经营战略都会不断发生变化，企业的组织结构也应相应地滚动调整和优化。如何优化组织结构，应从以下几个方面如手：
一 做好关键活动分析，以确定组织经营型态结构。许多企业对内部出现的组织问题力不从心。出现组织体系管理紊乱，人浮于事，组织效率低下，内部管理无从下手、凭经验主义、没有适应新业务的成熟管理手段和方法等问题。因此，企业在面对新形势下，组织结构的有效与否必须深入分析和甄选企业的关键活动，用组织结构的手段把这些关键活动有效组织起来，使其处于被管控状态。同时对组织的战略进行明晰，分解成年度经营指标，根据经营指标的导向性有效梳理分析出组织关键活动。
二 进行组织管理变革，使组织结构型态扁平化、流程化、标准化、规范化。将组织内部关键活动所使用到的资源和管理输入转化为输出的活动，建立与之相匹配的各部门结构。并重视组织内部过程管理，对组织系统全过程之间的联系以过程组合和相互作用进行控制，用组织流程和组织制度进行规范。对组织内部各项职能进行专业设计和合理分工。从组织职能、主业务设计、管理责权利三个方面进行专业设计。做到组织高、中、基层权力环环相扣、职责层层落实、绩效目标层层分解，管控、监督到位。
三 根据部门的核心主业务，设计岗位，对岗位工作进行专业分析。从部门的主要职能分解到岗位，对岗位的工作任务、工作量、工作职责、工作权限、工作标准、工作流程、任职资格进行有效分析，建立岗位说明书和工作指导作业书。根据岗位说明书，合理建立岗位绩效目标考核，通过岗位职责的明确，组织优化解放高管，提升管理效率。
四 对所设计好的部门、岗位制定出职权、指挥、集分权管控系统。有效的组织机构调整，是一个比较复杂的系统工程，要考虑到企业管理的各个环节。因此，在设定职权、指挥、管控系统时，要做到权责分明，职责清晰，分工合理，管理者能把企业主要领导从繁忙的日常事务中解脱出来，能够使得各部门、岗位各司其职，协调配合真正激励各级管理者和岗位员工发挥和提高自己才能，完满地履行职权。同时要做好管理层次和管理幅度的设计。五 组织设计和优化必须做好五项基本原则的把握。1.精简高效原则。（机构精简、职能清晰、办事效率高）2.扁平化原则。（流程清晰、结构层次少，反应迅速）3.责、权、利相统一原则。(职责、权限、利益、管理统一）4.分工与协作原则。（分工清楚、任务明确、协作有序）5.集、分权原则。（各项命令指挥有序、权力落实层层分明）
驱动电机转子结构优化分析 篇6
（东风汽车公司 技术中心，武汉 430058）
世界汽车技术正朝着节能、环保、安全等方向发展，汽车的能量消耗与汽车自身质量成正比，因此，要想减少不必要的能量消耗，应在保证安全的前提下尽量减轻汽车自身质量。对于电动汽车来说，电池、电机和车身结构件所占整车质量的比例较高，从电池、电机和车身结构入手减轻质量，对电动汽车整车的轻量化效果十分显著。
本文针对某自主设计电动车的驱动电机转子进行结构强度仿真分析，在保证结构强度满足设计要求的前提下，对转子结构进行拓扑优化和形状优化，优化后的电机转子通过了试验验证，满足设计目标要求。
1 电机转子结构强度分析
1.1 仿真分析说明
内嵌式永磁电机采用转子冲片内嵌磁钢块且磁极表面对称分布的方式，不仅使电机反电动势波形得到优化，而且有效的抑制了电机齿槽力矩和负载力矩扰动。电机转子结构如图1所示。在电机高速运转时，电机转子结构主要承受离心力、电磁力和永磁体吸引力的作用，研究结果表明，离心力是影响电机转子结构强度的主要因素。本文在进行电机转子结构强度分析时，主要考虑电机转子在离心力作用下的结构强度。
1.2 结构强度分析结果
转子冲片结构采用壳单元模拟，单元尺寸为0.5 mm，能够较好的反映转子的几何特征。在分析过程中，电机转子单个冲片处于自由状态，对结构施加电机最高转速12 000转/分钟，采用惯性释放的方法，考虑永磁体与冲片之间的接触关系，利用Abaqus求解器计算，分析结果如图2所示。
电机转子的最大应力为137.4 MPa，采用材料的屈服强度为395 MPa，安全系数为2.9，存在较大的设计优化空间。
2 电机转子结构优化分析
2.1 结构拓扑优化分析
拓扑优化技术是在特定的设计空间、载荷和边界条件的前提下，寻求材料的最优分布。它的特点就是在产品概念设计阶段，在不知道结构形状的前提下，得到合理的结构形式，提出最佳形状设计。本文利用Altai公司的OptiStruct工具进行结构拓扑优化设计。
本文以电机转子冲片非设计区域的单元密度为设计变量，以转子冲片结构的一阶模态频率为约束条件，以转子冲片结构的总质量最小为目标函数，应用OptiStruct进行结构拓扑优化分析，经过7次迭代计算，得到优化设计方案，根据软件优化方案，形成最终的设计方案。优化过程如图3所示。
2.2 结构形状优化分析
形状优化是一种细节设计方法，是设计人员对模型结构变化有了一定思路进行的设计。目的是通过改变某些形状参数来实现好的力学性能，如应力、位移等。在形状优化中，通过修改网格节点的位置以改变结构的形状。在HyperMesh中，通过HyperMorh实现网格变形。OptiStruct通过HyperMorph进行区域变形，建立形状变量，以形状变量为设计变量进行优化计算。
本文以隔磁桥1的宽度、隔磁桥2的宽度和减重孔半径作为设计变量，如图4所示，通过HyperMorh实现网格变形，建立形状变量，以材料的屈服强度作为约束条件，以转子冲片结构的总质量最小为目标函数，应用OptiStruct进行结构形状优化分析，经过迭代计算，得到各设计变量的结构最优参数如表1所示。
表1 形状优化分析结果
对优化后的电机转子进行结构强度分析，分析结果如图5所示。电机转子最大应力为241.4MPa，安全系数由优化前的2.9降为1.6，能够满足设计目标要求。
2.3 电机转子热变形分析
电机转子在高速运转时，除了受离心力外，随着温度的升高，电机转子发生膨胀变形，变形量的大小直接影响电机定子与转子之间的间隙量，进一步影响电机的工作效率。分别对优化前后的电机转子进行热变形分析。
采用惯性释放的分析方法，对转子结构施加极限温度载荷，分析结果如图6所示。分析结果表明，对转子结构进行优化后，转子的热变形性能未发生变化，最大变形量均为0.11mm，满足设计目标要求。
3 分析总结
（1）优化前后驱动电机转子结构性能对比如表2所示，优化方案的最大应力为241.4 MPa，安全系数为1.6，最大热变形与原方案一致，满足目标要求，质量与原方案相比减重18.8%，轻量化效果显著。
表2 优化前后电机转子结构性能对比
（2）优化后的驱动电机转子方案通过了台架试验验证，未出现强度问题，现已实现小批量装车。
（3）本文形成的电机转子的结构强度分析方法，有效的指导了电机转子的设计工作，并应用于后续的电机产品开发过程中。
（4）通过实现仿真与设计同步工程，使CAE工作在概念设计阶段介入，尽早发现设计缺陷并及时进行结构改进，可以将设计问题降至最低，提高设计的可靠性和设计质量，缩短设计周期。
［1］陈远扬.高速内嵌式永磁电机转子机械强度分析［J］.微电机，2012， 40（5）.
民用建筑结构设计与优化分析 篇7
1.1 经济适用原则。
结构设计要考虑成本节约, 在有效的预算资金内满足使用需求。设计人员不能一味的考虑成本节约, 要在达到建筑承载标准的前提下来进行, 通过优化结构形式与材料强度, 节约建材的使用。确保各结构承载性能都可以得到发挥, 实现经济适用目的, 要选择合理的建筑材料, 价格合理承载能力强, 结合施工位置的需求来进行, 过于追求高强度材料可能会造成浪费, 修筑位置并不需求过高的强度。
1.2 安全坚固原则。
建筑结构承载能力达到规定标准后, 使用期间即使遇到风险问题也能保障内部人员安全。因此安全稳定也是设计阶段需要考虑的问题之一, 可以改变建筑结构的受力形式, 使结构受到的剪力最小。这样在承载能力上会有明显提升, 民用建筑更安全稳定。除使用安全之外, 施工过程的安全性也需要注意, 设计合理的施工方案, 避免在施工期间发生安全事故。
1.3 美观实用原则。
民用建筑外观是否据有观赏价值, 关系到城市规划是否能够高效进展, 建筑物美观实用, 也能够为城市居民应在温馨舒适的生活环境。独特新颖的建筑外观很难被大众审美所接受, 设计人员要明确工程的使用方向, 民用建筑要以清新自然为理念, 为居民的日常生活提供便捷。
2 民用建筑中常用的几种结构设计
2.1 砖混结构。
建筑结构施工期间常用的材料为砌块与混凝土, 承载能力强到结构自身重量也很大。可以在楼层高度较小的民用工程中使用, 对室内空间进行设计, 根据总承重结构建设面积来计算墙体自重, 判断基层承载能力是否能够满足使用需求。墙体作为主要的承载结构, 设计期间要从两方面因素进行考虑, 分别是稳定性与自重。将这两者调节在最合理的参数范围内, 同时还要对工期做出预算, 尽可能的减少施工所用时间。
2.2 框架结构。
使用钢材料搭建的框架结构, 作为主要承重结构具有极强的稳定性, 设计阶段需要重点考虑的问题是框架抗剪性能。合理布设平面结构, 通过优化设计来保障室内空间充足, 选择适合强度的钢材料, 避免因材料浪费造成成本增大。框架结构还要具有抗震能力, 应对使用过程中的自然灾害风险。
2.3 剪力墙结构。
剪力墙性能的发挥与设计位置相关。剪力墙由钢筋混凝土材料修筑而成, 可以不是连续存在的, 能够将民用工程室内分割成需要的形式, 同时建筑物使用阶段自重问题也能很好的解决。剪力墙将建筑物支撑起来, 在承载范围内的剪力都能很好的抵消。剪力墙位置的设计也要考虑是否会影响到房屋使用性能, 优化结构位置, 既能满足使用需求, 又可以避免在使用期间出现严重的安全隐患问题。
2.4 筒体结构。
民用工程中还包含高层建筑。与普通的建筑物不同, 高层结构要求自重更小, 并且在施工期间基层与上部分建筑结构所用材料也不相同。高层建筑的受力形式更复杂, 设计过程中要尽量简化承重结构修筑形式, 这样建筑物的自重也能控制在合理范围内。
3 民用建筑结构设计存在的问题
设计期间没有结合场地调查结构来进行, 仅仅是对建筑结构自身稳定性进行优化, 并没有考虑使用过程中可能会遇到的风险问题。设计方案的执行力度不足也是现存主要问题, 施工期间为节省工期, 降低成本支出, 出现负责人私自改变建设方案的现象。并没有完全按照设计内容来进行, 建筑物的使用安全得不到保障。对于图纸中标记的一些基础设施, 施工期间也常常会被遗漏, 例如消防安全设施等。
4 民用建筑结构设计的新要求
与此同时, 业主对建筑物的审美追求更加强烈, 在业主选择户型时不仅仅考虑建筑质量, 还注重建筑的个性化。因此在民用建筑结构设计时, 要充分考虑到当前市场的需求, 建筑结构设计要具有灵活性, 方便业主在装修时能够根据自身的需求进行改造, 所以必须对墙体结构、门窗位置、梁柱结构、楼梯间等进行合理设计, 严格执行这一标准, 能够方便业主改造。
5 民用建筑结构优化措施
5.1 提升民用建筑结构设计质量。
针对民用建筑结构设计中存在标注不全、设计粗糙和违反规范条文等问题, 应在出施工力之前予以解决, 这就要求建筑结构设计人员具有一定的专业知识和职业素养。定期对设计人员进行专业培训学习, 不断提升设计人员的业务水平和责任心, 端正设计人员的态度, 提升建筑结构设计的水平和质量。在选择设计方时, 要对设计方的相关证书和资质进行审查, 保证民用建筑结构的设计质量, 从源头上提升建筑结构设计的安全性和整个建筑工程的质量。
5.2 优化民用建筑结构模型。
民用建筑涉及国计民生, 是与人民群众利益联系最紧密的建筑工程, 因此在设计前必须对民用建筑结构模型进行合理优化设计, 对房屋的结构体系、围护结构、房屋的各个细节结构进行合理优化设计, 保证建筑结构的承重、受力符合相关规范和要求。在进行建筑结构设计时还要充分考虑经济原则, 保证建筑结构安全的同时还要尽可能降低建筑结构的成本, 实现经济效益的最大化。
5.3 提高民用建筑结构设计的安全性。
现阶段的民用设计普遍存在着抗震设计不足, 结构设计不合理等现象。因此, 为了保证建筑结构的安全性和使用寿命, 必须对民用建筑结构进行合理设计。在民用建筑结构设计时, 要尽可能选择合理的结构类型。比如现阶段运用广泛钢结构, 钢结构与传统的钢筋混凝土结构相比, 具有强度高、质量轻、工期短等特点, 适应现阶段民用建筑结构的设计要求。与此同时, 钢结构的大空间布置, 能更好地保证了民用建筑空间设置的灵活性, 为施工和业主的装修设计提供了便利。此外, 使用钢结构进行设计施工时能有限地减少水泥、砂石等建筑原料的使用, 能大大减少施工成本, 降低工程造价。同时还能降低环境污染, 实现建筑的可持续发展, 提高民用建筑的社会效益。
为了更好地保障民用建筑的安全性, 建筑物地基基础部分的设计不容忽视, 在进行民用建筑结构设计时, 要充分考虑场地条件及地基承载力特征值, 根据建筑本身的结构特点选择合适的基础结构形式, 保证地基基础部分受力均匀, 满足整个建筑的设计要求。当施工过程中出现问题时能够及时与设计人员沟通, 共同商议处理方法, 保证施工进度和施工质量, 使地基基础部分符合建筑设计的要求。
6 结论
民用建筑结构设计和优化是一项庞大的系统工程, 需要相关人员不断进行探索和改革, 不断促进民用建筑结构设计的科学性和合理性, 使其更符合设计要求、更符合当今社会的环保理念。不断提升民用建筑结构设计人员的能力和素质, 使设计出的方案更加合理有效, 促进我国建筑产业的可持续发展, 使建筑结构设计向安全、合理、科学的方向转变。
摘要：首先分析了民用建筑工程结构设计应遵从的原则, 总结为经济适用、安全加固与美观实用。其次以结构设计中存在的问题为背景, 重点介绍提升建筑物使用性能的设计方案, 并对设计阶段的重点内容进行总结, 帮助增强工程质量, 成本控制也能高效进行。
关键词：民用建筑,建筑结构,结构设计
参考文献
[1]盛承财.民用建筑结构设计与优化对策分析[J].中国新技术新产品, 2015 (7) .
天津产业结构现状与优化对策分析 篇8
关键词：产业结构,有利条件,优化对策
1 天津产业结构现状分析
据相关统计, 2010年天津的国内生产总值为9100多亿元人民币, 综合实力跃上新台阶。特别是人均国内生产总值, 在继深圳、上海、北京之后迈过了10000美元的门槛, 这就意味着天津已经进入高收入发达地区。在这个过程中, 产业结构的调整发挥了重要的作用。各产业的构成以及各产业之间的联系和比例关系直接推动了经济的发展。当然, 各产业部门的具体情况不尽相同, 对经济增长的贡献大小也不同。
1.1 天津产业结构调整所取得的成就
近十年来, 天津坚持调整优化经济结构、转变发展方式, 培育发展关系天津核心竞争力的优势支柱产业, 形成了若干的新的经济增长点, 使产业结构发生了很大的变化, 最终有效地促进了地区经济的增长。
(1) 三次产业结构不断提升。
从1990~2010年天津生产总值结构由8.8∶57.7∶33.5演进为1.6∶53.1∶45.3。从中可以看到, 第一产业和第二产业生产总值比重均呈下降趋势, 尤其是第一产业下降了7.2个百分点, 幅度较大;第三产业生产总值比重有明显提高, 呈快速上升趋势。此外, 三次产业就业结构也由1990年的19.9∶49.4∶30.7演进为2009年的15.3∶41.3∶43.4, 第三产业对就业的贡献已经超过了第一和第二产业, 比例结构更加合理。
(2) 支柱产业规模不断扩大, 高端项目发展迅速。
天津在工业化水平不断提高的同时, 努力培育优势产业, 逐步形成了电子信息、航空航天、石油化工、装备制造、生物医药、新能源新材料、汽车、化工等八大支柱产业, 占全市工业产业的比重超过9成, 对工业增长贡献率也达9成。另外, 在部分重点行业形成了以重点企业为中心的较为完整的产业链和完善的配套体系, 产业带动效应明显。与此同时, 2007~2010年的三年左右时间, 120个大的高端工业项目先后开工建设, 投资总额是“十五”期间的4倍。仅2009年就有40多项高端服务业重大项目开始建设, 由此带动服务业增速达15.1%, 为天津近13年来的最好水平。
(3) 节能降耗得到显著推动, 技术改造提升较快。
天津市工业在快速增长的同时, 还实现了低消耗、低排放。“十一五”时期万元生产总值能耗下降21%, 节能减排超额完成国家下达的任务, 节能降耗主要指标继续保持全国领先水平。在这个过程中, 天津还加快了对传统产业的改造提升, 近5年累计投入3285亿元, 先后实施了2800多个技术改造项目, 使本市整体技术水平有了充分的发展。
1.2 天津产业结构存在的不足
当然, 我们也要清醒地认识到, 天津的产业结构并是尽善尽美的, 与其他发达地区相比, 仍存在着一些差距, 主要问题表现在:
(1) 三次产业结构不协调, 产业升级相对滞后。虽然2009年天津第三产业比重提高到了43.5%, 但其仍大大低于发达国家水平, 而且与北京、上海等特大城市相比还有较大的差距。此外在之前几年, 其比重还出现了逐年下降的趋势。第三产业的比重低及不稳定, 将不利于弥合产业差距、扩大消费需求和就业、增加地方财政收入、增强自主增长能力、实现天津城市定位。
(2) 产业内各部门发展不协调。在制造业中, 重工业比重过大。2010年, 在规模以上工业总产值中, 轻工业2712.40亿元, 增长23.6%, 重工业13948.23亿元, 增长33.4%, 轻、重工业比达1:5.14, 二者发展极不均衡。
(3) 产业链条层次不合理。天津的制造业重心虽然已基本实现了由劳动密集型产业向资本技术密集型产业的转移, 但在产业链条层次上, 仍主要集中在生产制造环节, 而不是研发设计和品牌营销环节, 同时在生产环节上, 也处于下游生产, 而不是上游生产。我们仍处于垂直分工体系中的低端, 距发展现代制造业的目标仍有较大的距离。
(4) 产、学、研合作机制不完善, 企业创新能力不足。尽管天津自身及周边地区有着众多的高校及科研单位, 人力资源丰富, 却并未形成较好的产、学、研合作机制, 大量科技力量仍游离于企业和市场之外, 还有很多优秀的科研成果没能及时地转化成企业优势, 这些都大大地削弱了天津企业的自主创新能力。
2 天津产业结构调整的有利条件
(1) 我国已进入必须进行结构调整和转型以升级促发展的新时期。
我国在经历长期高速发展之后, 面临新的周期性调整压力, 必须推动三次产业的转型升级。同时, 我国产业发展也具备了加快结构调整的有利条件和物质基础。随着工业化、信息化和城镇化的综合发展, 我国推进产业转型升级的时机已经成熟。
(2) 京津冀都市圈区域的一体化发展。
发展京津冀城市群是大势所趋, 进年来, 三地在人才、信息、资金、政策等方面的合作在不断加强, 京津冀区域的共同发展也必将上升为国家战略。在这个区域中, 天津作为“双核多极”中的一“核”, 可充分借鉴北京和河北在发展过程中取得的宝贵经验, 在现有加工制造业优势与港口优势基础上, 辐射三北, 协调带动, 与周边地区共建共享。
(3) 滨海新区的进一步开发开放。
根据“十二五”规划, 新区提出了金融、土地、涉外经济、科技、农村、企业、社会事业、住房保障、社会管理、行政管理等十个方面的改革任务, 并力争在重点领域和关键环节上取得新的突破, 进一步激发新区加快发展的活力, 更好地发挥在全国经济中先行先试的作用, 全面完成核心城区、东疆保税港区、北塘经济区等五个区域的开发建设任务。
(4) 天津有着丰富的可利用资源。
其中, 土地总面积为1787.96万亩, 耕地面积743.3万亩, 占全市土地面积的41.57%。石油、天然气储备较大, 已累计钻石油、天然气探井、预探井、生产井共2000余口, 探明石油地质储量为5.8亿吨, 天然气226亿立方米。天津海洋资源丰富, 中国最著名的海盐产区长芦盐场就在这里, 原盐年产量200多万吨, 水产资源也很丰富, 仅鱼类就有70多种。
3 天津产业结构调整的对策建议
产业结构的优化调整是现代经济的一个显著特征, 是保持区域经济快速、协调、稳定发展, 提高经济增长质量和效益的重要保障。
(1) 培育壮大优势产业。
进一步支持八大优势支柱产业的发展, 重点通过加快产业、产品、布局和组织结构调整, 初步建成一批关系国家命脉的具有影响的产业基地, 推动产业集成集群集约发展。同时还要推动信息化与工业化的密切融合, 大力发展战略性新兴产业。
(2) 进一步加强创新能力建设。
完善科技创新体系, 建设公共科技创新平台, 加快创新主体培育和人才队伍建设, 构建人才竞争比较优势, 优化创新创业环境, 大力促进科技型中小企业的发展, 使天津成为高层次创新人才的聚集地。
(3) 着力优化产业空间布局, 促进区域协调发展。
要按照构建主体功能区要求, 实行差异化的产业政策, 鼓励各地选择适宜的发展路径, 发展优势产业, 实现错位发展。引导产业合理有序转移, 在全国范围内形成分工合理、层次分明的地区结构。
(4) 优化资源配置, 提高产业发展质量。
明确政府对资源优化配置的指导性政策, 包括对落后产业采取政府补贴淘汰的政策、对劳动密集型产业实行特殊保护的政策等。同时还要培育市场主体, 提高企业利用资源的能力, 增强产业发展的内在动力。
(5) 深化体制改革, 完善政策保障体系。
坚持市场机制和宏观调控相结合, 协调解决结构调整和工业转型升级中的重大问题。制定支持淘汰落后产能、企业兼并重组、信息化与工业化融合等金融、财税、土地、环保、进出口措施, 完善社保、人才、就业等相关领域的政策, 为推进产业升级提供制度保障。
参考文献
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灵敏度分析与产品结构优化问题 篇9
灵敏度分析是指系统或事物对因周围条件变化而显示出来的敏感程度的分析，在生产计划问题的一般形式中，A代表企业的技术状况，aij代表生产某种产品所需的某项技术，b代表企业的资源状况，bi代表某种资源的总数量，B表示最优基，而C代表企业的产品的市场状况，cj则是其中某件产品的价值系数，在线性规划问题中，假定这些因素都不变，企业的最优生产计划和最大利润则可直接解出，然而在实际应用过程中，常常要解答下列问题：(1)这些参数的一个或几个发生变化时，线性规划问题的最优解会有什么变化？(2)这些参数在一个多大的范围内变化时，线性规划问题的最优解不变？而这就是灵敏度分析所要研究解决的问题，当这些问题解决时，我们就不需要从头解最优解，只需在原来计算结果的基础上，修改原问题中最优解相应的部分。
1 价值系数C发生变化
当cn中某个cj发生改变时，仅影响到σj=C-CBB-1A及最优值CBB-1A，当σj燮0时，则目前还是最优值，否则就不是最优值，下面我们就对cj是否为基变量的情况分别进行讨论,以及当价值系数发生改变时对最优值产生的影响，如何得到新的最优值。
1.1 当cj是非基变量
设最优基是B，非基变量的系数是cj，非基变量的改变量是△cj，记c軃j=cj+△cj，因为cj是非基变量，所以cj的变化只影响到σj的变化，使σj变化为軍σj=c軃j-CbB-1A=σj+△cj；σ軍j燮0时，则原最优解仍为最优解，即就是△cj燮-σj。
1.2 当ck为基变量
由于ck是基变量，所以ck有改变△ck时，可使最优表中全部基变量和非基变量的检验数σj都受到影响。
(pj为最优表中第j列系数列向量）
为使最优性条件满足，令，则ck的变化范围应为：,j为非基变量下标,j为非基变量下标軍，其中是最优表中第s行第j列的元素（在最优表中，基变量xk对应的列B-1Pk里‘1’位于第s行）。
在实际计算中，如果基变量的系数ck有改变量△ck，则使最优基不变△ck的范围。
求法是：确定最优表中ck对应的系数矩阵的第k列中，‘1’所在的行数，不妨设其为s行；在最优表中系数矩阵第s行的正元素aij（不包括xk所在列得数1）去除σj，其最大者为变化范围的下界；以最优表中系数的第s行的负原素去除所对应的σj，其最小者为变化范围的上界。
2 右端常数b发生改变
当b中某个bk发生改变时，将会影响所有基变量的取值，因为xb=B-1b，若bk变化后，仍能够满足xb=B-1b叟0，那么我们就说最优基不变，非基变量为0，如果xb=B-1b燮0，则目前基为不可行基，则需要用单纯对偶形法迭代求得新的最优基，如若b中的bk有变化，设变化为△bk,
为使最优基不变，应使解此不等式组：
则△bk的范围是：
总结起来可分为以下几个步骤：在最优表中找到B-1；由B-1的第k列的正元素去除-bi，商的最大者为范围的下限；由B-1的第k列的负元素去除-bi，商的最小者为范围的下限。
3 增加新的约束条件
在企业的生产过程中，常常产生一些突发情况，从而对企业的计划造成了影响，反映在LP模型中就相当于增加了一个新的约束条件，这时，我们要分两种情况来讨论，(1)把目前的最优解带入新增加的约束条件中，若满足该约束条件，则最优解不变；(2)如不满足条件，则把新增加的约束条件添加到原问题中，通过对偶单纯形法进行迭代，求出新的最优解。
4 实例分析
例：某化工厂需要生产一批某种特制玻璃，这一批玻璃中至少含ABC三种矿物元素各2100kg,700kg,800kg，这三种产品中均含在甲乙丙丁四种石英中，A种矿物质在甲乙丙丁中的百分比为7%，5%，6%，6%；B种矿物质的百分比为1%，3%，4%，3%；C种矿物质百分比为3%，1%，2%，2%。假定甲乙丙丁四种石英的价格分别为每100kg90元，70元，80元，60元。问题是,在满足所需矿物质的前提下，如何购买这四种石英才能使总费用最少？设甲、乙、丙、丁4种石英分别购买x1,x2,x3,x4(x1,x2,x3,x4均需×100kg），可得到如下的线性模型：
可见系数矩阵中没有单位矩阵，因此我们要在每个约束变量中增加一个人工变量，化为下面的问题：
从最优单纯性表中可以看出购买千克甲种石英，千克丁种石英既能满足条件，又能使所需费用最少。
4.1 资源限量bk变化时对方案的影响
假如b1发生了变化,b变为
可得,同理可得;;只要ABC的生产量不超过以上范围,就不需要改变原有的购买方案。
4.2 价值系数cj的变化
若cj是非基变量的系数时，即cj是x1或x2的系数时，那么cj的变化仅影响检验数σ2，σ3即△c2≥-40，△c3≥-20时，原购买方案不会改变；若cj是基变量时，那么cj的变化将影响每一个检验数的改变，设基变量x1的系数c1变化了△c1,
要使最优基不变，则使各σj燮0，即
同理可解得0≤△c14≤14
4.3 技术系数aij的变化对购买方案的影响
当乙丙石英因外在环境（技术）原因使石英中ABC的含量有所变化时，因乙丙两种石英所对应的系数是非基变量，所以变化只影响自身的检验系数，设乙石英中的含量变化为△p，若使σ2-cBB-1△P2≤0，则原方案不需改变，把题中数字代入：
当乙石英中的ABC的含量在上述式子所规定的范围内时，则原购买方案不需改变，同理也可以求出丙石英的含量范围。
当甲丁石英中的含量发生变化时，甲丙石英在线性方程组中是基变量，所以它的改变将影响整个最优基的变化，设丙石英因外在环境的变化使它其中ABC含量变为9%,3%,3%,原其他条件均不变，求怎样购买最合理？
设在含量变后需要丙石英为x41，把x41代入原式中，此时，最优解为购买千克丙种石英，外在环境的变动（技术原因）改变了原来的最优解，因此需要修改原来的购买方案。同理当甲种石英含量改变时，也可用此种方法求得最优解。
摘要：灵敏度分析可以为产品结构优化制定及调整提供有效的帮助,熟练掌握灵敏度分析对产品优化有着重要的应用价值,在实际问题中,我们要分析当价值系数,工艺条件,管理水平等情况发生改变时怎样确定产品的最优值,以及当上述参数在什么范围内变化时最优基不受影响,从而在最短的时间内使资源达到最充分的利用,并以实例进行详细的实证分析,为节约成本,增加收入提供有效的科学依据。
关键词：灵敏度,分析,产品优化
参考文献
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民用建筑结构设计与优化对策分析 篇10
一、我国民用建筑结构类型的划分
我国的民用建筑的结构主要有以下几种:
(一) 结构墙 (剪力墙) 结构。
结构墙又称抗风墙或抗震墙、剪力墙。结构墙是建筑物主要承受空气流动产生的压力或地震作用引起的水平作用力和重力的墙体。在对结构墙进行施工时, 其结构的安排与设计要同相关建筑平面布置的要求相符合。结构墙具有很好的承载能力以及空间作用能力, 在一般情况下, 其在民用建筑中的运用比较广泛, 因为建筑在施工时容易受到结构墙之间的间距的影响, 其平面开间的空间布置上很受限制, 因此, 结构墙在公寓或者旅馆的应用中比较普遍。
(二) 构架式结构。
建筑的构架式结构指的是建筑的梁通过刚结点或者铰链同柱之间加以连接, 二者共同构成建筑的承重体系, 来抵抗建筑在人们居住过程中所产生的竖直方向上的重力以及水平方向上的作用力。采用构架式结构的建筑墙体不承受作用力, 仅仅起到对建筑内部的围护以及分隔作用。构架式结构在进行平面布置时要灵活, 能够满足建筑工艺以及使用功能的要求。在对构架式结构进行施工时, 一般采用的材料是钢筋混凝土以及型钢。因为材料在受到作用力时的抗损坏能力比较好, 其抵抗压力的能力比较, 且由于其梁柱之间进行的是刚接或者铰接, 因此其抵抗震动的能力以及防止侧移的能力也比较好。构架式结构比较适用于多层建筑以及高度在60m以下的建筑。在对构架式结构进行平面上的设置时, 尽量对平面或者立面的形状多加以利用, 从而促进建筑的各部分结构在受力时抵抗弹性变形的能力得以均匀对称分布。
(三) 筒体结构。
筒体结构由构架—结构墙结构与全结构墙结构综合演变和发展而来。筒体结构是将结构墙或密柱框架集中到建筑的内部和外围而形成的空间封闭式的筒体。其特点是结构墙集中而获得较大的自由分割空间, 这种结构多用于写字楼。进行筒体结构的平面设置时, 一般选用方形或者圆形的形式, 同时, 也可以选择对称的三角形或者人字型平面对其加以设置。当采用长方形的平面时, 其长度与宽度之间的比值最好不要超过2∶1。外框的筒密柱之间的距离一般为1m多~3m之间。在建筑的平面四角处的柱子截面应当要呈八字形或者L形, 其截面的尺寸要加大至2~3倍。外筒的边长尺寸要比内筒的大出两倍。同时在建筑的顶部设置一到二层的刚性环梁, 对建筑的框筒结构的空间整体性加以提高。
(四) 混合结构。
混合结构的墙体具有承重和围护的双重作用, 其所用的材料比较简单, 便于就地取材。并且在对混合结构加以施工时的技术要求也比较简单, 施工难度比较小。由于砌体的抗压强度较高但是其抗拉强度很低, 因此, 其主要受到轴心力或小偏心压力的影响, 其抵抗震动的能力比较弱。因此, 运用混合结构的建筑一般不超过七层。
二、民用建筑结构设计的优化对策
(一) 加强建筑结构设计深度。
建筑设计师在进行民用建筑的结构设计时, 应当端正自己的态度, 明确自己的责任意识, 对于设计中的各项数据要认真计算以及验算, 保证所得数据的准确性以及完整性。同时, 设计师应当对自己的专业设计能力进行提升, 在实践中不断完善自己的理论体系。
(二) 民用建筑模型的优化结构设计。
民用建筑的建设施工是一项庞杂的工程, 为防止施工人员对设计师的设计产生理解上的错误, 因此, 要在建筑施工之前, 对设计师的设计成果进行建筑模型的设计。进行民用建筑的结构模型设计的主要方面除了包括对于建筑自身各方面的优化设计之外, 还包括对于建筑工程的造价、受力等情况的优化设计。在进行建筑结构的优化设计工作时, 要以设计建筑的实际情况为依据, 以实现民用建筑的经济最大化效益为设计的主要目标。在进行建筑结构设计时, 可以对建筑使用平面布置的方法, 以满足对于建筑设计目的需要。在进行建筑竖直方向设计时, 为了避免建筑结构以及相关部件在受到作用力的影响下产生变形, 建筑的上半部分同下半部分之间尽量不要使用转换层。同时, 要对民用建筑的相关设计指标加以明确, 使其设计能够满足相关设计规定的要求。
(三) 注重提高结构体系设计水平。
在目前, 我国的大多数民用建筑的抗震结构不符合相关规定要求, 这种情况的发生同建筑结构的设计时对其结构设计的不合理有着很大的关系。要解决这种问题就必须要对民用建筑的结构体系加以优化。 (1) 对建筑异形截面柱设计的优化。在进行建筑的异形截面柱的结构进行优化时, 一般普遍采用矩形柱来作为建筑构架的结构柱, 但是, 在特别的情况下, 也可以利用圆形柱或者三角形柱来对矩形柱加以代替。在民用建筑的各种形状的结构柱中, 矩形的结构柱相对于其他的形状的结构柱来说受力能力比较强, 能够对民用建筑在使用时的安全性加以保证。但是, 矩形柱作为框架结构柱也存在着一定的局限性, 当民用建筑的层数达到一定的高度之后, 矩形柱的相关截面要相应的扩大, 但是这会对建筑的使用以及构造上产生一定程度上的影响。在建筑结构设计中使用异形柱对矩形柱加以取代便可以对民用建筑的高度增加时出现的问题加以解决, 从而优化建筑结构设计。 (2) 多采用钢结构。同其他的建筑结构形式相比, 钢结构在受力时抵抗永久变形和断裂的能力更强, 并且, 其性价比要比其它的结构形式要高。因此, 在进行民用建筑结构优化时, 使用钢结构要比混凝土结构等其他结构形式具有更好的效益。钢结构比较适用于平面上的大开间布局, 使得民用建筑结构在进行空间设计时具有更大的发挥余地。此外, 钢结构的适用性较强, 即使是在较软地基上也可以使用。 (3) 优化下部地基基础结构设计。在进行民用建筑的下部基础地基设计时, 要根据施工场地的实际情况选用不同的设计方法。比如, 在对桩基基础加以设计时, 要以建筑施工场地的土壤地质以及地形条件为依据对其进行科学合理的设计, 减少资源浪费。因为在进行灌注桩的基础设计时, 容易受到各种因素的影响, 因此要进行多种备案, 并根据实际情况对最佳方案进行选择。
三、民用建筑模型的优化结构设计中的计算方法
在对建筑结构优化的结果进行计算时, 由于其中的变量以及条件的影响, 使得其方案的计算方式并非是单纯的线性优化方式。在进行相关结果计算时, 应当将其中的各种限制条件加以转换, 使其成为无限制条件之后再加以计算。对民用建筑结构优化的计算方式有很多, 比如拉式乘子法、Powell计算法和符合型等方法。
结语
民用住房结构设计的合理与否直接影响到居民的人身安全, 因此, 相关建筑设计人员在进行设计时, 要明确自己的责任, 采用科学合理的方法对民用建筑的结构进行合理优化, 使得建筑的成本降低的同时, 质量得以提高。
摘要：随着我国建筑水平的不断提高与发展, 人们对于建筑的安全要求越来越高, 这就为我国民用建筑在结构方面提出了更高的要求。建筑结构设计的良好与否决定了其安全性能的好坏, 因此, 相关建筑设计师在进行民用建筑设计时, 要对建筑结构的设计加以重视。
关键词：民用建筑,结构设计,优化对策
参考文献
我国林业经济结构的优化分析 篇11
【关键词】林业；经济结构；优化分析
1.可持续发展理念的提出
1987年在挪威首相布伦特兰夫人的领导之下，世界环境与发展委员会向联合国提交一份题为《我们共同的未来》的报告，在报告里提出了我们应致力一条环境保护与经济发展相结合的发展模式，并且对可持续发展作了明确的定义：既满足人的需要，又不损害后代人满足需要能力的发展。
可持续发展包括三个方面的内涵：生态的可持续发展、经济的可持续发展和社会的可持续发展。
2.林业的发展阶段
我国的林业发展经历了三个发展时期，第一阶段是林业的初期发展阶段（1949～1978），即传统林业发展阶段。这是为国家工业化提供积累，大量采伐原始林的过程。第二阶段是林业发展的探索阶段（1978～1992），这一时期的核心活动是在集体林区和其它非国有林区进行“林业三定”：稳定山权、林权，划定自留山，确定林业生产责任制。但由于对改革的目标认识不足，林业改革的进展，远远落后于其它部门，迄今未走出一条可行之路。第三阶段始于1992年，受世界环境大会和国际林业转轨的发展态势以及我国环境恶化的现状的影响，我国的林业迈向新的发展之路，但这一过程非常漫长。特别是我国地区经济发展不平衡，林区分布不均匀。一般说林区多在山区，而这些地区也是经济上最贫困的地区。因此，基于经济的诱惑，各地破坏性掠夺式采伐利用仍时常发生。这一时期林业的发展必须落实到林业的科学经营上。这也就提出了兼顾生态效益和经济效益相结合的可持续发展的林业经营模式。
3.效益评价分析
3.1林业的生态效益
林业的生态效益是指林业的发展所带来的生态方面的正面影响。森林兼具有经济效益、社会效益与生态效益等三种效益。在这三种效益中，经济效益往往最先受到关注，但我们可以看到，在目前的情况下，生态价值得到了越来越多的关注。而林业的生态效益和经济效益有着密切的联系，林业的生态效益可以创造经济效益。生态效益实质上有巨大的经济价值，林业的生态价值和经济价值有时一致的。
3.2林业的生态效益与经济效益的关系
林业的经济效益和生态效益二者之间具有互相依存、互相矛盾、互相影响、互相作用的关系。在忽视生态环境而过度追求经济增长时期，尽管当期的经济增长速度相当快，但后期的经济发展却受到了生态环境被严重破坏而增长环境恶化的巨大报复，使得经济发展停滞不前或萎缩。在既重视经济效益又注重生态效益的时期，不仅当期的经济快速发展，而且后期的经济增长也能保持着良好的增长势头。当然，我们应注意，对经济效益和生态效益的注重，并非消极的注重，而是积极的注重。如果采取消极的注重，即单纯注重生态环境而放弃必要的经济增长，那么，终究会因没有必要的经济增长而导致经济效益滑坡，缺乏强有力的经济实力支撑会使得生态环境保护失去现实意义或物质基础。
4.推进林业可持续发展的措施
林业的可持续发展，主要应做好以下几个方面的工作：
4.1依靠科技发展林业
可持续发展的一个根本的策略是科技的发展，因为可持续发展的内涵包括经济的发展和对资源与环境的再发展能力的保护。那么既要发展经济又要保证资源与环境的发展力，最有效的解决办法就是依靠科技来发展经济，改变传统的以环境和自然资源为代价的粗放式经济发展模式。因此，在林业发展上，实施科技兴林，不断提高林业建设的科技含量是林业可持续发展的关键。
4.2建立林业科技创新体制
建立起以企业为主体、以市场为导向、以科技为核心、以效益为目的的林业科技创新体系，以促进林业生产力提高；有人提出了“数字林业”的概念，即利用现代信息科技手段，推动林业经营和管理的精确化、科学化，加快实现林业的现代化。
4.3深化林业科技体制改革
坚持科研成果从实践中来，到实践中去，指导林业的发展，从根本上解决科研与生产建设脱节的问题。要鼓励科技人员通过技术承包、技术转让、技术服务、联合开发、创办经济实体等形式，加快科技成果的转化。
4.4加强基础研究和应用技术研究
一要加强森林生态系统的研究，开展森林生态系统的监测；二要抓好良种壮苗和树种结构调整，充分利用先进的技术，提高良种苗培育水平；三要研究高新技术改造传统的木材加工、制造、利用技术，尽快提升木材工业总体技术水平，增加木材和林产品的经济价值，增强市场竞争力。
5.林业经济结构的优化原则
林业经济的可持续发展调整，优化林业经济结构，促进林业产业的发展，是实现林业可持续发展物质保证。在第一产业方面，以市场需求为导向，大力推进短周期工业原料林和其他原料林、速生丰产林和名特优新经济林建设；在第二产业方面，加大新产品开发力度，促进以低层次原料加工向高层次综合精深加工转变的步伐；在第三产业方面，要加大森林旅游业、花卉业的发展。要大力调整生产力布局，淘汰落后产业，改造传统产业，培育新型产业，推动产业重组，解决林业产业结构不合理的问题。调整林产工业产品结构，大力发展精深加工、发展优势产品，努力开拓木材林产品的新用途，延伸产业链，增加附加值，解决林产品结构不合理和产品缺乏竞争力的问题。调整企业布局和资产结构，实施大集团、大公司发展战略，共同开发新产品、新技术和新市场，提高企业专业化程度和产品技术含量，提高市场的竞争力。
6.林业生态效益的实践
这些年来，林业的生态效益和经济效益受到了极大的关注，各地在实践中采取了各种应对措施，取得了很大的成效。大体有以下几个方面的措施：
6.1林农结合式
应用和推广国内外先进技术和成果，采用科学的生产、管理方法，以林为主，林农结合，多种经营，逐步建成具有经济、生态和社会效益的林业发展模式。大力推广生态价值和经济价值兼备的生态经济兼作。如实行林草间作、林药间作、乔灌混交等种植模式，最终使退耕还林成为调整农村产业结构，增加收入的良机，同时实现了生态和经济效益的综合效果。
6.2造林规模化
从提高生态效应、景观效果、经济效益出发，成片造林力度明显加大。片林建设以发展苗木基地、经济果林、速生丰产林等经济型林地为主。
6.3造林多样化
采用多样化的以林养林方式，有的以发展苗木养林，有的以发展林木加工养林，有的以发展经济果林养林。农民还采取林苗结合、林禽结合、林菜结合、林果结合等方式，提高林地产出和经济收益。
《森林法》的立法目的就体现了可持续发展的思想，其宗旨是：保护、培育和合理利用森林资源，加快国土绿化，发挥森林储水保土、调节气候、改善环境和提供林产品。在这一立法宗旨中，充分体现了可持续发展的思想和目的。运用法律体系保护林业的可持（下转第21页）（上接第14页）续发展，是林业可持续发展的有效保证。 [科]
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结构分析与优化 篇12
关键词：修井井架,结构型式,有限元分析,结构优化
0 引言
修井设备是油田作业中的关键装备。井架作为修井机的关键部件之一, 用来安装和悬挂天车、游车大钩等起升设备, 以及起下和存放钻杆、油管或抽油杆。井架的结构类型、移运方式、作业效率及作业布置等都是影响整套修井作业效率的关键所在, 因此, 研究、设计、制造出既经济适用又可靠的石油装备, 研究与制定维护管理措施, 应是当前急需解决的课题。本文针对中小型井架的结构类型、结构优化以及结构分析方面做出探讨及解决方案, 对井架的承载和疲劳强度进行分析, 均具有实际的指导意义。
1 修井井架结构型式
JJ135/33井架为前倾、双节可伸缩套装式有绷绳的轻便井架, 又称为桅形井架, 是XJ350修井机的重要部件之一。它主要由井架下体、井架上体、天车、上下体承载装置、液压猫头装置、各种绷绳、立管、梯子、二层工作台和大钩托架等组成。JJ135/33井架结构示意图如图1所示。
井架伸缩靠一个伸缩液缸来完成。井架的立起和放倒是由连接在运载车大梁和井架下体上的两个液缸来完成。井架与运载车后支架采用铰支座连接, 通过调整Y型支架和运载车车架之间的调节丝杠来调整井架的倾角, 以便保证大钩与井口的对中。在正常工作状态下, 井架的倾角为3.5°, 在Y型支架上安装有角度指示仪。
2 修井井架工况及力学分析
2.1 载荷及边界条件的确定
JJ135/33井架的工作工况由恒定载荷 (即结构静载荷) 、钩载、立根载荷、环境载荷[1,2,3]以及这些载荷的组合所决定, 下面依次对上述载荷进行分析。
(1) 井架静载荷:指井架的不变载荷, 包括井架重量及天车、游车、钢丝绳等的重量[4]。在进行有限元分析时, 井架本体的重量 (包括井架上体和下体的重量) 由软件自动加载, 而井架的附件重量 (天车、栏杆、梯子及游动系统) 等可平均加载在井架顶部的4个节点上[5]。
(2) 钩载:该井架最大钩载为1 350kN, 井架天车轮系为5×4, 有效绳数n=8。载荷按照天车的结构施加于天车侧板安装中心相应节点上。
(3) 立根载荷:包括立根重量对井架的作用以及立根所承受的风力载荷。立根载荷按水平方向作用在井架的对应节点上。
(4) 环境载荷:主要为风载荷。
(5) 边界条件:井架与底座销轴连接, 在工作状态下, 绷绳拉紧工作, 其成为固定约束, 必须限定其3个线位移及2个角位移。Y型支座调节丝杠拉杆处理成固定约束, 限定三个方向的位移。Y型支座位于井架基座安装座上, 只限定了竖直方向的位移。
2.2 井架工况分析
根据API Spec 4F-2008第3版的要求, 钻修机井架的设计应符合AISC335-1989许用静应力设计法, 施加的载荷为静载荷。有绷绳轻便式井架设计工况如表1所示。
表1中的TE指的是在预期工况下, 不作业, 大钩载荷为游动系统的载荷, 即大钩、游车等的重量。每种工况作用下风载又分为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°共8种工况。通过对载荷的仔细分析, 井架作业时向前倾斜3.5°。
井架风载在背面吹风时加剧了井架向井口的倾斜, 而侧面吹风有可能使井架向侧方向倾倒。因此, 在工况1a中, 只需考虑背面吹风和侧面吹风3种工况即可。预期工况中, 只考虑背面吹风、侧面吹风及45°方向吹风3种工况即可。同理, 不可预期工况中, 也只需考虑背面吹风、侧面吹风及45°方向吹风3种工况即可。
2.3 井架静力分析结果
采用有限元软件ANSYS进行井架的静态加载分析, 采用APDL语言进行建模、边界条件处理和加载。
由于井架在受最大钩载、满立根、背面风载情况下承受的应力和变形最大, 因此, 本文考虑这种工况的情形, 分析结果见图2和图3。
(1) 在钩载为1 350kN情况下, 井架上体、下体的最大位移及单元力均最大, 井架的4根主腿为主要承载构件。
(2) 井架下体承载时的应力小于上体承载时的应力, 应加强上体;井架上体缩口附近应力较大, 如图2所示。最大应力位于缩口处的正面横梁;上体缩口的倾斜度大小对最大应力值影响较大;井架开口侧主腿应力比不开口侧主腿应力大 (如图3所示) , 原因是在承受压应力的同时, 开口侧主腿更多地承担弯矩对井架的作用。
(3) 井架大部分构件受压产生压应力, 绷绳及部分横拉筋受拉产生拉应力。井架后面大腿轴向应力普遍小于前面大腿, 位于同一面的左、右侧大腿轴向应力的差别不是很大。
(4) 在满负荷下, 井架横撑和斜撑除天车下门框外, 其他撑杆的应力都较小, 只有几根横撑应力达到100MPa, 绝大部分都低于50 MPa;另外, 斜撑应力普遍较横撑应力大, 侧面斜撑应力较背部斜撑应力大, 但是背拉杆、侧面横撑和斜撑强度均满足要求。
3 修井井架结构优化
通过对井架静力计算结果, 可以对井架的材料及局部结构进行优化, 使井架设计制造更加经济合理。
3.1 井架材料的优化
在最大钩载工况下, 井架上、下体侧面绝大多数横撑和斜撑的应力均小于100 MPa。因此考虑井架上、下体中间横撑部分钢材由Q345B改为Q235钢, 井架的强度条件仍能满足。在都满足强度条件的情况下, Q235较Q345B在价格上便宜些, 因此可减少井架在钢材费用上的花费。
3.2 井架门框结构优化
井架上体缩口处截面是整个井架的危险截面。井架大腿在该层门框以上向内弯曲。从整体受力情况看, 井架的各杆件单元分布并不是很合理, 井架上体缩口处门框杆件单元及横梁的应力较大。由于这一层门框应力分布复杂, 仅靠增加杆件的截面尺寸取得的改善效果往往不大。更改结构比单纯增大杆件截面尺寸对减小应力集中要有效得多[6]。经过反复更改比对, 最后找出缩口处截面较好的结构, 如图4所示, 其应力分布图如图5所示。对比图2和图5发现, 门框横梁应力明显降低, 井架的整体稳定性得到提高。
4 结论
本文建立了井架整体有限元分析模型, 分别分析了JJ135/33井架在工作工况、预期工况和非预期工况下的应力分布规律, 结果表明所设计的井架在大腿处和上体缩口截面处出现了应力集中。
针对井架的应力集中及相关应力分布规律, 对井架结构提出了几点改进方案, 包括门框结构优化、材料的选择等, 取得了满意的效果。
参考文献
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[2]尹永晶, 杨汉立.石油修井机[M].北京:石油工业出版社, 1985.
[3]陈如恒, 沈家骏.钻井机械的设计计算[M].北京:石油工业出版社, 1995.
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