结构优化设计的综述与发展
结构优化设计的综述与发展
摘要：结构优化设计，就是在计算机技术等高科技手段的支持下，为了提升机械产品的性能、工作效率，延长机械产品的工作寿命，对机械产品的尺寸、形状、拓扑结构和动态性能进行优化的过程。这是机械行业发展的必然要求，也是信息时代的必然要求。结构优化设计，必须在保证机械产品满足工作需要的前提下，通过科学的计算来实行。文章将简单对结构优化设计的发展状况进行介绍，列举几种优化设计方法，以及讨论未来优化的发展情况。
关键词：结构优化设计发展优化设计方法
1 结构优化设计
结构优化简单来说就是在满足一定的约束条件下，通过改变结构的设计参数，以达到节约原材料或提高结构性能的目的。结构优化设计通常是指在给定结构外形，给定结构各元件的材料和相关载荷及整个结构的强度、刚度、工艺等要求的条件下，对结构进行整体和元件优化设计。结构优化设计一般由设计变量、约束条件和目标函数三要素组成。评价设计优、劣的标准，在优化设计中称为目标函数；结构设计中以变量形式参与的称为设计变量；设计时应遵守的几何、刚度、强度、稳定性等条件称为约束条件，而设计变量、约束函数与目标函数一起构成了优化设计的数学模型。结构优化的目的是让设计的结构利用材料更经济、受力分布更合理。
结构优化设计根据设计变量选取的不同可以分为截面（尺寸）优化、形状优化、拓扑优化三个层次。尺寸优化是选取结构元件的几何尺寸作为设计变量，例如，杆元截面积、板元的厚度等等[1]。而形状优化是选取结构的内部形状或者是节点位置作为设计变量。拓扑优化就是选取结构元件的有无作为设计变量，为0-1型逻辑型设计变量。
2 结构优化设计研究概况与现状
结构优化设计最早可以追溯到17世纪，伽利略和伯努利对弯曲梁的研究从而引发了变截面粱形状优化的问题。后来Maxwell和Michell提出了单载荷仅有应力约束条件下最小重量桁架结构布局的基本理论，为系统地分析结构优化理论作出了重大的贡献。然而长期以来，由于缺乏高速可靠的计算手段和理论，结构优化设计一直无法获取较大发展。
到上世纪六十年代，有限元技术借助于计算机技术，得到了极大的发展。1960年Schmit在求解多种载荷情况下弹性结构的最小重量问题时，首次在结构优化中引入入数学规划理论，并与有限元方法结合应用，形成了全新的结构优化思想，标志着现代结构优化技术的开始[2]。
1973年Zienkiewicz和Campbell[3]在解决水坝的形状优化问题时，首次以节点坐标作为设计变量，在结构分析方面使用了等参元，在优化方法上使用了序列线性规划的方法。其后，众多的学者在此基础上，逐渐发展形成了使用边界形状参数化方法描述连续
体边界的方法，即采用直线、圆弧、样条曲线、二次参数曲线、二次曲面、柱面等方式来描述边界。
1982年，Iman提出了设计元法。该方法把结构分成若干子域，每个子域对应一个设计元。设计元由一组控制设计元几何形状的主节点来描述，接着选择一组设计变量来控制主节点的移动。该方法可以有效地减少设计变量，但也存在网格畸形的缺点。
1986年Belegundu提出了基于自然设计变量和形状函数的形状优化方法[4]。他选择了作用在结构上的假想载荷等一系列自然变量，把由假想载荷产生的位移加到初始形状上产生新的形状，建立了网格节点位移和有限元分析产生设计变量的线性关系，解决了平面弹性问题。
1988年Bendsoe和Kikuchi发表的基于均匀化理论的结构拓扑优化设计，开创了连续体结构拓扑优化设计研究的新局面。
2002年罗鹰等提出三角网格进化法，该方法在优化过程中实现了退化和进化的统一，提高了优化效率。
结构优化设计经过五十多年的发展，尺寸优化与形状优化都发展到了非常成功的阶段，在工程界有了广泛的应用。目前的尺寸优化技术己经相当成熟，主要使用的方法可以分为两大类最优性准则法和数学规划法。有关拓扑优化方面，各种方法的研究都正处于理论探索方面。结构拓扑优化是近年来从结构优化研究中派生出来的新分支，它在计算结构力学中已经被认为是最富挑战性的一类研究工作。目前有关结构拓扑优化的工程应用研究还很不成熟，在国外处在发展的初期，尤其在国内尚属于起步阶段。
3 结构优化设计中的优化算法
为了将结构优化技术付诸实用，除了建立可靠的优化模型外，还需要选择收敛速度快且计算不是很复杂的优化算法。采用适当的优化算法求解数学模型，可归结为在给定条件（例如约束条件）下求目标函数的极值或最值问题。在实际工程优化问题中，约束条件和目标函数的关系不仅是非线性的，而且是隐式函数，因此优化算法的选用至关重要，需要对于不同层次的优化问题选用不同的优化算法。按优化算法的理论基础划分，主要可以分为以下三种类型准则法。
（1）准则法是通过力学概念或工程经验来建立相应的最优设计准则，利用这个准则在满足各种约束的设计方案中寻找最优性设计方案的方法。常用的最优性准则可以分为两类即从直观力学概念出发建立的力学准则和从Kuhn-Tucker局部条件出发建立的理性准则。准则法的优点是物理意义明确，方法相对简便，优化中结构重分析次数少，收敛速度较快等。目前结构拓扑优化的方法中，其力学模型一般都具有极庞大的设计变量数目，所以用得较多的优化算法也是准则法。
（2）数学规划方法。数学规划法是以规划论为基础。它理论严谨，适用面广，且收敛性有保证其缺点有：计算量大，收敛较慢，特别对多变量的优化问题更甚。20世纪70年代中期以后，结构优化设计中的规划法吸收了准则法的优点，根据力学特性进行了
某些改进，如显式逼近、变量连接、选择有效约束、引入倒数变量、采用对偶求解技术等，使计算效率得到了显著提高。通常使用的数学规划法主要有可行性方向法、序列线性规划法和序列二次规划法、罚函数法、乘子法等。求解结构形状优化问题时，更多使用的优化算法是数学规划法。
（3）另外，近年来，适合于并行计算的全局搜索法并结合仿生学的各种方法，如基因遗传算法、模拟退火算法，神经网络法，极大熵原理法等开始应用于结构优化上，也取得了瞩目的进展。
4 总结与展望
传统的产品设计流程是一个人工反复设计的过程。工程师借助CAD工具进行产品的设计，接着提交工厂进行加工制造，然后对产品进行实验。如果产品不能满足要求或出现质量问题，就要对产品进行修改。随着CAE技术的发展，在初步设计阶段，就需要对结构进行虚拟实验，对于不满足设计要求的产品需要设计人员进行修改。而结构优化无疑应是产品设计的重要一步。先对产品进行概念优化设计，然后提交设计人员进行CAD设计，通过CAE虚拟实验检查设计的产品是否符合要求，如果不符合要求，再对产品进行优化，直到满足CAE虚拟实验。完成这些后，再将产品提交制造。
机械结构的优化设计，是随着时代和行业的发展而不断变化的。近年来，机械结构的优化设计开始趋向于结构模型的复杂化和结构系统的大型化。如轨道车辆的设计制造中，在保证车辆的静强度、刚度、模态等符合标准的同时，对车辆进行轻量化设计，将车辆中各个型材或焊接结构的尺寸、形状等作为设计变量，设计变量的增加，导致结构的分析推导和数值的计算难度增加，一些特殊的结构优化没有相应的公式，采用大型的结构系统进行优化设计，可以将一些复杂的结构分解为各个子结构进行优化，对于一些涉及多个学科的设计优化，也可以按照学科不同来进行优化。
并行计算技术的运用，是机械结构的优化设计的另一个发展方向。这一技术的主要代表有遗传算法和模仿神经网络的人工算法。这种算法适用于离散与连续混合变量的全局优化，能够提高机械产品的质量和精确度。
拓扑结构的优化设计仍然是结构优化设计的主要研究内容。拓扑结构的优化，能够为结构方案的设计提供科学依据，可以根据产品的需要灵活选择设计方案，一般运用在大型机械的结构设计上，需要构建大型的结构模型，进行复杂的结算。拓扑结构的优化，同时也能促进机械结构尺寸的优化和形状的优化，提升机械产品的性能。目前这方面主要存在的问题有对于应力约束的处理、“多孔状”材料的分布、计算模型的病态等[5]。解决这些难题，是拓扑结构优化在未来的重点工作内容。
机械优化设计在传统机械设计基础上，结合大量先进科学得到了高效的设计方法，大大提高了机械设计的质量和速度，随着数学理论和计算理论的发展，机械优化设计方法也在不断更新，思维更加开阔，各种设计方法也都得到了不同程度的完善[6]。所以机械优化设计不但要深化工程设计理论，更要结合多种学科打开更加广阔的发展未来。
参考文献
[1] 王伟．大展弦比飞翼结构拓扑形状与尺寸优化设计[D]．西安：西北工业大学，2007
[2] 黄彬．基于双方向渐进优化方法的结构拓扑优化设计[D]．南京：南京航空航天大学，2005
[3] 苏胜伟．基于Optistruct拓扑优化的应用研究[D]．哈尔滨：哈尔滨工程大学，2008
[4] 李芳，凌道盛．工程结构优化设计发展综述[J]．工程设计学报(机械·设备和仪器的开发技术)，2002,(5):229-235．
[5] 房灿．机械结构优化设计应用与趋势研究[J]．科技创新与应用，2016,166(18):137
[6] 吴亚明．机械优化设计的应用发展分析[J]．中小企业管理与科技（中旬刊），2015,(6):167-168
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教学设计研究发展综述 一.国外发展历程 教学设计作为一门独立的学科体系产生于20世纪60年代末70年代初，至今仍属于一门比较年轻的学科，因此对于教学设计发展历程的代际划分，国外不同的学者看法不一。 （一）坦尼森的教学设计分代 90年代，美国的教育技术学者坦尼森（Robert D?Tennydon）在运用系统论的观点、方法分析教学设计发展过程的基础上，将教学设计的发展过程分为四代。 1. 第一代教学设计 第一代教学设计为教师(学科专家)提供了一种应用系统方法和行为主义学 习理论进行教学设计的方法，是60年代一般系统论和行为主义学习理论在教学中应用的结果，它预示了教学设计作为一个学科和专业领域的出现。第一代教学设计的过程包括四个步骤:准备行为目标、准备前测、制作教学产品和准备最终测试。在这一过程中，形成性评价是基础，它伴随整个过程。 2. 第二代教学设计 第二代教学设计与第一代教学设计相比，不仅扩展了系统理论的应用围，用系统理论控制和管理教学设计的过程，而且增加了教学设计模式中的要素，提高了教学设计模式的复杂性。由于教学设计中所涉及的要素比以前大大增多，要素之间的关系更为复杂，学科专家(教师)已经不能胜任这种复杂的工作。在这种情况下，熟悉系统理论并掌握媒体技术的专业人员开始取代教师在设计中的角色。由于这些人员并不熟悉学习理论，所以，70年代虽然认知主义学习理论已经开始流行，教学设计对其反应却非常冷漠，对教学设计的影响甚微，教学设计中还是普遍采用行为主义的学习理论。 3. 第三代教学设计 由于第二代教学设计采用的是线性的一步接一步(step-by-step)的方法，没有考虑到教学环境的差异性，因此它不能很好地适合多样的教学环境。因此，第三代教学设计增加了可行性评价，对需求与问题和资源与约束条件等因素进行分析。第三代教学设计显著的特点是根据教学的具体情况进行设计，教学设计人员也从媒体技术专家转变为熟悉教学过程的教学设计专家。自80年代以后，认知主义学习理论开始影响教学设计，并成为教学设计的一个重要理论工具。 4. 第四代教学设计 第四代教学设计包括情境评价(Situational Evaluation)和五种教学设计活动。其中情境评价的主要目的有：第一，对情境做出评估，以便使设计者明确所要解决的问题；第二，根据对情境的评估，构思设计活动。所以，教学设计是根据对情境的评估，确定具体的设计活动，即每一种活动都是根据情境评价的结果而进行的，这样就保证了教学设计的适应性和针对性，能够根据具体的教学情况开展设计活动。此外，第四代教学设计另一个显著特点是五种设计活动是相互联系和相互作用，这样又保证了教学设计的整体性。 （二）我国一些学者对教学设计发展阶段的一般描述
最新文献综述写作讲课教案
文献综述写作方法 文献综述一般包括四部分，即前言、正文、小结、参考文献。 内容包括国内外现状、研究方向、进展情况、存在问题、参考依据。 前言：要用简明扼要的文字说明写作的目的、必要性、有关概念的定义，综述的范围，阐述有关问题的现状和动态，以及目前对主要问题争论的焦点等。前言一般200-300字为宜，不宜超过500字。 正文：是综述的重点，写法上没有固定的格式，只要能较好地表达综合的内容，作者可创造性采用诸多形式。正文主要包括论据和论证两个部分，通过提出问题、分析问题和解决问题，比较不同学者对同一问题的看法及其理论依据，进一步阐明问题的来龙去脉和作者自己的见解。作者也可从问题发生的历史背景、目前现状、发展方向等提出文献的不同观点。正文部分可根据内容的多少可分为若干个小标题分别论述。 小结：是对综述正文部分作扼要的总结，作者应对各种观点进行综合评价，提出自己的看法，指出存在的问题及今后发展的方向和展望。 参考文献：是综述的重要组成部分。一般参考文献的多少可体现作者阅读文献的广度和深度。论文参考文献的数量一般以20条以内为宜，以最近3-5年内的最新文献为主。撰写文献综述之前至少阅读五本专著，并载入参考文献。 一、综述概述 1．什么是综述：综述，又称文献综述，英文名为review。它是利用已发表的文献资料为原始素材撰写的论文。 综述包括“综”与“述”两个方面。所谓综就是指作者必须对占有的大量素材进行归纳整理、综合分析，而使材料更加精炼、更加明确、更加层次分明、更有逻辑性。所谓述就是评述，是对所写专题的比较全面、深人、系统的论述。因而，综述是对某一专题、某一领域的历史背景、前人工作、争论焦点、研究现状与发展前景等方面，以作者自己的观点写成的严谨而系统的评论性、资料性科技论文。 综述反映出某一专题、某一领域在一定时期内的研究工作进展情况。可以把该专题、该领域及其分支学科的最新进展、新发现、新趋势、新水平、新原理和新技术比较全面地介绍给读者，使读者尤其从事该专题、该领域研究工作的读者获益匪浅。因此，综述是教学、科研以及生产的重要参考资料。 2．综述的类型：根据搜集的原始文献资料数量、提炼加工程度、组织写作形式以及学术水平的高低，综述可分为归纳性、普通性和评论性三类。 (1)归纳性综述：归纳性综述是作者将搜集到的文献资料进行整理归纳，并按一定顺序进行分类排列，使它们互相关联，前后连贯，而撰写的具有条理性、系统性和逻辑性的学术论文。它能在一定程度上反映出某一专题、某一领域的当
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班级：行政1002 姓名：吕铮 学号：2010012341 【内容提要】 近些年来，随着地铁的发展，路边摊成为地铁站周边一道别致的风景线：麻辣烫，铁板烧，臭豆腐，鸡蛋灌饼等，为众多上班族所钟情。我们在享受到路边摊带来便利的同时，也应该注意到路边摊的危害。卫生问题是首先需要的问题。除此之外，路边摊的存在对市政市容造成了一定的影响，也影响到了道路的正常通行。然而这种路边摊的取缔却是很难的。且不说他们流动性强，走到哪儿都可以买，就路边摊的制作也并不复杂，因此取缔路边摊难以有效执行。就政府管理而言，面对路边摊的存在不应该一味的取缔、没收，而是应该统一规范的对路边摊进行管理，同时提高路边摊的卫生规格。这样不仅使路边摊有了一席之地，使它的存在合法化，又能使市民享受到路边摊带来的便利，同时也使路边摊主有了一定的收入，既美化了市容又使摊主与顾客都能获利。 街头食品业在向城市人口、尤其是许多发展中国家城市人口提供方便、低廉食品方面发挥着重要作用；受到化学和微生物病原体污染的街头食品被视为食物源疾病的重大诱因；环境卫生不佳、设施不足和食品处理不当是街头食品的主要风险因素；增强摊贩对保障食品安
全所需遵循的基本原则和措施的认识是降低街头食品卫生风险的一项最具成本效益的办法。（本段文字援引世界卫生组织《关于增强街头摊贩食品安全的基本措施》一文） 【关键词】 路边摊危害管理合法化 【调查过程与方法】 近年来，路边摊成为地铁站、车站附近的特色，路边摊的种类也越来越丰富。路边摊的存在为上班族提供了便利，可以免去他们工作一天之后还要回家做饭的麻烦。丰富的种类、低廉的价格，使得路边摊的市场不断扩大，随之而来就是路边摊所带来的问题。众所周知，路边摊最大的问题就是食品安全问题，且不说地沟油、亚硝酸盐会给人身带来什么样的危害，灰尘、反复使用的竹签、一次性筷子等都难以保证安全。为了了解路边摊的存在情况以及往来乘客对路边摊的看法，我于2012年8月27日晚高峰期间（19:00—21:00）来到八通线梨园站，对出站乘客做关于路边摊的随机调查。调查内容主要包括：乘客对路边摊的态度，路边摊的危害以及路边摊主的态度。本次调查共有28人接受访问，现将其中7人的访问内容整理出来： 【被访问者1：上班族】 路边摊的存在已经很长时间了，但是一直没有城管来取缔，路边摊的存在确实给我们带来了便利，它价格低廉，种类繁多，可以省去我们下班之后做饭的麻烦。关于卫生问题吧，我觉得这些东西都不算很干净，但是不是经常吃就没什么问题吧。再说那么多人都吃呢，怎
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第二代教学设计与第一代教学设计相比，不仅扩展了系统理论的应用范围，用系统理论控制和管理教学设计的过程，而且增加了教学设计模式中的要素，提高了教学设计模式的复杂性。由于教学设计中所涉及的要素比以前大大增多，要素之间的关系更为复杂，学科专家(教师)已经不能胜任这种复杂的工作。在这种情况下，熟悉系统理论并掌握媒体技术的专业人员开始取代教师在设计中的角色。由于这些人员并不熟悉学习理论，所以，70年代虽然认知主义学习理论已经开始流行，教学设计对其反应却非常冷漠，对教学设计的影响甚微，教学设计中还是普遍采用行为主义的学习理论。 3. 第三代教学设计 由于第二代教学设计采用的是线性的一步接一步(step-by-step)的方法，没有考虑到教学环境的差异性，因此它不能很好地适合多样的教学环境。因此，第三代教学设计增加了可行性评价，对需求与问题和资源与约束条件等因素进行分析。第三代教学设计显著的特点是根据教学的具体情况进行设计，教学设计人员也从媒体技术专家转变为熟悉教学过程的教学设计专家。自80年代以后，认知主义学习理论开始影响教学设计，并成为教学设计的一个重要理论工具。
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机械结构优化设计
机械结构优化设计 ——周江琛2013301390008 摘要：机械优化设计是一门综合性的学科，非常有发展潜力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具。本文重点介绍机械优化设计方法的同时，对其原理、优缺点及适用范围进行了总结，并分析了优化方法的最新研究进展。关键词：优化方法约束特点函数 优化设计是一门新兴学科,它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案,使期望的经济指标达到最优,它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题,优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法,因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。优化设计主要包括两个方面:一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型,建立数学模型包括:选取适当的设计变量,建立优化问题的目标函数和约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式,约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系;二是如何求得该数学模型的最优解:可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值的问题。机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形态、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立
目标函数和约束条件,并使目标函数获得最优值一种现代设计方法,目前机械优化设计已广泛应用于航天、航空和国防等各部门。优化设计是20世纪60年代初发展起来的，它是将最优化原理和计算机技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新方法，就可以寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门。优化方法的发展经历了数值法、数值分析法和非数值分析法三个阶段。20世纪50年代发展起来的数学规划理论形成了应用数学的一个分支，为优化设计奠定了理论基础。20世纪60年代电子计算机和计算机技术的发展为优化设计提供了强有力的手段，使工程技术人员把主要精力转到优化方案的选择上。最优化技术成功地运用于机械设计还是在20世纪60年代后期开始，近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD），在引入优化设计方法后，使得在设计工程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益所以今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计工程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。 优化设计方法多种多样，主要有以下几种：1无约束优化设计法；无约束优化设计是没有约束函数的优化设计，无约束可以分为两类，一类是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法，如最速下降法、共轭梯度法、牛顿法及变尺度法等。另一类是只利用目标函数值的无约束优化方法，如坐标轮换法、单形替换法及鲍威尔法等。此法具有计算
机械结构优化设计
机械结构优化设计 ——周江琛 2013301390008 摘要：机械优化设计是一门综合性的学科，非常有发展潜力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具。本文重点介绍机械优化设计方法的同时，对其原理、优缺点及适用范围进行了总结，并分析了优化方法的最新研究进展。关键词：优化方法约束特点函数 优化设计是一门新兴学科,它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案,使期望的经济指标达到最优,它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题,优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法,因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。优化设计主要包括两个方面:一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型,建立数学模型包括:选取适当的设计变量,建立优化问题的目标函数和约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式,约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系;二是如何求得该数学模型的最优解:可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值的问题。机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形态、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立
目标函数和约束条件,并使目标函数获得最优值一种现代设计方法,目前机械优化设计已广泛应用于航天、航空和国防等各部门。优化设计是20世纪60年代初发展起来的，它是将最优化原理和计算机技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新方法，就可以寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门。优化方法的发展经历了数值法、数值分析法和非数值分析法三个阶段。20世纪50年代发展起来的数学规划理论形成了应用数学的一个分支，为优化设计奠定了理论基础。20世纪60年代电子计算机和计算机技术的发展为优化设计提供了强有力的手段，使工程技术人员把主要精力转到优化方案的选择上。最优化技术成功地运用于机械设计还是在20世纪60年代后期开始，近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD），在引入优化设计方法后，使得在设计工程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益所以今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计工程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。 优化设计方法多种多样，主要有以下几种：1无约束优化设计法；无约束优化设计是没有约束函数的优化设计，无约束可以分为两类，一类是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法，如最速下降法、共轭梯度法、牛顿法及变尺度法等。另一类是只利用目标函数值的无约束优化方法，如坐标轮换法、单形替换法及鲍威尔法等。此法具有计算
课题文献综述
《教学目标的制定及实施策略》课题研究 文献综述 课题立项编号： 课题研究单位：鹿寨县四排镇第二小学 文献综述作者：梁桂连 摘要：之前，我校教学现状不容乐观，教师的教学目标不够明确，没有养成课前备好课的习惯，课堂教学不讲究策略，不重视课堂教学效果，教学随意性大，故教学质量上不去。针对我校现状，一年来，我们课题组参加《教学目标的制定及实施策略》研究，各课题组成员努力反思、自查、自省，积极参与研究、学习，找到自身存在的问题，认真写教学反思；利用现有教育教学资源，认真研究，相互学习，收效良好。 关键词：教学现状；研究；教学目标；教学策略；成果 一、前言 日子在弹指一挥间就毫无声息的流逝，就在此时需要回头总结之际才猛然间意识到日子的匆匆。2017年春开始我组课题《教学目标的制定及实施策略》立项并开始研究，在全体组员的共同研究下，我们组在思想上、学习上、工作上都取得了很大的进步，成长了不少，但也清醒地认识到我们理论学习上还是远远不足的，所以“欲穷千里目，更上一层楼。” 二、正文 （一）历史发展 2017年春，我们的课题《教学目标的制定及实施策略》在鹿寨县级课题立项，我们马上对我校的部分老师及部分学生进行问卷调查。通过问卷调查，我们发现很多老师没有意识到课前制定教学目标的意义，不懂得课堂教学策略，很多老师们平时无暇去研读课标，即使有的老师去看一下课标，也是囫囵吞枣，对课标中的理念理解也不到位。有的老师得到教学内容，首先想到的是照搬别人的教学设计。有的老师不愿意自己设计，有的教师没有信心或能力去设计。教师没有科学的教学目标的制定及实施策略去完成教学内容，从而大大降低了教学效果。学生们不知道什么是学习的目标，很多都不接受老师所传授的知识，所以上完一节课，结束的仅仅是时间，不知道所谓的目标，更谈不上是否达成目标。针对老师们的现状，我们的课题《教学目标的制定及实施策略》真的值得我们去研究了。 于是我们开始进行课题研究，首先理解课题，我们向从鹿寨县实验小学来我们学校支教的邹文英老师和韦东丽老师请教。从她们那我们开始了解到教学目标的制定应该有可行性、可操作性；教学重点可以摘自教学目标中，而教学难点则根据教材、根据学情而定，不一定出自教学目标。有了她们的帮助，顿时我们脑海里的概念清晰多了，我
教学设计概述
教学设计概述 教学设计概述--理论指导教学设计概述--理论指导 1.的定义 教学设计是运用系统方法来分析教学问题、设计教学问题的解决方案、检验方案有效性并做出相应修改的过程。我们进行教学设计的根本任务是通过发现、分析和解决教学问题来提高教学系统的效率。教学设计又被称为教学系统设计。我们可以将课程计划、单元教学计划、课堂教学计划、媒体教学材料等看作是不同层次的教学系统。因此，大到课程开发，小到媒体材料的制作，我们都需要教学设计的理论和方法。教学系统既是教学设计理论所研究的对象，也是教学设计活动的产物。 教学设计者必须以帮助每个学习者有效学习为己任，通过系统地设计教学，保证没有人处于教育劣势之中，使每个学习者都能有机会利用自己的潜能获得令人满意的发展(包括知、情、意多个方面)。这就要求教学设计者首先要了解学习者，知道学习是如何发生的，其次要运用和发明各种技术和方法系统地安排学习者的外部学习活动，以促进学习者内部学习活动的发生，使学习者通过学习获得发展。 2.教学设计的理论基础 从学科性质上来看，教学设计基本上属于应用类学科。与教学设计相比，教育学和教学论是发展历史比较悠久的学科，它们着重研
究教育、教学方面的客观规律。近几十年的发展，这些学科的理论研究已经渐渐由单纯的哲学思辩转变到以学习心理学为主要理论基础来研究教育教学的客观机理了。教育学和教学论虽然以心理学为基础，但并不将学习的心理机制作为其研究对象。而学习理论的任务是探索人类学习的内部机制，着重研究学生学习的内部心理因素。这两方面的基本理论不同程度地为解决教育、教学问题，为制定和选择教学方案提供了关于教学机理和学习机制的科学依据。所以说，教学设计的理论基础不可避免地要包括教与学的理论。 由于学习理论和教学理论的发展不是同步的，因此，旨在应用现有理论和方法解决教学问题的教学设计就必须同时关注这两方面理论的最新发展，将最新的理论成果应用于解决教育教学问题。 与教学设计形成对比的是，教与学理论关心的是“是什么”的问题，即教学规律是什么、学习机制是什么等等。而教学设计则关心的是“怎么做”的问题。理论按性质可分为规定性理论和描述性理论两大类。描述性理论提示事物发展的客观规律，而规定性理论一般是以描述性理论揭示的客观规律为依据，关注达到某种理想的结果所采用的最优方法。教与学理论中更多的是描述性理论，而教学设计中更多的是规定性理论，它规定了为达到某种教学目标，在一定的教学条件下如何去选择和确定最好的教学策略。 (1)学习理论对教学设计的指导 由于研究者的哲学观点和研究方法不同，当代学习理论分化为两大学派：行为主义学派和认知学派。行为主义者认为人类的心理行
结构优化设计在房屋结构设计中的运用
结构优化设计在房屋结构设计中的运用 发表时间：2019-04-04T09:06:49.333Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第34期作者：严明煜 [导读] 建筑行业的发展机遇与挑战共存，并且随着越来越多的建筑企业参与到市场竞争中，使得建筑行业的竞争也越发激烈。因此，如果建筑企业想要在暗流涌动的市场格局中争得一席之地，就必须要改进原有的建筑结构设计，优化设计技术水平。因此，当前对建筑结构设计中优化技术的研究是必不可少的。 严明煜 浙江东南建筑设计有限公司浙江杭州 310000 摘要：建筑行业的发展机遇与挑战共存，并且随着越来越多的建筑企业参与到市场竞争中，使得建筑行业的竞争也越发激烈。因此，如果建筑企业想要在暗流涌动的市场格局中争得一席之地，就必须要改进原有的建筑结构设计，优化设计技术水平。因此，当前对建筑结构设计中优化技术的研究是必不可少的。 关键词：建筑结构设计；优化技术；应用探讨 1建筑结构设计优化的概念、特点以及重要意义 所谓建筑结构设计优化，主要是指建筑在最初的设计之时，除了要保障房屋建筑等的施工安全性以及实用性，还要能够在基本满足人们最基本生活要求的同时，尽量保证房屋结构不仅美观，还要合理、舒适，使得房屋建筑具有安全性、适用性、经济性、科学性、美观等的综合性设计方案。一般建筑结构设计优化方法普遍具有以下几个特点：（1）建筑结构优化设计方法具有多样性和综合性的特点。（2）建筑结构优化设计方法是与艺术等审美标准相融合的设计，直观效果比较强。（3）建筑结构优化設计的安全系数得到了整体的提高。（4）建筑结构优化设计的适用性增强。（5）建筑结构优化设计能够体现当今时代的低碳要素，具有节能性和环保性。（6）建筑结构优化设计的经济化趋向愈来愈明显。（7）建筑结构优化设计在管理中更加简易、方便、快捷。（8）建筑结构优化设计具有科学性（9）建筑结构优化设计具有明显的创新意识、突破了传统的设计形式。建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用具有以下重要意义：建筑结构优化设计方法在房屋结构设计的应用中，是以优化房屋的结构、保障房屋建筑的质量及其安全为目的的。根据近年来我国城市建筑的发展趋势以及科学技术的发展情况来看，与传统的房屋设计相比，经过优化设计的建筑所采取的设计理念以及设计技术更为先进和科学，能够充分发挥房屋建筑建材的性能以及其设备的性能的优势，成本支出也更为低廉，从而实现企业利益的最大化。除此之外，建筑结构优化设计方法应用于房屋结构设计中，能够实现房屋建筑内部结构的协调和整合，有效提高房屋建筑的质量以及安全性。现代的建设结构优化设计方案和传统的建设房屋比较，运用设计方法后的建筑可以降低工程的建设投入成本和投资，提高建筑结构的优化方法，可以节省建设材料的使用，充分利用建设材料。 2结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤 2.1结构优化模型 房屋结构整体优化设计方法分以按3个步骤进行。首先，选择设计变量。一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量，如目标控制参数（结构造价C1和损失期望C2）和约束控制参数（结构的可靠度PS）；而将那些对设计要求来讲，变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数，这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量；其次，确定目标函数。寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率，从而使总费用最小；第三，确定约束条件。房屋结构基于可靠度优化设计的约束条件，则包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中，要使结构优化设计应用于实际房屋结构工程，则是路房屋结构设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较，保证各约束条件都符合现行规范的要求，以实现最优设计。 2.2设定优化设计计算方案 房屋结构基于可靠度的优化设计问题属于比较复杂的多变量、多约束非线性优化问题，一般情况下，在计算过程中，应转化问题求解，即将有约束优化问题转化为无约束问题。可以利用起来的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、Powell法等。 2.3进行程序设计 根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法，编制功能齐全、运算速度快的综合程序。 2.4结果分析 对计算结果进行分析，确定最优设计方案。 在上述步骤的执行过程中，涉及的问题包括多个方面，所以要全方位、多角度地考虑。这主要是因为建设投资这项工程的耗资非常大，涉及到的情况非常多，所以，总法则和考虑必须综合进行，不能片面地追求资金的节约而不顾设计的优化作用。技术与经济之间存在一对矛盾，要能够正确处理，因为它是控制投资中至关重要的环节。因此，在设计中片面强调经济节约是不正确的，应满足技术上的相应要求，使项目达到相应的功能倾向，与此同时，要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。 3建筑结构设计优化在房屋设计中的具体运用 3.1整体和布局的统一性 以湖南省某处建筑设计为例，建筑平面图如图1所示，在建筑设计过程当中，经常会运用到艺术建筑设计理念，在项目的整体性工程设计方面，需要对建筑设计和艺术性设计实施完美的结合。因此，在建设过程中需要充分地考虑到整体建筑项目风格以及对建筑环境的和谐统一。从另外一个角度上来进行分析，建筑的局部美和整体性设计上都需要进行和谐统一，不管是在走线的方式还是建筑给排水管道的铺设上，都需要以整体性和安全性为主要的设计原则，在充分的保证建筑安全性的前提下来进行美观性设计。 3.2建筑结构的优化设计 在建筑结构设计优化工作当中，需要充分考虑到建筑剪力墙的优化设计，在建筑优化设计过程中主要表现在对建筑的安全性能的保障方面。充分结合建筑设计的中心位置以及剪力墙的整体受力形式，尽可能降低剪力墙的设计指标，在降低建筑受力方面，需要重点考虑建
结构优化设计大作业(北航)
《结构优化设计》 大作业报告 实验名称: 拓扑优化计算与分析 1、引言 大型的复杂结构诸如飞机、汽车中的复杂部件及桥梁等大型工程的设计问题，依靠传统的经验和模拟实验的优化设计方法已难以胜任，拓扑优化方法成为解决该问题的关键手段。近年来拓扑优化的研究的热点集中在其工程应用上，如: 用拓扑优化方法进行微型柔性机构的设计，车门设计，飞机加强框设计，机翼前缘肋设计，卫星结构设计等。在其具体的操作实现上有两种方法，一是采用计算机语言编程计算，该方法的优点是能最大限度的控制优化过程，改善优化过程中出现的诸如棋盘格现象等数值不稳定现象，得到较理想的优化结果，其缺点是计算规模过于庞大，计算效率太低;二是借助于商用有限元软件平台。本文基于matlab软件编程研究了不同边界条件平面薄板结构的在各种受力情况下拓扑优化，给出了几种典型结构的算例，并探讨了在实际优化中优化效果随各参数的变化，有助于初学者初涉拓扑优化的读者对拓扑优化有个基础的认识。
2、拓扑优化研究现状 结构拓扑优化是近20年来从结构优化研究中派生出来的新分支，它在计算结构力学中已经被认为是最富挑战性的一类研究工作。目前有关结构拓扑优化的工程应用研究还很不成熟，在国外处在发展的初期，尤其在国内尚属于起步阶段。1904 年Michell在桁架理论中首次提出了拓扑优化的概念。自1964 年Dorn等人提出基结构法，将数值方法引入拓扑优化领域，拓扑优化研究开始活跃。20 世纪80 年代初，程耿东和N. Olhoff在弹性板的最优厚度分布研究中首次将最优拓扑问题转化为尺寸优化问题，他们开创性的工作引起了众多学者的研究兴趣。1988年Bendsoe和Kikuchi发表的基于均匀化理论的结构拓扑优化设计，开创了连续体结构拓扑优化设计研究的新局面。1993年Xie.Y.M和Steven.G.P 提出了渐进结构优化法。1999年Bendsoe和Sigmund证实了变密度法物理意义的存在性。2002 年罗鹰等提出三角网格进化法，该方法在优化过程中实现了退化和进化的统一，提高了优化效率。目前常使用的拓扑优化设计方法可以分为两大类：退化法和进化法。结构拓扑优化设计研究，已被广泛应用于建筑、航天航空、机械、海洋工程、生物医学及船舶制造等领域。 3、拓扑优化建模（SIMP） 结构拓扑优化目前的主要研究对象是连续体结构。优化的基本方法是将设计区域划分为有限单元，依据一定的算法删除部分区域，形成带孔的连续体，实现连续体的拓扑优化。连续体结构拓扑优化方法目前比较成熟的是均匀化方法、变密度方法和渐进结构优化方法。 变密度法以连续变量的密度函数形式显式地表达单元相对密度与材料弹性模量之间的对应关系，这种方法基于各向同性材料，不需要引入微结构和附加的均匀化过程，它以每个单元的相对密度作为设计变量，人为假定相对密度和材料弹性模量之间的某种对应关系，程序实现简单，计算效率高。变密度法中常用的插值模型主要有:固体各向同性惩罚微结构模型(solidisotropic microstructures with penalization，简称SIMP)和材料属性的合理近似模型(rational approximation ofmaterial properties，简称RAMP)。而本文所用即为SIMP插值模型。
课题文献综述
《多媒体教学辅助中语文课的板书现状调查及对策的研 究》课题文献综述 一、文献综述的引言： 随着素质教育的推进和信息技术的发展，自主学习、探究学习、合作学习不断翻新课堂学习，幻灯片、多媒体不断广泛运用于课堂，一些传统的教学方法和手段，受到冷落，淡出课堂。作为最传统教学手段的板书，同样也越来越被淡化、忽略。 语文教学既是一种传授知识的活动，又是一种思想教育的方式。如果说成功的语文教学是知识传授与思想教育的统一的话，那么语文教学的板书设计更是传授知识和思想教育的完美结合了。板书是教师精心设计、简明扼要、生动直观地体现教学重点、难点的微型教案，通过板书在阅读教学中的运用，能有助于学生有层次地掌握知识的体系，有助于学生做好笔记，领会知识，强化记忆，启迪思维，发展学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力。因此，它既体现教师的业务素质的优劣，也反映教师教学水平的高低。掌握了它，不但可以提高课堂教学的艺术，也可以大大地提高课堂教学效率。 二、课题研究的现状： 早在1912年当时的教育部就在《师范学校规程》中明确规定师范生必须掌握“黑板写法”第一次将教学板书写进了教学规程。黎锦熙先生在《新国文教法》中对语文板书作了介绍。解放后语文教学板书的问题得到了进一步重视在理论构建和具体操作上都有了较大进展但是仍然存在较多问题。现在众多教育家认为“所有的直观教学中要数黑板最普通、最重要、最灵活但也许就因为黑板过于被人们所熟悉以致往往被忽视或使用不足。”也即是教师的板书时有时随意性较大或者即使设计了板书也没有充分发挥板书的应用价值。特级教师斯霞曾说：“好的板书对于提纲挈领地了解课文内容，对于把握住课文的关键问题，起着很大的作用。教师必须慎重考虑，精心设计。板书的原则是简单扼要，眉目清楚，切忌随心所欲，杂乱无章。备课时，我常常为设计少而精的板书费一番心血。”
教学设计：投资理财
《投资理财》教学设计 一、教学设计综述 （一）指导思想与理论依据 《普通高中思想政治课课程标准》中的一个基本的理念是“强调课程实施的开放性和实践性；建立促进学生发展的课程评价机制”。“从学生的兴趣出发进行教学，培养学生自己发现问题、研究问题、解决问题的能力”。《新课标》提出了要“以学生发展为本”，“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有利的学习工具”。 这就要求我们要构建适应新课程理念的教学模式，树立与新课程理念相适应的发展性教学观念，即课堂教学过程应该是师生交往、积极互动、共同发展的过程，师生通过交流、沟通、合作、互动的方式分享彼此的思考、经验和知识，分享彼此的感情、体验与观念，丰富教学内容，实现教学相长和共同发展。 在网络环境下进行探究学习，教师不再是唯一的信息源，而是更多的注重指导学生学会学习，教师的角色应当是活动的组织者、情感的支持者、学习的参与者、信息的咨询者。 本节课的设计思路：重在培养学生能力。首先，引导学生做好课前准备，包括调查问卷、采访等；其次，充分利用网络信息技术平台的及时性、互动性等方面的优势，科学安排教学过程的各个环节和要素，为学生创设自主学习、合作学习的网络环境，从而实现现代信息技术与政治学科教学的整合，在科学的学习环境和民主的学习氛围中创造性地完成教学任务。在教学中把探究的问题作为教学的出发点，让学生带着任务（问题）进行探究学习，在探究过程中解决问题，建构自己的认识，同时注重开发和挖掘学生的创新能力、协作能力和探究能力，注重对学生的信息素养和学习策略的培养，从而达到提高学生学习兴趣、培养学生能力、提高学科教学实效的目的。 （二）教学背景分析 【教学内容分析】 本课的教学内容为中学思想政治课经济常识下册第六课《银行与储蓄者》的第二课的第二框，这一部分与人们的日常经济生活息息相关，与学生的经济生活