研究背景

有效的板筋优化不仅可以合理地组织结构、充分利用空间、挖掘材料潜能，而且可以降低产品成本，减少单机容量增大引发的负面效应。此外，对比相同容量、同期开发的国内外水电机组可以发现，国内独立设计的机组较厚重，国外设计的机组(如日立/马卡古瓦，CE/清江)相对较轻薄。产生这种局面的原因在于国外对机组方案，除必要的校核、分析外，优化是必不可少的环节。

继桁架优化方面取得的成果之后，国内一些单位陆续开展了板、实体优化方面的研究。程耿东对薄板结构进行了分析，易泽明、李彩云等应用规划法分别对离心机、悬臂结构进行了实体优化，方刚、康达昌对薄壁箱形体进行了准则优化，杨学贵等对薄壁壳体进行了优化，陈新、何杰等对板、实体混合结构(机床床身)进行了优化分

析。

板筋结构是板、筋的有效组合，但板筋优化不是板、梁优化的简单叠加。由于连接方式不同，板筋结构分为两大类。优化时，需要对其类型进行判别，并进行有针对性建模；同类型的板筋结构中，不同位置的承载板，分为拉压板、弯板及混合板三种情况，需要选用不同的中间变量；梁、板、实体三种单元共存的模型中，应使自由度、优化变量满足协调条件。板筋优化牵扯到尺寸、形状、拓扑三方面内容，根据实际情况，可以选择准则法、规划法或混合法。对于大型板筋结构，针对有限元模型进行优化时，需要保证算法的稳定性。

优化分析的执行步骤

优化的方法很多，对于无约束问题，可以采用牛顿法、单纯形法、最速下降、共拓梯度法：对于有约束问题，可以采用复形法、可行方向法、梯度法等方法，也可以通过变换将有约束优化问题化为无约束问题解决。对大型结构问题，包括板筋结构，研究建议采用中间变量以及近似( 二次/一次) 手段，将非线性的目标/约束函数，用一次/二次函数逼近。然后利用拉格朗日乘子( 或罚函数) 将有约束问题化为无约束问题。尺寸优化时，选择拟牛顿法求解；形状优化中，可以采用对偶规划，减少约束数目，并利用线性规划法求解。

研究立足于有限元模型组织优化过程。首先建立板筋结构的有限元模型，判别其类型，并划分单元、节点群组，选择适当的优化变量和约束条件；其次根据优化类型进行相关的算法解算；经迭代取得有效结果后，将数值代回原始结构，进行方案更改。

研究结论

继桁架优化方面的成果之后，随着有限分析能力的提高，国内许多行业开始探索板筋结构优化方法，对此作了总结。对板筋结构优化定义，目标/约束条件处理及具体求解进行了阐述。围绕规划法，研究对一些相关概念进行了说明。最后，以小浪底下机架实例，证明了所述方法的可行性。对两类板筋结构，研究比较了两者在结构和功能上的区别，提出建模、优化方面的建议。事实证明，对筋和筋板连接的不同处理，直接影响优化结果，以及结构方案的改进。

对大型板筋结构，由于涉及到的单元类型多，受力状况复杂，优化时，建议采用比较成熟的线性(或二次近次) 算法，以利于计算收敛。