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1、结构优化设计教学大纲一、课程基本信息课程名称结构优化设计Optimized Design of Structure课程编码PLC321421020开课院部储运与建筑工程学院课程团队结构优化设计教学团队学分2.0课内学时32讲授32实验0上机0实践0课外学时0适用专业工程力学授课语言中文先修课程理论力学（27）、理论力学（2-2）.材料力学（2T）、材料力学（2-2）、结构力学课程简介 （限选）结构优化设计是理工科院校工程力学专业的专业技术课程，它是计算力学的一个分支，研究高效地改进结构设计的方法，帮助工程结 构设计人员设计出既经济又可靠的工程结构。结构优化设计主要介绍结构优化与结构设计的关系、
2、结构优化设计的基本概念、准则法、线 性规划在结构优化设计中的应用、非线性规划在结构优化设计中的应用及简单结构的优化设计实例。通过本课程的学习，理解结构优化设 计的基本概念；掌握结构优化设计的基本理论和基本方法；能应用结构优化设计理论和方法进行简单结构的优化设计；为应用结构优化设 计的理论和方法解决复杂工程实际问题奠定基础。Optimum design of structure is a professional and technical course of engineering mechanics in science and engineering colleges. It is a b
3、ranch of computational mechanics, which can improve the structure design method effectively and help engineering structural designers to design economical and reliable engineering structures. It mainly includes: the relationship between structural optimization and structural design, the basic concep
4、ts, the criterion method, the application of linear programming in structural optimization design, the application of nonlinear programming in structural optimization design and the optimized design examples of simple structures. Through the study of this course, we can understand the basic concepts
5、, master the basic theory and basic methods, optimize the design of simple structure by using basic theories and methods, and lay the foundation for solving the practical and complex engineering problems of by applying theories and methods of optimum design of structure.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕
6、业要求指标点任务自选1Ml目标1 ：能将理论知识和力学思想有效结合，对相关复杂工程实际问题进行识别与判断。是2. 12. 12M2目标2：能对复杂的工程力学问题进行分析和求解，得到正确和有效的结论。是2.32.3三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课 程目标课内 学时教学方式课外 学时课外环节1第一章第一章绪论本章重难点：结构极限分析的上下限定理、结构性态和设计原 则。Ml2讲授2自学2第二章第二章结构优化 设计的基本概念本章重点难点：求解结构优化问题的基本途径。/32. 12.1结构优化设计 的两个简单例子几何尺寸限制，压杆稳定条件，压杆强度条件。Ml1讲授1自学42.22.2设计
7、变量、约 束条件和目标函数连续变量，离散变量，显示约束条件，隐式约束条件，可行 域，结构优化问题数学表达式。Ml1讲授1自学52.32. 3三杆平面桁架 的优化设计静不定结构，约束条件。Ml1讲授1自学62.42. 4求解结构优化 问题的途径准则法，数学规划法，混合法。Ml1讲授1作业7第三章第三章结构优化 设计的准则法本章重难点：满应力准则，库一塔克必要条件。/83. 13. 1满应力设计满应力设计的概念和特点，比例满应力设计，比例满应力法设 计的改进一齿行法，满应力设计迭代过程的收敛速度问题。M22讲授2自学93.23. 2受约束最优化 问题的库-塔克必 要条件一元函数的无约束优化，多元函
8、数的无约束优化，梯度与海森 矩阵，受到不等式约束的多兀函数的优化，受到不等式约束的 多元函数优化，结构优化中经常使用的库一塔克条件形式。M22讲授2自学103.33. 3受到单个位移 约束的优化准则问题的提法，单个位移约束下的最优化准则，最优化准则的意 义。M22讲授2自学113.43. 4基于最优准则静定桁架的优化设计，静不定桁架的优化设计。M22讲授2自学的迭代法123.53. 5结构反应的灵 敏度分析及其应用灵敏度，有限差分法。M21讲授1自学133.63.6多约束下的优 化准则法多位移约束，有效约束，无效约束。M21讲授1作业14第四章第四章线形规划 在结构优化设计中 的应用本章重点难
9、点：对偶线形规划、极限设计的基本原理。/154. 14.1线性规划简介线性规划的数学模型，线性规划的基本概念与原理，线性规划 的单纯形解法。M22讲授2自学164.24. 2对偶线性规划原问题，对偶问题。M21讲授1自学174.34. 3刚架最小重量 设计极限设计的基本原理，刚架最小重量设计实例。M21讲授1作业18第五章第五章非线性规 划在结构优化设计 中的应用本章重点难点：梯度投影法、罚函数法。/195. 15.1数学规划问题 简介及其解法无约束最优化问题，约束最优化问题，线性最优化问题，二次 规划，整数规划，随机规划。M21讲授1自学205.25.2凸规划与最优 解凸函数，凹函数，凸集，
10、局部最优解，全局最优解。M21讲授1自学215.35. 3最优解的基本 下降算法、收敛速 度与收敛准则步长，探索方向，海森矩阵，收敛速度，收敛准则。M21讲授1自学225.45. 4无约束优化的 直接搜索法模式搜索法，单纯形法。M21讲授1自学235.55. 5无约束优化的 梯度算法最速下降法，牛顿一芮弗逊算法。M21讲授1自学245.65.6求解受约束非 线性规划的直接算 法梯度投影法及其在结构优化设计中的应用，可行方向法，直接 处理约束的最速下降法，约束最优化问题的复形法。M22讲授2自学255. 75.7求解受约束非 线性规划的线性近 似与罚函数法用线性规划去逐步逼近非线性规划的方法、罚
11、函数法。M21讲授1作业26/rA- -er- 第八早第六早简单结构 的优化设计本章重点难点：理解与应用。/276. 16.1中心受压组合 H型钢柱优化设计典型事例具体应用介绍。Ml2讲授2自学286.26. 2结构优化方法 最新进展结构优化方法最新进展及其与大数据、人工智能相结合的案例 等。Ml2讲授2自学四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1 .每周布置23道题目，平均每次课1道题以上。2 .成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3 .考核学生对结构优化设计基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有分析 题和计算
12、题。25%2考勤随机点名、刷卡点名等10%3课堂表现随机检查学生上课精神状态、回答问题情况15%4期末考试1 .开卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分10。分。2 .主要考核学生对结构优化设计基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有 简答题、计算题等。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1Ml平时作业25%八一按时提交作业，结构优化设计中的知识点理解无误。B-按时提交作业，对上述知识点理解存在少量错误。C-按时提交作业，对上述知识点理解存在一定量错误。D-不按时提交作业，或对上述知识点理解存在大量错误。2Ml考勤10%A-缺勤2次以内B-缺
13、勤3次及以上，很少参加课堂讨论。3Ml课堂表现15%A-积极B-不积极4Ml期末考试50%（见试卷评分标准）评分等级说明：A, B, C, D, E = 90-100, 80-89, 70-79, 60-69, 0-59; A, B, C, D = 90-100, 75-89, 60-74, 0-59; A, B, C = 90-100, 75-89, 60-74, 0-59; M, N = 80-100, 0-79六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书1结构优化设计基础，侯密山，中国石油大学出版社，2012, ISBN:9787563636945. （*主教材）2图书1工程结构优化设计基础，程耿东，大连理工大学出版社，2012, ISBN:9787561170281.