基于混沌理论的桥式起重机箱型主梁优化

发布时间：2017-12-01 20:01

  本文关键词：基于混沌理论的桥式起重机箱型主梁优化

  更多相关文章： 离散变量优化 混沌粒子群优化 双混沌优化 参数化 有限元分析

【摘要】：作为起重机的主要组成部分,金属结构是起重机械的技术经济、安全指标和寿命等的主要影响因素,其设计质量的好坏直接影响起重机整机在各个方面的技术指标。现阶段,起重机械金属结构的设计计算仍采用经验类比的许用应力法,该方法不但设计计算繁琐,劳动强度大,周期长,而且只限于在少数几个候选方案中进行分析比较,同时选择的方案也没有十分精确的评价标准来衡量其优劣,一般很难得到近乎最优的设计方案。随着计算机技术的发展和应用,可以建立设计过程能自动择取最优方案的一种快速有效的方法,即优化设计。这种设计方法将优化理论与计算机技术结合在一起,成为解决复杂设计问题的有效工具。采用这种设计方法能大大提高设计质量和效率,具有明显的经济效益和社会效益。因此,将优化设计引入到起重机的金属结构设计当中,通过编写起重机金属结构专用优化程序,利用计算机的运算能力,完成金属结构设计参数的最佳匹配,获得既能满足设计要求,又具有较轻自重的起重机金属结构,从而避免材料浪费,提高经济性能,降低生产成本。在构建优化数学模型时,考虑到以往将起重机结构当作混合变量的优化问题,造成必须对优化后的设计变量进行圆整处理,进而导致圆整后的设计变量常不在可行域内,从而引起优化失败。为此,本文根据在生产实际中结构尺寸常取毫米的整数倍及单轧钢板公称厚度“1.”对钢板所规定的厚度尺寸,重新定位起重机金属结构的优化设计属于约束非线性离散变量的优化问题。将混沌粒子群优化(Chaotic Particle Swarm Optimization,CPSO)算法引入到起重机金属结构的优化设计中,分别在种群初始化以及全局最优解局部搜索的环节引入混沌机制,优化实例表明,CPSO算法操作简单,运行速度快,避免了进化中的早熟和停滞现象,从而提高了优化解的全局收敛率;同时,提出一种双混沌机制的优化算法(Double Chaos Optimization Method,DCOM),利用混沌的随机性、遍历性以及规律性,基于Logistic、Tent、Cube三种映射方式分别进行优化计算,计算结果表明该方法能够在保证优化解质量的前提下有效地缩短计算时间,降低计算成本,从而提高设计效率;运用ANSYS有限元分析软件的参数化设计语言APDL对起重机结构进行静力分析以及模态分析,提取验算点的强度、刚度以及整机的振动频率数值,得到的计算结果与传统计算的一致性,证明了所构建的参数化有限元模型的正确性,为起重机金属结构的进一步深入研究奠定了基础,也为更为复杂的金属结构设计提供了科学的依据;最后,基于VC++软件平台完成优化设计及参数化有限元分析过程的软件集成,形成一套桥机金属结构优化设计的软件。
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH215

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