基于代理模型技术的某升降系统大立柱结构优化

发布时间：2017-03-21 06:10

  本文关键词：基于代理模型技术的某升降系统大立柱结构优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大立柱结构是某设备升降系统的重要组成部分和承力部件。其重量在升降系统中占有重要比重。由于现有结构质量过重，给装配、运输带来很大不便，因此在保证其强度刚度的基础上，对其进行优化设计是一个急需解决的问题。由于大立柱结构设计参数较多，直接调用有限元模型进行优化设计耗时长、效率低。本文利用代理模型技术代替传统的有限元分析对大立柱结构进行优化，能有效的解决这一问题。关于本课题的研究，本文主要从以下几个方面进行展开： 首先，对优化算法的发展状况和代理模型技术相关理论进行介绍。对比分析了几种常用的试验设计方法，分析了近似代理模型基本原理和适用环境。 其次，根据企业提供的相关资料，利用SOLIDWORKS和Workbench建立了大立柱的物理模型和有限元参数化模型。在此基础上，结合升降系统实际工作情况，利用Workbench中远程载荷来表示其计算载荷对大立柱模型进行不同工况下的静力学分析，由此获得其最危险工况并验证了现有结构存在较大的优化空间。 然后，对大立柱结构参数进行灵敏度分析，确定了作为构建代理模型的七个设计因素，利用正交试验设计获取729组样本点。并联合SOLIDWORKS中的设计表功能和Workbench有限元仿真功能来获取相应样本点的合位移和等效应力值。在此基础上分别构建出四种常用代理模型的等效应力和合位移代理模型，并利用随机产生的40组测试样本对构建出的代理模型进行评估，获取8组复相关系数和均方误差值。由此构建出了精度较高的多项式响应面等效应力代理模型和多项式响应面合位移代理模型。 最后，以大立柱质量最轻为优化目标，将构建的等效应力代理模型和合位移代理模型不得超过许用值作为约束条件，并采用遗传算法进行优化。 优化结果表明：优化后模型满足强度刚度设计要求，其质量减轻27.4%，优化运算时间有大幅度减少。为企业提供了一种新的结构优化原理及方法，，具有一定的工程应用价值。
【关键词】：结构优化 参数化设计 有限元分析 代理模型
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH211.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 玻璃栏具升降系统简介11
• 1.3 结构优化技术的研究11-13
• 1.4 结构优化算法的发展与应用13-16
• 1.5 本文主要研究内容16-17
• 1.6 本章小结17-18
• 2 代理模型技术18-30
• 2.1 代理模型技术的基本原理18-19
• 2.2 试验设计方法19-22
• 2.3 常用近似代理模型22-28
• 2.4 代理模型技术的检验28
• 2.5 本章小结28-30
• 3 升降大立柱结构参数化有限元模型的建立与分析30-45
• 3.1 升降结构及其各项参数30-33
• 3.1.1 升降系统整体结构31-32
• 3.1.2 升降系统各项参数32-33
• 3.2 大立柱设计准则和计算载荷33-37
• 3.2.1 大立柱载荷的计算33-36
• 3.2.2 大立柱结构设计准则36-37
• 3.3 大立柱参数化有限元模型的建立37-41
• 3.3.1 大立柱参数化有限元模型建模方案38-39
• 3.3.2 大立柱三维模型的简化39-40
• 3.3.3 大立柱有限元模型的建立40-41
• 3.4 大立柱结构静态有限元分析41-44
• 3.4.1 添加边界条件施加载荷并求解41-42
• 3.4.2 静态有限元分析结果分析42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 4 升降结构大立柱代理模型的构建45-56
• 4.1 大立柱代理模型的构建概述45
• 4.2 基于大立柱结构参数的试验设计45-51
• 4.2.1 大立柱结构参数46-48
• 4.2.2 大立柱参数灵敏度分析48-50
• 4.2.3 大立柱代理模型试验设计50-51
• 4.3 基于大立柱代理模型的构建51-55
• 4.3.1 四种代理模型的构建51-52
• 4.3.2 大立柱结构最优代理模型的确定52-55
• 4.4 本章小结55-56
• 5 基于代理模型和遗传算法的大立柱结构优化56-68
• 5.1 优化设计基本理论56-58
• 5.1.1 优化设计概述56
• 5.1.2 优化设计的数学模型56-58
• 5.2 遗传优化算法58-62
• 5.2.1 遗传优化算法基本思想58-60
• 5.2.2 遗传优化算法基本步骤60-61
• 5.2.3 遗传算法实现的关键问题61-62
• 5.3 基于代理模型和遗传算法的大立柱结构优化62-66
• 5.3.1 多项式响应面代理模型在大立柱结构优化中的应用62-63
• 5.3.2 基于遗传算法的大立柱结构优化63-65
• 5.3.3 大立柱结构优化结果分析65-66
• 5.4 本章小结66-68
• 6 总结与展望68-70
• 6.1 本文总结68-69
• 6.2 本文展望69-70
• 参考文献70-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文75-76
• 致谢76-77

【参考文献】

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本文编号：259179