复合材料液压机底座筋板连接结构多目标优化
发布时间：2020-06-08 23:31
【摘要】：复合材料液压机是大型薄壁复合材料制品模压成型的重要装备。具有高几何精度和高刚性的机架对制品的成型精度和压机的综合性能有着重要影响。底座是机架的重要承载零件,其刚性直接影响着模具的刚度。研究组成底座结构中各类板的厚度配置,筋板的布置方式以及连接位置对底座的质量和刚度性能的影响规律,以最小的材料耗费,获得最优的底座结构设计方案,这些工作无疑具有重要的理论研究价值和现实的工程指导意义。本文以某型10MN复合材料液压机底座为研究对象,将结构筋板的布置位置与板厚度尺寸等参数一起优化,以获得质量最小而刚度最优的底座结构设计方案。首先,通过有限元分析了原设计结构的应力与应变情况。以此为基础,用Python语言建立了底座的几何参数化有限元模型,实现建模、仿真计算与结果后处理的自动化。确定以材料强度为约束条件,底座工作台面的每米最大变形量最小和底座总质量最小为优化目标函数。根据灵敏度分析,对底座中众多的几何尺寸和结构布置参数进行筛选,确定上面板厚度、底板厚度、纵向筋板厚度、横向筋板厚度、下横向筋板连接位置及上下横向筋板的间距,这6个参数作为主要设计变量。分析结果表明,横向筋板的厚度对底座的刚度性能及质量的综合影响最大。依据文献和工艺约束确定了上述6个主要设计变量参数的取值上下限,使用最优拉丁超立方法对设计空间进行采样,通过有限元分析获得目标函数的响应值,构建基于样本点数据的径向基神经网络近似模型;运用随机采样方法对近似模型精度进行验证,建立了以材料强度性能为约束,以总体质量和工作台面每米变形量值为目标函数的底座结构多目标优化模型;选择第二代非支配排序遗传算法求解并获得Pareto优化解。不同厚度的横向筋板对应着不同的筋板最优布置位置,横向筋板厚度从小到大变化时,筋板的布置趋向工作台面中线收缩,筋板分布更加均匀。最后从优化解中选取一个优化设计方案,经有限元分析验证表明:优化后,与其他板厚尺寸匹配下的横向筋板厚度为85mm,下横向筋板连接位置为240mm及上下横向筋板间距为439mm,工作台面每米最大变形量从0.144mm/m降至0.125mm/m,刚度提高了 13.2%,质量降低了4.5%,进一步提高了底座综合性能。
【图文】：
策略的非支配排序遗传算法（ＮＳＧＡ－ＩＩ）求解优化模型，获得满足刚度设计逡逑要求的、具有最优筋板布置的底座结构设计方案，并对优化结果进行数值验逡逑证，为类似的板系焊接结构零部件的设计提供参考。论文的总体框架如图１－１逡逑所示。主要研究内容包括：逡逑第一章，介绍了论文的研究背景和意义，对液压机机架优化设计的研宄逡逑现状进行了综述，并简要概述了论文的主要研宄内容。逡逑第二章，阐释了为建立底座结构多目标优化所需的主要相关理论与模型，逡逑包括灵敏度分析理论；试验设计方法；径向基神经网络近似模型；多目标优逡逑化模型和遗传算法等方面。逡逑第三章，对底座原结构进行有限元分析，得出结构的变形及应力结果。逡逑确定结构性能指标。结合几何数学方法对底座结构进行几何建模，将结构尺逡逑寸进行参数化表示，利用Ｐｙｔｈｏｎ编程语言编写几何参数化模型和有限元分析逡逑的脚本文件，实现几何模型的参数化表达、有限元分析、计算及结果输出的逡逑自动化处理
所需的样本点相关信息。优化中经常使用的试验设计方法有三种：参数试验、逡逑全因子设计和部分因子设计。试验设计的三个基本原理是重复、随机化与区组逡逑化［６１】。本文以两因子九水平试验方案为例，对试验设计内容进行介绍，如图２－１逡逑所示。逡逑Ｘ：逡逑▲逡逑ｒ？参数试验（定义：每次试验只改变一个因子的参数值）逡逑匕－－ｉｒｔ－邋ｘ逡逑吊逦丨．Ｈ邋ＨＩ』」￣逡逑用逦样本点分布逡逑试：逡逑验，全因子设计（定义：对所有因子的所有水平组合都进行试验）逡逑设逦＇逦Ｉｈｈｈｈ．＾，，逡逑ｉｔ逦Ｉ；，，邋ｔｉ：ｉ？逦样本点分布逡逑方逦「正交试验设计｜＿三逡逑法逦Q姺苠义希糠忠蜃由杓棋澹窝镜惴植煎危簦椋欤欤海哄义涎隙〕⒎缴杓疲幔龋模╁义涎窘惺匝椋叹仁匝樯杓疲咤窝镜惴植迹哄义希套钣爬〕⒎缴杓疲ǎ希穑翦澹蹋龋模╁澹撸咤义希桑欤拢翦义涎镜惴植煎义贤迹玻匝樯杓品椒ㄥ义洗由贤迹玻敝锌芍海保┎问匝槭且恢质室擞τ迷诟饕蜃咏换プ饔貌幌灾义锨榭鱿碌牧槊舳确治龇椒ǎ唬玻┤蜃由杓朴帕鱼挤置鳎诺闶悄芏愿饕蜃拥腻义辖换プ饔媒芯计拦溃钡闶钦庑枰罅康难镜憷捶治觯扑愠杀痉浅８撸诲义希常┱皇匝樯杓品ㄊ腔谡辉恚ü贫ㄕ槐砝瓷杓剖匝榉桨福谑匝殄义峡占浯锏礁饕蜃铀酱钆渚饧把镜憔确植迹芎艽蟪潭鹊丶跎偈匝榇问义洗佣焖偃范ㄓ呕桨傅囊恢质匝樯杓品椒ǎ郏叮玻荨Ｕ皇匝樯杓圃谌蜃由杓浦绣义嫌τ谜恍栽蛟袢〔糠衷谏杓瓶占渲蟹植季弑浮熬确稚
本文编号：2703819
【图文】：
策略的非支配排序遗传算法（ＮＳＧＡ－ＩＩ）求解优化模型，获得满足刚度设计逡逑要求的、具有最优筋板布置的底座结构设计方案，并对优化结果进行数值验逡逑证，为类似的板系焊接结构零部件的设计提供参考。论文的总体框架如图１－１逡逑所示。主要研究内容包括：逡逑第一章，介绍了论文的研究背景和意义，对液压机机架优化设计的研宄逡逑现状进行了综述，并简要概述了论文的主要研宄内容。逡逑第二章，阐释了为建立底座结构多目标优化所需的主要相关理论与模型，逡逑包括灵敏度分析理论；试验设计方法；径向基神经网络近似模型；多目标优逡逑化模型和遗传算法等方面。逡逑第三章，对底座原结构进行有限元分析，得出结构的变形及应力结果。逡逑确定结构性能指标。结合几何数学方法对底座结构进行几何建模，将结构尺逡逑寸进行参数化表示，利用Ｐｙｔｈｏｎ编程语言编写几何参数化模型和有限元分析逡逑的脚本文件，实现几何模型的参数化表达、有限元分析、计算及结果输出的逡逑自动化处理
所需的样本点相关信息。优化中经常使用的试验设计方法有三种：参数试验、逡逑全因子设计和部分因子设计。试验设计的三个基本原理是重复、随机化与区组逡逑化［６１】。本文以两因子九水平试验方案为例，对试验设计内容进行介绍，如图２－１逡逑所示。逡逑Ｘ：逡逑▲逡逑ｒ？参数试验（定义：每次试验只改变一个因子的参数值）逡逑匕－－ｉｒｔ－邋ｘ逡逑吊逦丨．Ｈ邋ＨＩ』」￣逡逑用逦样本点分布逡逑试：逡逑验，全因子设计（定义：对所有因子的所有水平组合都进行试验）逡逑设逦＇逦Ｉｈｈｈｈ．＾，，逡逑ｉｔ逦Ｉ；，，邋ｔｉ：ｉ？逦样本点分布逡逑方逦「正交试验设计｜＿三逡逑法逦Q姺苠义希糠忠蜃由杓棋澹窝镜惴植煎危簦椋欤欤海哄义涎隙〕⒎缴杓疲幔龋模╁义涎窘惺匝椋叹仁匝樯杓疲咤窝镜惴植迹哄义希套钣爬〕⒎缴杓疲ǎ希穑翦澹蹋龋模╁澹撸咤义希桑欤拢翦义涎镜惴植煎义贤迹玻匝樯杓品椒ㄥ义洗由贤迹玻敝锌芍海保┎问匝槭且恢质室擞τ迷诟饕蜃咏换プ饔貌幌灾义锨榭鱿碌牧槊舳确治龇椒ǎ唬玻┤蜃由杓朴帕鱼挤置鳎诺闶悄芏愿饕蜃拥腻义辖换プ饔媒芯计拦溃钡闶钦庑枰罅康难镜憷捶治觯扑愠杀痉浅８撸诲义希常┱皇匝樯杓品ㄊ腔谡辉恚ü贫ㄕ槐砝瓷杓剖匝榉桨福谑匝殄义峡占浯锏礁饕蜃铀酱钆渚饧把镜憔确植迹芎艽蟪潭鹊丶跎偈匝榇问义洗佣焖偃范ㄓ呕桨傅囊恢质匝樯杓品椒ǎ郏叮玻荨Ｕ皇匝樯杓圃谌蜃由杓浦绣义嫌τ谜恍栽蛟袢〔糠衷谏杓瓶占渲蟹植季弑浮熬确稚
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