基于混沌粒子群算法的伸缩臂结构优化及有限元分析

发布时间：2017-10-09 13:26

  本文关键词：基于混沌粒子群算法的伸缩臂结构优化及有限元分析

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【摘要】：伸缩臂架作为伸缩臂起重机主要的工作构件，其性能的优劣，直接影响着整机性能的稳定，因此，设计出轻量化、高性能的伸缩臂架已成为提高起重机性能的主要路径。优化设计应用到伸缩臂设计中已有二十余年，但目前只是在矩形单一截面臂架设计中比较成熟，，对于其它截面，目前还在探索中，尚没有一套完整成熟的臂架优化系统，而且由于优化算法各方面的先天缺陷，使得优化效果并不明显；有限元理论分析在工程上应用日渐成熟，但由于模型简化及边界条件处理的不同，使得计算结果偏差较大。 本文针对上述研究现状，对应用最广的六边形截面伸缩臂整体结构进行优化，并且采用本文提出的罚函数改进方法对约束函数进行处理，在优化算法方面采用本文提出的混沌粒子群算法，将混沌算法的思想融入到粒子群算法中，形成新的组合算法——混沌粒子群算法，这样提高了算法的优化性能，并将其运用到伸缩臂金属结构的优化设计中，结果表明全局收敛性较优。应用ANSYS有限元分析软件进行分析，省去大量人力计算工作量，其分析结果与优化结果作验证对比。 基于Visual C++6.0开发“伸缩臂架优化设计及有限元分析”软件，以伸缩臂架结构质量为目标函数，建立伸缩臂架截面尺寸优化设计的数学模型，应用改进的混沌粒子群算法编制“伸缩臂架优化设计”模块，进行伸缩臂架截面尺寸的优化，同时用VC++调用ANSYS，并将优化结果编制成ANSYS命令流文件，导入到ANSYS有限元分析软件进行分析，构成“有限元分析”模块，通过实例证明，优化结果比原实例结构轻10%左右，大大降低了钢材使用量，并提高了设计效率。
【关键词】：伸缩臂架 混沌粒子群 结构优化 有限元分析
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH213
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 流动式起重机概述10
• 1.2 伸缩臂起重机国内外的发展现状与发展趋势10-13
• 1.2.1 伸缩臂起重机国内的发展现状10-11
• 1.2.2 伸缩臂起重机国外的发展现状11-12
• 1.2.3 伸缩臂起重机的发展趋势动向12-13
• 1.3 伸缩臂架的发展现状与未来趋势13-14
• 1.4 现代设计研究方法14-15
• 1.4.1 计算机参数化设计15
• 1.4.2 有限元方法15
• 1.4.3 现代优化设计15
• 1.4.4 虚拟样机技术15
• 1.4.5 可靠性设计15
• 1.5 课题提出背景、内容及行文结构15-18
• 1.5.1 课题背景15-16
• 1.5.2 课题研究内容16
• 1.5.3 行文研究结构16-18
• 第二章 伸缩臂架力学特性分析18-28
• 2.1 设计模型简化18
• 2.2 计算载荷分析18-21
• 2.3 设计计算21-26
• 2.3.1 箱形伸缩臂的刚度计算21-22
• 2.3.2 箱形伸缩臂的强度计算22-24
• 2.3.3 伸缩臂整体稳定性计算24
• 2.3.4 伸缩臂架的局部稳定性计算24-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第三章 伸缩臂架的优化模型28-40
• 3.1 工程优化简介28-29
• 3.2 工程优化数学模型29-30
• 3.2.1 数学优化模型的分类30
• 3.3 工程约束优化30-34
• 3.3.1 经典方法30-31
• 3.3.2 通用方法31
• 3.3.3 罚函数改进方法31-34
• 3.4 伸缩臂架的优化简介34
• 3.5 伸缩臂数学优化模型34-38
• 3.5.1 吊臂参数方程确定34-36
• 3.5.2 建立目标函数36
• 3.5.3 约束条件的确定36-38
• 3.6 本章小结38-40
• 第四章 混沌粒子群改进算法40-58
• 4.1 粒子群算法40-42
• 4.1.1 基本粒子群优化40-42
• 4.1.2 带有收缩因子的改进粒子群算法42
• 4.2 混沌算法与粒子群组合研究42-57
• 4.2.1 混沌简介与混沌映射42-45
• 4.2.2 几种常见的混沌映射45-48
• 4.2.3 混沌优化48-50
• 4.2.4 混沌粒子群组合算法50-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第五章 工程实例58-76
• 5.1 伸缩臂架优化设计的混沌粒子群算法试验案例58-60
• 5.1.1 数学模型58
• 5.1.2 优化参数设置58-59
• 5.1.3 优化仿真结果59-60
• 5.1.4 优化仿真结果分析60
• 5.1.5 仿真分析结论60
• 5.2 有限元参数化60-62
• 5.2.1 有限元法60-61
• 5.2.2 ANSYS 介绍61-62
• 5.2.3 APDL—ANSYS 参数化设计语言62
• 5.2.4 ANSYS 有限元参数化过程62
• 5.3 伸缩臂架参数化分析62-68
• 5.3.1 参数化有限元模型的建立63-64
• 5.3.2 划分单元网格64
• 5.3.3 滑块接触处耦合64-65
• 5.3.4 边界约束处理65-66
• 5.3.5 施加载荷66
• 5.3.6 有限元求解及结果分析66-68
• 5.4 软件集成及演示68-74
• 5.4.1 软件设计简介68-69
• 5.4.2 软件开发环境69
• 5.4.3 软件结构介绍69-70
• 5.4.4 软件界面70
• 5.4.5 工程实例软件界面的操作70-74
• 5.5 本章小结74-76
• 第六章 结论与展望76-80
• 6.1 论文结论76-77
• 6.2 论文创新之处77
• 6.3 论文的不足与展望77-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-86
• 攻读学位期间发表的学术论文目录86-87

【参考文献】

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本文编号：1000444