斗轮堆取料机回转平台的结构优化研究

发布时间：2021-06-30 13:17

回转平台是斗轮堆取料机的主要部件之一,斗轮机的堆取料作业、俯仰、回转功能都是在其上完成的,其自身的结构性能对整机的安全运行起到重要作用。为了设计出结构性能良好的回转平台,本文运用BP神经网络和遗传算法(GA)相结合的现代智能优化方法,对DQLS00／800.30斗轮堆取料机的回转平台进行多工况离散变量结构优化设计。首先在ANSYS环境下建立起回转平台的有限元模型,对其进行了多种危险工况下的静力分析,得到回转平台的位移和整体应力分布情况；其次运用优化分析软件ISIGHT口ANSYS软件,利用其自带的正交试验设计方法进行了优化设计参数的研究和筛选；另外,利用正交试验设计法选择建立BP神经网络所需的训练样本点,自动调用参数化有限元模型,计算出各工况下的样本数据,在MATLAB平台下建立起替代回转平台结构优化的“9-21-7”型BP神经网络近似模型,该模型构建出回转平台的各设计变量与结构自重、多种工况下位移及应力之间的函数映射关系,从而代替有限元模型进行快速的结构重分析；运用改进的遗传算法完成以重量为目标、以位移和应力为约束的寻优计算。研究结果表明,在满足各工况性能约束条件下,该回转平台自重减轻13.8%,取得了满意的优化效果,为回转平台的结构设计和优化提供了参考依据。本文运用遗传算法解决了斗轮堆取料机回转平台的离散变量优化问题；同时利用BP神经网络近似模型直接计算遗传个体的适应值,代替遗传迭代中大量的有限元重分析,提高了优化效率。通过对回转平台的成功应用,表明本方法适用性强,优化明显,具有较高的工程应用价值。
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH24

文章目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 斗轮堆取料机概述

1.1.1 斗轮堆取料机的功能及工作原理

1.1.2 斗轮堆取料机的基本结构及分类

1.1.3 斗轮堆取料机的发展概况

1.2 结构优化设计概述

1.2.1 结构优化的发展现状

1.2.2 遗传算法在结构优化中的应用

1.2.3 神经网络在结构优化中的应用

1.3 课题的研究意义和研究内容

1.3.1 研究意义

1.3.2 研究内容

第二章斗轮堆取料机回转平台的有限元分析

2.1 回转平台的力学分析

2.1.1 回转平台的结构特点

2.1.2 回转平台的力学模型

2.2 回转平台结构有限元建模

2.2.1 有限元法的基本求解过程

2.2.2 回转平台有限元模型的简化

2.2.3 单元类型与材料特性的选取

2.2.4 网格的划分

2.2.5 边界条件与载荷的模拟

2.3 回转平台静力有限元计算结果分析

2.3.1 强度、刚度评判标准

2.3.2 典型工况下的结果分析

2.4 本章小结

第三章斗轮堆取料机回转平台的多工况优化模型

3.1 参数化模型与APDL语言概述

3.2 回转平台多工况优化模型的参数化

3.3 回转平台优化变量的性能分析与选择

3.3.1 正交试验设计概述

3.3.2 回转平台的DOE实施过程

3.3.3 主要变量的性能分析与选择

3.4 多工况下的回转平台结构优化数学模型

3.5 本章小结

第四章斗轮堆取料机回转平台的结构优化

4.1 BP神经网络与遗传算法的结合方法

4.1.1 BP神经网络的实现方法

4.1.2 遗传算法的实现方法

4.1.3 BP神经网络结合遗传算法优化流程的建立

4.2 回转平台结构分析的BP神经网络近似模型

4.2.1 训练样本的确定

4.2.2 样本数据的预处理

4.2.3 网络拓扑结构

4.2.4 网络训练与测试

4.3 遗传算法优化

4.3.1 离散变量编码

4.3.2 适应度函数设计

4.3.3 遗传算子改进

4.3.4 回转平台优化结果与分析

4.4 优化方法的计算实例

4.5 本章小结

第五章斗轮堆取料机回转平台的应力测试实验

5.1 测试实验的总体设计

5.1.1 实验目的

5.1.2 应变测试系统的原理

5.1.3 实验装置和仪器

5.1.4 实验方案

5.1.5 测试点的选择与布置

5.2 应力与应变的计算关系

5.3 实验结果的处理与分析

5.3.1 实验数据

5.3.2 实验结果分析

5.4 本章小结

第六章结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的主要研究成果

【参考文献】