双梁桁架龙门起重机主梁的优化设计

针对桁架门式起重机的结构特点，建立结构优化设计模型，以起重机金属结构重量最轻为目标函数，以结构的主要梁构件的截面尺寸为设计变量，以强度、刚度为约束条件，完成了桁架门式起重机主梁的优化设计。     

基于几何参数的桥式起重机主梁优化

本文结合有限元法及优化设计方法,以桥式起重机主梁为研究对象,在有限元分析的基础上,建立了主梁结构的优化数学模型。对主梁几何模型进行参数化,采用二次开发的方法,实现整个有限元仿真流程自动化并利用多学科优化软件对主梁进行参数优化。在保证强度刚度满足要求的前提下减轻了主梁的重量,达到了轻量化设计的目的,降低了制造成本。     

基于有限元的140 kN摩擦焊机主轴箱响应面优化分析

以140 kN连续驱动摩擦焊机主轴箱为研究对象,应用有限元分析软件对主轴箱进行了静、动态相关特性的分析。为提高主轴箱综合力学性能,并实现主轴箱箱体材料的合理利用,以箱体壁厚等7个结构参数为设计变量进行了中心复合实验设计。根据得到的数据结果,基于Kriging插值法建立了主轴箱的响应面模型,并对各设计变量进行了灵敏度分析。利用多目标遗传算法完成了主轴箱的优化设计,与原结构方案相比主轴箱箱体减重16.6%,实现了焊机轻量化设计。经过对主轴箱响应面模型拟合精度的校验,验证了CCD实验法与Kriging插值法相结合可高效精准地完成主轴箱响应面模型的建立。因此这一优化方法同样适用于其他类型的机床零部件的设计。     

基于Kriging模型的汽车车门抗撞性优化设计

提出汽车车门抗撞性优化设计的方法,利用拉丁方试验设计选择少量样本点,构建响应目标的近似模型,应用序列二次规划法进行结构优化。对比分析Kriging和多项式响应面两种近似模型对于车门侧撞响应的拟和误差,表明用Kriging模型构建车门抗撞性近似模型是合适的。计算结果表明提出的方法可以保证车门在满足抗撞性要求的前提下,实现轻量化设计。     

基于灵敏度分析与响应面模型的机床主轴箱优化设计

针对机床主轴箱结构优化设计中模型复杂及计算量大的问题,提出一种将灵敏度分析与响应面模型相结合的优化办法。以箱体壁厚和筋板尺寸为输入参数,主轴箱质量、最大变形、最大应力、1阶固有频率作为目标参数进行灵敏度分析,筛选出6个关键尺寸作为优化参数;采用最佳填充空间设计法和Kriging函数法构建主轴箱响应面模型,通过多目标遗传算法对响应面模型进行求解计算。最后对优化后的主轴箱进行有限元分析来验证求解的准确性,优化后的主轴箱质量减轻了13.58%,可以为机床其他类型零部件优化提供参考。     

基于响应面方法的汽车法兰盘锻模优化设计

以汽车法兰盘为例,对锻模的飞边槽进行优化设计,使锻件填充饱满.以飞边金属材料的体积为优化目标,采用内接的中心复合设计方法,结合数值模拟试验,通过回归建立了二次多项式的响应面模型.通过响应面分析,得出影响飞边体积和充型饱满度的显著因素是飞边槽桥部的高度.在此基础上,得到优化的飞边槽结构尺寸.最后,应用Kriging模型结合遗传算法,进行了优化对比.结果表明,在较少因素情况下,响应面方法比遗传算法所需时间更短、优化效果更好.     

基于响应面优化法的变速箱壳体结构优化设计

针对某工程用变速箱壳体轻量化问题。基于Solidworks建立其三维模型并联立ANSYS对壳体进行静态分析,得到壳体的应力、变形云图,从而确定壳体危险点的位置及力学变化特性,同时通过第四强度理论对壳体进行强度校核,在保证强度的基础上利用响应面优化法对壳体进行优化设计,通过输入变量与输出变量的灵敏度关系,以壳体质量最小、总变形最小和应力最小为优化目标并建立变速箱壳体结构优化模型,对壳体进行尺寸优化设计,依据有限元响应面优化结果,确定了优化后变速箱壳体模型。优化结果表明,优化后壳体的应力和变形基本没有变化,重量减轻了6.03%,为变速箱壳体结构轻量化设计提供参考。     

直吹管浇注料振动成型夹具的结构优化设计

针对直吹管浇注料振动成型夹具质量过大和动态特性差等问题,建立夹具优化数学模型,采用拓扑优化对夹具结构材料分布进行寻优,并在拓扑优化基础上以灵敏度分析筛选相关性较大的尺寸作为优化变量,基于Kriging法建立响应面模型,采用多目标遗传算法对振动夹具进行尺寸优化,两次优化后的夹具质量共减小了12.7%,1阶固有频率共提高了2.8%。对优化后夹具结构进行扫频振动响应仿真分析,验证了夹具优化设计的有效性及合理性,有效解决了直吹管浇注料振动成型夹具设计中容易出现的试验共振和夹具质量过大等问题。     

基于Kriging模型的注塑工艺稳健优化

为降低薄壁注塑件的翘曲变形,提出了基于Kriging模型的工艺稳健优化方案。特别地,研究并提出了基于变异粒子群算法的Kriging模型建立与优化算方法,建立了注塑工艺参数和翘曲变形之间的Kriging模型。通过实验设计、CAE仿真结果数据建立起Kriging模型,并结合变异粒子群算法实现了工艺的优化设计。在此基础上,为减少工艺参数波动对注塑件质量的影响,建立了注塑成型的6 Sigma稳健优化设计方法,提高了工艺的稳健性与可靠度。以汽车出风口壳体为计算用例,结果表明,基于Kriging模型与变异粒子群算法的工艺稳健优化策略在小样本情况下能够得到较高质量的稳健优化参数组合。     

起重机主梁角焊缝的CO_2气体保护焊

我厂生产的门式起重机,主梁结构大多是箱形偏轨梁,大吨位主梁为工字梁,其四条角焊缝设计上要求焊透。过去是采用手弧焊和埋弧焊进行施焊,对角焊缝的焊透问题始终未很好解决。我们在10吨三用门式起重机主梁及超跨度50吨桥式起重机主梁上,采用粗丝CO_2保护焊工艺,一次焊透,满足了设计要求,提高了生产效率,对要求焊透的角焊缝是一项值得推广的工艺方法。 10吨门式起重机偏轨梁焊接 1.焊接设备粗丝CO_2气体保护焊,要求大功率焊接电源。根据生产需要,我们与大连铁道学院一起改装了MZ-1000型埋弧焊机,设计了比较简     

响应面法优化空气喷嘴雾化流场的数值研究

为提高空气喷嘴的喷涂性能,采用计算流体力学对空气喷嘴与喷涂面之间的雾化流场进行数值模拟,并结合响应面法对喷嘴的结构参数与工况参数进行总体优化。首先搭建热线风速仪测速实验台验证数值计算模型的准确性,然后设计三因素的中心复合试验,建立以塑形气孔斜面倾角α、环形气孔压力p_1、塑形气孔压力p_2为设计变量,以喷涂面中心压力p_c为目标变量的响应面回归模型与数学优化模型,进而对喷嘴的结构参数与工况参数进行优化,求得喷嘴特征参数的最优组合。结果表明:利用响应面法对喷嘴特征参数进行优化设计可有效改善喷嘴的雾化流场,优化后的喷涂面中心压力降低了57.6%,有利于均匀喷涂;通过分析响应面图,可总结出各特征参数对喷涂性能的交互影响规律。     

基于响应面法的金属打包机箱体结构轻量化设计

金属打包机是废旧金属回收行业的大型核心工程设备。为了提高金属打包机箱体结构的综合性能以及实现箱体轻量化的目标,提出一种基于响应面法的轻量化设计方法。基于板壳理论和力学模型分析建立危险工况的有限元参数化模型,以墙板厚度等尺寸作为设计变量,以结构强度、刚度和稳定性作为约束条件,并以箱体质量作为目标函数。通过灵敏度分析确定对目标函数影响显著的设计变量,再利用中心复合设计方法和克里金插值法得到拟合响应面模型,并采用多目标遗传算法对响应面模型进行优化。结果表明:在满足箱体整体综合性能条件下,优化后的箱体质量减轻了20.6%,优化效果显著,对其他工程设备的轻量化设计具有一定的指导意义。     

钛合金Kagome点阵SPF/DB成形工艺及结构优化

超塑成形/扩散连接工艺(SPF/DB)可成形钛合金复杂曲面变厚度混合点阵结构，但因非均匀塑性变形会导致点阵内筋壁厚不均，对此类点阵结构的设计优化属于典型的多设计变量的高度非线性问题。将Kriging响应面模型和遗传算法引入到SPF/DB工艺制备的Kagome点阵结构优化设计中，并基于SPF/DB制造和面压缩性能的有限元仿真结果，构建了Kriging响应面，获得了结构参数对表面凹陷深度和面抗压强度的影响规律，采用遗传算法获得优化后的结构参数，并进行了实验验证。采用厚度为0.8 mm的芯板和1.2 mm的面板，利用SPF/DB工艺制备了Kagome点阵结构，发现在筋条与焊接点的过渡圆角处产生集中变形，最大减薄率为37.8%,面抗压强度为4.36 MPa,证明了结构参数的有效性。     

基于响应面模型的连杆轻量化研究

针对传统优化方法在精度和效率方面存在的不足,提出了基于响应面模型的结构优化方法。以液压滚切剪的连杆机构为研究对象,利用超拉丁试验设计选择合适的设计变量,结合结构有限元分析,在保证刚度、强度的前提下,以连杆的整体质量为目标函数,建立多项式响应面模型,然后利用遗传算法对所建立的模型进行优化求解,得出最佳的参数组合。结果表明,优化后的零件在重量上比原结构减轻了25.41%。证明了该方法的有效性。     

100t铁路起重机箱形伸缩吊臂结构的模糊优化设计

对100 t铁路救援起重机箱形伸缩吊臂进行模糊优化设计。考虑强度、刚度、稳定性和几何参数约束的模糊性,以吊臂自重最轻为目标,吊臂截面参数为设计变量,建立了非对称模糊优化模型,采用最优水平截集法求解。应用混合离散变量优化的MDOD优化子程序和遗传算法,分别编写相应的优化程序进行计算,在传统优化的基础上使吊臂自重降低了9%左右。     

斗轮堆取料机前臂结构轻量化可靠性优化研究

针对斗轮堆取料机前臂轻量化优化设计过程中存在的不确定性，建立考虑结构参数、材料性能、负载以及代理模型不确定性的前臂轻量化优化设计方法。为提高计算效率，构造精度较高的Kriging模型。首先对前臂质量进行确定性优化，并将优化设计结果作为可靠性优化算法的初始值，在此基础上建立多因素不确定性优化模型。最后根据设计要求，考虑多种不确定性因素，对前臂质量进行了可靠性优化。结果表明：该方法大幅降低了前臂的质量，优化结果可靠性高。     

数控铣床床身静动态特性分析与优化

针对某数控铣床床身的结构薄弱处,提出一种基于灵敏分析以及试验设计方法的床身优化设计方法。建立床身的有限元模型,在其工况下进行静力学和模态分析,在此基础上对其主要设计尺寸进行Box-Behnken试验设计,并进行灵敏度分析和建立响应面模型,采用多目标优化算法对其优化。优化结果表明:采用此方法优化后,床身的最大变形量减小了20.8%,前三阶加权固有频率提高了13.3%,质量减小了3.3%,为床身的优化设计提供了一种新思路。     

基于优化的金属打包机箱体可靠性分析

针对金属打包机箱体结构轻量化问题,对响应面优化后的打包机箱体进行可靠性分析,提出一种将响应面优化理论与可靠性分析相结合的新方法。采用中心复合设计方法拟合出响应面并通过参数灵敏度分析确定设计变量,在满足箱体的强度、刚度条件下,进行响应面优化,得出打包机箱体的最小质量;再以此为基础重新建立箱体三维模型,并根据打包机箱体的强度、刚度可靠性评价标准,获得优化后箱体结构的可靠度和六西格玛水平。结果表明:优化后的箱体质量减轻了9.11%,箱体的可靠度为97.50%,这不仅提高了箱体的强度和静刚度,还减轻了箱体质量,并保证了箱体的可靠性,为其他大型工程机械的设计提供了新思路。     

基于响应面模型和集成方法的数控机床整机优化

针对数控机床整机优化过程中的复杂性,提出了一种响应面模型与集成方法相结合的机床整机优化设计方法。对数控机床整机进行静动态仿真,通过模态试验验证仿真的可信度。采用哈莫雷斯试验设计方法,抽取设计空间的样本点并进行数值模拟和分析计算,建立了整机质量、最大形变量、一阶固有频率、二阶固有频率和三阶固有频率关于整机9个设计变量的响应面模型。提出了基于粒子群算法的初次优化与基于协同优化算法的二次优化相结合的优化策略。先对响应面模型进行初次全局优化,得到Pareto最优解集。在最优解集的基础上再对响应面模型进行二次局部优化,获得最优设计方案。结果表明,优化方案的各项性能都得到了提升,仿真结果验证了优化方案的可信度。因此该优化方法适用于结构较复杂的机床整机的优化设计。     

32/10 t-15 m门式起重机主体结构设计分析

对32/10 t-15 m门式起重机整机稳定性进行计算,并建立三维模型。基于静态设计-动态补偿计算方法应用Workbench有限元分析软件,对两种危险工况下的起重机主体结构进行受力分析,得到各部分应力云图和变形云图,对该起重机结构的设计方案进行验证,为起重机总体设计提供了可靠依据。