[發(fā)明專利]基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法

無效

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• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN102360402A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發(fā)明（設計）人: 褚學征;譚輝;康曉鵬;田兆營;張華軍;陳方元;尉強
• 申請（專利權）人: 中冶南方工程技術有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

1.一種基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，其特征是一種基于響應面的差值擬合理論，預測優(yōu)化揭蓋機液壓缸支承座最優(yōu)設計方案的方法，其步驟包括：

（1）確定液壓缸支承座的基本外形及初步尺寸：

分析揭蓋機液壓缸支承座的受力與應力分布，確定支承座的外形及初步尺寸，完成概念設計；

（2）分析并定義影響液壓缸支承座形狀的尺寸變量、定義域及其相互約束關系：

在保證支承座承載能力的基礎上，分析影響其形狀的尺寸變量，包括：鋼板長、寬、傾斜角度，過渡圓角半徑，以及焊縫坡口尺寸等，定義變量的相互幾何約束，并給定這些變量的定義域；

（3）采用拉丁超立方實驗設計方法對設計空間進行采樣：

將????????????????????????????????????????????????維設計空間中的每一維均勻劃分為個等量區(qū)間，并在每個等量區(qū)間內隨機采樣，實現對每一維坐標軸進行均勻覆蓋，最終實現通過個采樣點覆蓋整個液壓缸支承座的設計空間；

（4）有限元軟件仿真計算油缸支承座的應力、應變：

依據樣本數據進行實體建模，利用有限元方法分析液壓缸支承座的應力響應，得到樣本數據所對應的結構形式的應力，即為整個設計空間中樣本數據的響應值；

（5）構建響應面模型并進行評估：

用樣本數據及應力值構建響應面近似模型，得到模型，并對響應面模型的精度進行評估，式中，表示采用有限元方法得到的樣本數據響應值，表示組采樣數據值，表示與之間的函數關系；

（6）構建、求解數學優(yōu)化模型并確定最終方案：

構建數學優(yōu)化模型，求解最小應力值，并采用有限元方法進行驗證，確定支承座最優(yōu)化設計方案；

經過上述步驟，實現基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計。

2.根據權利要求1所述的基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，其特征在于實現步驟（3）的方法是：每一維坐標軸代表一個設計變量，因此，個設計變量即組成維設計空間；設計人員按照設計規(guī)范和要求，確定個采樣點，然后分別對維的坐標均勻劃分為段區(qū)間，整個設計空間就被劃分為個子空間，從中選擇個子空間，個采樣點分別隨機分布在這個子空間內部，并且保證每個子空間內部只有一個采樣點，在這種機制的規(guī)范下，只采用個采樣點即可覆蓋整個揭蓋機液壓缸支承座的空間，每維坐標的采樣點為個。

3.根據權利要求1所述的基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，其特征在于實現步驟（4）的方法是：獲得的組采樣數據，是相關結構的外形變量尺寸值，根據這些尺寸值，完成揭蓋機液壓缸支承座三維實體建模；然后對此三維實體模型添加邊界條件及相關約束，采用有限元方法進行計算，得到樣本數據尺寸所確定的結構形式的應力；得到的應力值即為整個液壓缸支承座設計空間中樣本數據的響應值。

4.根據權利要求1所述的基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，其特征在于實現步驟（5）的方法是：對應支承座尺寸變量，在確定的邊界條件及約束后，得到應力值，然后構建響應面方法，對實際得到的相關數據做多項式逼近處理以獲得尺寸變量與結構應力之間的近似模型，最后采用包括最大絕對誤差，最大真實誤差，平均絕對誤差、平均真實誤差和平均誤差指標，評估響應面近似模型的精度。

5.根據權利要求1所述的基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，其特征在于實現步驟（6）的方法是：構建響應面近似模型后，以支承座的外形參數的幾何關系和重型機械設計相關標準為約束，以支承座所受應力為優(yōu)化目標，建立數學優(yōu)化模型進行函數優(yōu)化，獲取整個設計空間中的最優(yōu)數值解，最后，采用有限元計算方法對優(yōu)化得到的最佳方案進行驗證，確定支承座的最優(yōu)化設計方案。

6.根據權利要求5所述的基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，其特征在于所述數學優(yōu)化模型為：前面所述的基于變量與應力值建立的響應面模型，表示出了液壓缸支承座變量與應力之間的非線性函數關系；由于液壓缸支承座的結構設計影響其工作時的應力變化，所以，以優(yōu)化模型以為目標函數，以變量之間的幾何關系、相關重型機械設計標準為約束，建立數學優(yōu)化模型。