[發(fā)明專利]一種面向低碳輕量化的裝備回轉工作臺智能設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310306836.X
• 申請日: 2013-07-19
• 公開（公告）號: CN103399991A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設計）人: 李寶童;洪軍;閆素娜;邱志惠;王哲琳
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 汪人和

1.一種面向低碳輕量化的裝備回轉工作臺智能設計方法，其特征在于：該智能設計方法包括以下步驟：根據承載作用的不同將回轉工作臺劃分為不同的功能部分，抽象出各功能部分的二維特征截面模型，在各二維特征截面模型上分別應用承載構型的智能創(chuàng)成準則，將回轉工作臺的結構設計問題轉換為各功能部分最優(yōu)承載構型的智能創(chuàng)成問題，將具有最優(yōu)承載構型的各功能部分組合獲得完整的回轉工作臺的最優(yōu)結構。

2.根據權利要求1所述一種面向低碳輕量化的裝備回轉工作臺智能設計方法，其特征在于：所述智能設計方法具體包括以下步驟：

1）二維特征截面模型的構建

根據承載功能的不同，將回轉工作臺劃分為臺面支承部分和側面支承部分兩個功能部分，臺面支承部分為主要載荷的施加部分，側面支承部分為起主要支承作用的部分，根據臺面支承部分的邊界條件將臺面支承部分抽象為由殼單元組成的二維正十六邊形受力模型，將二維正十六邊形受力模型設定為臺面支承部分筋板構型的二維特征創(chuàng)成空間，根據側面支承部分的邊界條件將側面支承部分抽象為由殼單元組成的二維矩形受力模型，將二維矩形受力模型設定為側面支承部分筋板構型的二維特征創(chuàng)成空間，分別在兩個受力模型的相鄰殼單元節(jié)點之間添加與殼單元相互耦合的梁單元；

2）二維特征截面模型中筋板構型的智能創(chuàng)成

以二維特征截面上梁單元的截面高度h為設計變量，通過優(yōu)化改變二維特征截面上梁單元的截面高度h的值，實施梁單元增長過程中的分叉與退化操作，實現二維特征截面上筋板構型的最優(yōu)創(chuàng)成；由于截面高度h是唯一決定梁單元重量W的幾何尺寸，則智能創(chuàng)成過程的實質為材料的最優(yōu)分配，整個優(yōu)化過程的數學模型如下：

設計變量：W=[W₁,W₂,…,W_N]

目標函數：總應變能最小Min?f(W)

約束條件：W_sum≤W₀

W_i^U>W_i>W_i^L,i=1,2,…,N

其中，f(W)是結構模型的總應變能，W_sum是結構的總質量，W₀是預先給定的結構質量上限，W_i是第i個設計變量，W_i^U表示W_i的上限值，W_i^L表示W_i的下限值，N是設計變量的個數；

3）回轉工作臺結構設計的后處理

根據臺面支承部分在二維特征截面模型中的筋板構型，設計出臺面支承部分的三維最優(yōu)構型，根據側面支承部分在二維特征截面模型中的筋板構型，設計出側面支承部分筋板的三維最優(yōu)構型，將側面支承部分筋板的三維最優(yōu)構型繞工作臺回轉中心做圓周陣列處理獲得側面支承部分的最終三維最優(yōu)構型，將側面支承部分的最終三維最優(yōu)構型與臺面支承部分的三維最優(yōu)構型進行組合，獲得完整的回轉工作臺。

3.根據權利要求2所述一種面向低碳輕量化的裝備回轉工作臺智能設計方法，其特征在于：所述二維特征截面模型中筋板構型的智能創(chuàng)成，具體步驟如下：

1）依據功能部分的實際安裝約束和受載情況，對構建的二維特征截面模型施加邊界約束以及載荷；

2）定義求解類型為結構靜力學分析，求解初始化模型，設定分析的顯示結果為等效應力，計算結構變形的總應變能；

3）存儲設計變量參數h和結構變形總應變能的值；

4）設定結構智能優(yōu)化的約束參數W₀，設定結構優(yōu)化過程中每次循環(huán)迭代給定的材料增量ΔW，設定競爭梁單元的分叉閾值h_b以及退化閾值h_d；

5）選取二維特征截面上初始應變能相對較高的若干點為創(chuàng)成起始點，選定的點被包含在創(chuàng)成點集合{B}中，創(chuàng)成點四周可增長的梁單元包含于準備競爭增長的梁單元集合{C}中；

6）每一次循環(huán)迭代，集合{C}中參與競爭的各個梁單元的重量按照相應的廣義靈敏度D值正比分配材料增量ΔW，實現材料的最優(yōu)分配，各競爭梁單元增長后的重量迭代計算準則如下：

Wi(k+1)=α·(Di·ΔWDsum)(k)+(1-α)·Wi(k),(i=1,...,N)]]>

其中，E為當前結構的總應變能，為總應變能對競爭梁單元重量的靈敏度，α表示迭代步長因子，k表示迭代的步數，

7）由于梁單元截面寬度b為定值，截面高度h是唯一決定其重量的幾何尺寸，每次循環(huán)中材料的分配反映為各個競爭梁單元截面高度h的更新變化，如果更新后競爭梁單元的截面高度小于退化閾值h_d，認為該競爭梁單元滿足退化條件，從競爭梁單元集合{C}中移除，其兩端節(jié)點也從創(chuàng)成點集合{B}中移除，并將其截面高度賦值為h_d；如果更新后的截面高度大于或等于分叉閾值h_b，則認為該競爭梁單元具有分叉能力，則將其賦值為h_b，同時兩端的節(jié)點作為新的創(chuàng)成點添加到創(chuàng)成點集合{B}中，且新的創(chuàng)成點四周相接的所有梁單元添加到集合{C}中，以在下一循環(huán)中參與競爭材料的分配；

8）存儲更新后的設計變量參數h，更新整個二維特征截面模型，計算更新后的結構模型的材料總重量，判斷其是否達到總質量上限W₀，如果達到，則循環(huán)迭代終止，否則重復上述迭代步驟；

9）整個智能優(yōu)化迭代結束后，在[h_d,h_b]上選擇值h_v作為進一步篩選梁單元的標準，過濾掉截面高度小于h_v的梁單元，則保留下的梁單元與二維特征截面一同構成具有清晰布局且最優(yōu)合理的薄板加筋結構，即獲得功能部分筋板構型的最優(yōu)創(chuàng)成。