[發(fā)明專(zhuān)利]基于果蠅優(yōu)化算法對(duì)栓接結(jié)合部間距的優(yōu)化方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910320600.9
• 申請(qǐng)日: 2019-04-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110046437A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙永勝;趙海忠;楊聰彬;劉志峰;王建華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50;G06N3/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開(kāi)了基于果蠅優(yōu)化算法對(duì)栓接結(jié)合部間距的優(yōu)化方法，該方法包括如下步驟：對(duì)所建立的初始栓接結(jié)合部模型進(jìn)行ANSYS有限元分析，獲取結(jié)合部各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)和節(jié)點(diǎn)壓力，并且生成ANSYS的命令流文件；基于分形接觸理論，使用MATLAB軟件，編寫(xiě)運(yùn)算程序，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的接觸剛度并求和；在isight軟件中集成ANSYS和MATLAB組塊，并使用其中的optimization組塊，引入果蠅優(yōu)化算法，對(duì)栓接結(jié)合部螺栓之間的距離long和width進(jìn)行優(yōu)化，篩選出致使結(jié)合部剛度達(dá)到最大值的間距，提供了一種提高高精度機(jī)床栓接結(jié)合部螺栓間距分布的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)床基礎(chǔ)制造領(lǐng)域，特別是涉及基于果蠅優(yōu)化算法優(yōu)化機(jī)床結(jié)合部螺栓之間間距的研究。

背景技術(shù)

栓接結(jié)合部作為組成機(jī)床的基本部件，由于栓接結(jié)構(gòu)在機(jī)床的組裝和拆卸過(guò)程中的方便、簡(jiǎn)易，而被廣泛用在機(jī)床設(shè)備中，在高精度機(jī)床中，栓接結(jié)合部是最常見(jiàn)的結(jié)合部形式，這些結(jié)合部不但破壞結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，而且會(huì)增加整體的復(fù)雜性，栓接結(jié)合部的質(zhì)量直接影響著機(jī)床的加工精度，作為提高機(jī)床加工精度的重要影響因素，栓接結(jié)合部質(zhì)量的優(yōu)化顯得尤為的重要，影響結(jié)合部特性的參數(shù)很多，主要有：結(jié)合部外部載荷、材料、加工方法及表面粗糙度、結(jié)合部結(jié)構(gòu)類(lèi)型與尺寸等[1]，

而螺栓間距作為影響栓接結(jié)合部質(zhì)量關(guān)鍵因素之一，對(duì)結(jié)合部的質(zhì)量有著重要的影響，。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，機(jī)床上螺栓間距的布置多是采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，間距在一個(gè)較大的區(qū)間范圍之內(nèi)變化，對(duì)于普通機(jī)床，因?yàn)闆](méi)有過(guò)高的要求，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)完全適用，但是在高精度機(jī)床中，結(jié)合部的質(zhì)量作為影響加工質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素，螺栓的粗略布置就對(duì)結(jié)合部的質(zhì)量產(chǎn)生很大影響，進(jìn)而影響機(jī)床的加工質(zhì)量，所以有必要對(duì)高精度機(jī)床的螺栓間距進(jìn)行優(yōu)化，提高結(jié)合部質(zhì)量，進(jìn)而提高加工質(zhì)量。傳統(tǒng)分析中，主要采用有限元分析計(jì)算不同螺栓間距對(duì)工件的影響，沒(méi)有采用有效的優(yōu)化算法對(duì)螺栓間距進(jìn)行優(yōu)化。

本文采用果蠅優(yōu)化算法，基于ANSYS有限元分析和MATLAB數(shù)值計(jì)算，并采用聯(lián)合優(yōu)化軟件isight，對(duì)建立所建立模型進(jìn)行螺栓間距的優(yōu)化，使其在設(shè)定的參數(shù)范圍內(nèi)達(dá)到結(jié)合部剛度最大的預(yù)期設(shè)定的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是：為了能夠通過(guò)優(yōu)化高精度機(jī)床螺栓之間的距離，進(jìn)而提高栓接結(jié)合部剛度，最終影響機(jī)床的加工精度，通過(guò)使用果蠅優(yōu)化算法，以有限元分析軟件ANSYS和計(jì)算軟件MATLAB為優(yōu)化工具，采用isight集合功能，對(duì)所建立的栓接結(jié)合部模型進(jìn)行螺栓間距優(yōu)化，使結(jié)合部剛度達(dá)到最大。因此本發(fā)明提供了一種基于果蠅優(yōu)化算法模擬栓接結(jié)合部間距優(yōu)化的計(jì)算方法。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

基于果蠅優(yōu)化算法對(duì)栓接結(jié)合部間距的優(yōu)化方法，包括如下步驟：

步驟一、在ANSYS中對(duì)所建立的初始栓接結(jié)合部模型進(jìn)行有限元分析，獲取結(jié)合部各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)和節(jié)點(diǎn)壓力，同時(shí)生成ANSYS的命令流文件；

步驟二、以分形接觸理論為基礎(chǔ)，運(yùn)用MATLAB軟件，編寫(xiě)計(jì)算程序，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的接觸剛度；

步驟三、基于果蠅優(yōu)化算法，采用isight集合功能，將ANSYS和MATLAB軟件集合到isight中，確定優(yōu)化間距長(zhǎng)度(long)和寬度(width)的范圍、粒子群大小、迭代次數(shù)和最終的優(yōu)化目標(biāo)等參數(shù)，不同的參數(shù)設(shè)定直接影響優(yōu)化的能力，進(jìn)行循環(huán)迭代，尋找最大的結(jié)合部剛度值。

所述步驟一具體為：

建立栓接結(jié)合部模型，進(jìn)行有限元?jiǎng)澐郑┘蛹s束和模擬螺栓預(yù)緊力，進(jìn)行有限元靜力分析，提取各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)壓力；

所述步驟二具體為：

利用結(jié)構(gòu)函數(shù)法計(jì)算出結(jié)合部的分形參數(shù)，結(jié)合部栓接表面法的輪廓曲線利用Weierstrass-Mandelbrot函數(shù)表示