[發(fā)明專利]一種強承載型輕質(zhì)履帶板及結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010699664.7
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN112115543B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊書儀;覃凌云;廖力力;陳哲吾;凌啟輝;郭勇;戴巨川;李洪周
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南科技大學(xué)
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 北京睿博行遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11297
• 代理人: 劉桂榮

1.一種強承載型輕質(zhì)履帶板結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，實現(xiàn)該設(shè)計方法的強承載型輕質(zhì)履帶板包括履帶板本體，履帶板本體的滾道面上設(shè)有橡膠層與凹槽，履帶板本體的上表面中心設(shè)有誘導(dǎo)齒，履帶板本體的兩端面上設(shè)有履帶銷；所述履帶板本體包括金屬上板體和橡膠下板體，所述金屬上板體上設(shè)有橡膠層，金屬上板體的兩側(cè)面設(shè)有排土槽；所述橡膠下板體通過硫化工藝安裝在金屬上板體上，橡膠下板體上均設(shè)有防滑紋理；

所述金屬上板體與滾道面橡膠層通過硫化工藝粘接在一起；所述金屬上板體兩側(cè)面設(shè)有矩形排土槽；所述金屬上板體與橡膠下板體接觸面上設(shè)有加強筋，所述加強筋為矩形結(jié)構(gòu)；

所述橡膠下板體接地面設(shè)有防滑紋理，所述防滑紋理為矩形結(jié)構(gòu)；

其特征在于：履帶板結(jié)構(gòu)設(shè)計方法依次為履帶板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計變量的選取、履帶板結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計、履帶板結(jié)構(gòu)響應(yīng)面模型的建立、構(gòu)建履帶板結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)與約束函數(shù)和利用遺傳算法對履帶板結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)與約束函數(shù)進(jìn)行求解；

所述履帶板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計變量根據(jù)履帶板結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗和有限元分析結(jié)果選取；

所述履帶板結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計采用中心復(fù)合試驗設(shè)計方法生成履帶板結(jié)構(gòu)試驗所需的樣本點；

中心復(fù)合設(shè)計履帶板結(jié)構(gòu)試驗點個數(shù)z與設(shè)計變量個數(shù)n及析因系數(shù)ζ的關(guān)系表示為：

z＝2^n-ζ+2n+1

所述的履帶板結(jié)構(gòu)響應(yīng)面模型采用二階多項式模型來建立；響應(yīng)面法的空間設(shè)計變量X和其響應(yīng)Y確切的函數(shù)關(guān)系表達(dá)式為：

式中：f為目標(biāo)函數(shù)或約束條件的近似函數(shù)，用來表示履帶板的響應(yīng)面；ε為誤差項，表示近似函數(shù)f與確切函數(shù)Y的誤差；m表示基函數(shù)的個數(shù)，其中基函數(shù)φ_i(X)是空間設(shè)計變量X∈Eⁿ的函數(shù)；

履帶板的響應(yīng)面模型對于n個變量的情況，模型為：

式中：X＝(x₁,x₂,…x_n)，x_i為履帶板的優(yōu)化設(shè)計變量，i＝1,2,…n，β₀、β_i、β_ii、β_ij為未知系數(shù)，其個數(shù)m為(n+1)(n+2)/2個，其未知系數(shù)矩陣β＝(β₁,β_2,……,β_m)通過最小二乘法確定時，需保證試驗點的個數(shù)必須要大于m；

履帶板的響應(yīng)面生成后，通過決定系數(shù)R²，調(diào)整決定系數(shù)R_a²和方均根差σ_RMSE對履帶板響應(yīng)面的預(yù)測能力進(jìn)行評估；

以履帶板的質(zhì)量和履帶板的等效應(yīng)力最小為優(yōu)化目標(biāo)，履帶板橡膠板體的最大變形量為約束條件，則所述的履帶板結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)與約束函數(shù)表示為：

minM

minσ(X)

式中X為履帶板的優(yōu)化設(shè)計變量，x_down為設(shè)計變量下限，x_up為設(shè)計變量上限；M為履帶板的質(zhì)量；σ(X)為履帶板的最大等效應(yīng)力；δ(X)為履帶板橡膠板體的最大靜變形量；δ₀為優(yōu)化前履帶板橡膠板體的最大變形量，大小為0.48645mm；

采用多目標(biāo)遺傳算法來求解履帶板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，采用ShiftedHammersley序列抽樣技術(shù)和權(quán)衡函數(shù)來生成多目標(biāo)遺傳算法的初始種群；

使用權(quán)衡函數(shù)對履帶板結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)做歸一化處理：

式中：y_max表示y_g(X)的最大值；y_min表示y_g(X)的最小值；y_t表示第g個目標(biāo)函數(shù)y_g(X)的理想可行解；y表示第g個目標(biāo)函數(shù)y_g(X)的當(dāng)前值；

當(dāng)y表示履帶板優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)時：

當(dāng)y表示履帶板優(yōu)化的約束函數(shù)時：

其中為決策者指定的目標(biāo)值；

則權(quán)衡函數(shù)表示為：

式中：l表示履帶板結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)的總個數(shù)。