压力机上梁结构多目标优化设计_丁曾飞.pdf
《压力机上梁结构多目标优化设计_丁曾飞.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《压力机上梁结构多目标优化设计_丁曾飞.pdf(4页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 3 期0引言随着我国制造业的快速发展,市场对机械设备的设计周期和设计质量提出了更高的要求。在这种情况下,传统的人工设计方法显然已经不能满足需求。人工设计方法计算量大,设计周期长,且过于依赖人员设计经验,这导致同类机型的设计重复使用程度较低,所设计的机械结构往往过于保守,会出现材料冗余、机械结构过大等现象。因此,产品优化设计非常重要。通过合理的安全系数和科学的机械结构,我们既能保证产品的质量和安全,又能节省材料和降低生产成本,从而保证产品的竞争力1。科学家在设计优化方面的研究确实取得了很多成果,其中多目标优化方法的应用尤为重要。崔颖等人通过采用 S 指数作为密封性能评价指标,并运用多岛遗传算
2、法进行优化,成功地提高了航空级钛合金梁的几何连接构型表现2。方阳等研究人员利用先进的遗传算法3,成功优化客舱轻量化设计,实现了约 20%的减重效果,为轻量化投计提供了有力依据。李航等4基于 6 稳健优化设计,对门架结构进行优化,成功将自重降低了 21%,同时大大提高了门架结构的可靠性和稳定性,为未来优化设计提供了理论指导。吴胜军等5采用多用途非支配排序遗传算法对客车空气悬架关键结构部件 C 型梁进行了优化设计,实现了约 2.6kg 的减重效果。机械设计优化中,由于每个设计变量和目标函数可能相互关联或矛盾,处理多目标优化问题时通常难以获得所有目标函数的“绝对”最优解67。因此,多目标优化方法比单
3、目标优化方法更具优势,能够综合考虑必要因素,协调各目标函数之间的矛盾,得到满足多目标需求的解决方案。1上梁结构有限元分析本文以上梁应力分布和等效变形数据为优化设计依据。首先,利用有限元软件对上梁结构进行仿真分析,得到上梁应力分布和等效变形数据。由于上梁结构的轴向变形对整机的性能和使用载荷命影响巨大,因此本文主要研究了上梁结构的轴向变形。该上梁结构采用 Q235 焊接件材料,考虑安全系数,最大应力极限值为 130MPa。根据一般经验,上梁刚度要求横梁轴向每米跨度的挠度最大允许值为 0.2mm。本研究中,该梁的跨度为 2.86m,上梁结构的最大轴收稿日期:2022-12-06;修订日期:2023-
4、01-15作者简介:丁曾飞(1987),男,硕士,机械工程师,从事机械工程设计与优化压力机上梁结构多目标优化设计丁曾飞,侯骏飞,董博,赵磊(合肥中科离子医学技术装备有限公司,安徽 合肥 230031)摘要:为了满足锻压机上梁结构在工作过程中高强度、轻量化的设计要求,提出了一种多目标优化方法。该方法将锻压机上梁结构的 11 个参数作为设计变量,并经过参数相关性分析和筛选后,得到对上梁结构结性能影响灵敏度较高的 3 个设计变量。通过以质量最小、变形最小和应力最大为优化目标,成功地实现了对上梁结构进行多目标优化。研究结果表明,在满足应力和变形的两个条件下,降低了上梁结构的质量,达到多目标优化设计要求
5、,符合现代机械设备绿色制造和设备轻量化设计的发展方向。关键词:灵敏度;参数相关性;多目标;优化设计中图分类号:TG315.5文献标识码:ADOI:10.16316/j.issn.1672-0121.2023.03.007文章编号:1672-0121(2023)03-0037-04第 58 卷 第 3 期Vol.58 No.3CHINA METALFORMING EQUIPMENT&MANUFACTURING TECHNOLOGY2023 年 6 月Jun.2023图 1 上梁结构简化模型37-第 58 卷向变形为 0.57mm。上梁结构及其所承受的载荷在 X 和 Y 方向上是对称的,并施加对称
6、约束于结构对称平面上。上梁结构、立柱结构和下梁结构通过拉杆和螺母连接,因此在螺母的接触面施加轴向方向的约束。在实际工况中,作用力通过模具、滑块和油缸结构传递给油缸结构,以油缸的额定压力作为设计载荷,以单一力形式作用在相应的接触面上。上梁结构与立柱接触面存在螺栓残余预紧力,且上梁结构作用力 Fl为2000kN,平均残余预紧力 F3为 2400kN。针对此情况进行有限元仿真分析,简化模型如图 1 所示,划分网格并施加边界条件,进行有限元分析后,得出计算结果如图 2 和图 3 所示。根据计算结果,云图 3 中最大应力强度出现在滑块与螺母的接触面,达到 93.3MPa,但最大轴向变形为 0.58mm,
7、未超出允许范围。同时,约束区域和上梁结构接触环形面存在相对较大的应力值,而许多与这些区域间隔较远的筋板则存在相对较小的应力值,这种情况可以进一步深入分析优化。2上梁结构多目标优化设计下文将进一步说明上梁结构的具体优化设计过程。2.1建立参数化模型根据表 1 和图 4 的数据,本次设计优化过程中选择了 11 个参数,用来表示不同筋板的厚度。建立三维模型,并通过有限元分析软件进行分析处理。同时,将对三维软件原有的参数与分析软件的新参数进行关联处理。2.2建立优化数学模型在本次优化设计过程中,我们选择了上梁结构自身强度和刚度的许用值作为约束条件。设计变量是板厚值,而目标函数是使上梁的质量最小化。详细
8、模型如下:(1)建立基本目标函数:选择最小化函数 minM(T1,T2,T3,T11),其中原始质量为 13.40t。(2)建立约束条件:将应力最大值限定在 130MPa以及 Z 向变形最大值限定在 0.57mm。在优化处理之前,这两个值分别为 93.3MPa、0.58mm。(3)设计变量:如前所述,共有 11 个参数,分别设计参数初始值变化范围参数意义T1201550筋板厚度T2403050筋板厚度T3503070筋板厚度T4302570侧板厚度T5502570筋板厚度T6301570筋板厚度T7502070筋板厚度T8402070侧板厚度T9502070筋板厚度T10503080上板厚度T
9、11503080下板厚度表 1上梁结构参数表/mmT8T9T4T3T2T1T7T5T6图 4上梁结构筋板厚度参数分布图图 2 上梁结构位移图图 3 上梁应力分布图38-第 3 期为 T1,T2,T3,T11。在三维软件中定义:(1)输入参数:P2,P4,P5,P6,P7,P8,P9,P7,P10,P12,P13。(2)定义重量、应力最大值和轴向变形最大值的参数:P3为重量,P14为应力最大值,P15为轴向变形最大值。选取实验点,在三维软件中使用了中心组合设计法作为默认的 DOE(设计与实验)类型。这个设计包括了上梁结构的 11 个优化参数,详情见表 1。计算和处理这些实验点的数量为 151 个
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 压力机 上梁 结构 多目标 优化 设计 丁曾飞
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。