基于組合近似模型的插秧機(jī)秧箱輕量化設(shè)計(jì).pdf

1、機(jī)械裝備構(gòu)件輕量化可以節(jié)約原材料、減少環(huán)境污染，具有顯著的社會(huì)效益、環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)具有重大的推動(dòng)作用。制造業(yè)的迅速發(fā)展以及對(duì)節(jié)能減排的迫切需求，一方面推動(dòng)著輕量化設(shè)計(jì)向更為廣闊的空間發(fā)展，另一方面也讓其面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。輕量化設(shè)計(jì)不是簡(jiǎn)單的減重，還要確保整體性能不變甚至有所提升。因此，輕量化設(shè)計(jì)是一個(gè)具有復(fù)雜性的綜合優(yōu)化問(wèn)題。本文將近似方法應(yīng)用到插秧機(jī)秧箱結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)中，旨在保證優(yōu)化結(jié)果可靠性的同時(shí)，提高計(jì)算效率

2、、加快優(yōu)化進(jìn)程。
　　建立了秧箱簡(jiǎn)化后的幾何模型，導(dǎo)入ANSYS軟件中，建立有限元模型，進(jìn)行靜動(dòng)態(tài)性能分析，得到各工況下的初始性能，為后續(xù)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。靜態(tài)性能主要為三種工況下的彎曲剛度和三種工況下的扭轉(zhuǎn)工況，動(dòng)態(tài)性能為前八階固有模態(tài)。分析結(jié)果表明，彎曲剛度EI1、扭轉(zhuǎn)剛度GJ偏大，可進(jìn)一步優(yōu)化，同時(shí)應(yīng)確保彎曲剛度EI2、一階固有頻率f1足夠大。
　　深入分析了試驗(yàn)設(shè)計(jì)、近似模型的構(gòu)建、模型精度的評(píng)價(jià)指標(biāo)、組合近似模型權(quán)

3、系數(shù)計(jì)算方法等近似方法關(guān)鍵技術(shù)。選用最優(yōu)拉丁超立方法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，根據(jù)樣本點(diǎn)分別構(gòu)建質(zhì)量(M)、彎曲剛度（EI1和EI2）、扭轉(zhuǎn)剛度（GJ）和一階固有頻率(f1）等四個(gè)響應(yīng)的近似模型。通過(guò)分析確定質(zhì)量響應(yīng)選用多項(xiàng)式響應(yīng)面模型，其余響應(yīng)選用RSM、RBF和Kriging模型進(jìn)行組合。根據(jù)交叉驗(yàn)證均方差，選用均方差最小化法計(jì)算權(quán)系數(shù)，構(gòu)建組合近似模型。通過(guò)對(duì)比分析表明，組合近似模型整體上比單一近似模型的精度更好。
　　建立秧箱輕量化問(wèn)

4、題的數(shù)學(xué)模型，以零部件厚度尺寸和形狀尺寸等9個(gè)尺寸為設(shè)計(jì)變量，以質(zhì)量最小為目標(biāo)函數(shù)，以彎曲剛度（EI1和EI2）、扭轉(zhuǎn)剛度(GJ)和一階固有頻率(f1)為約束。在Isight中搭建優(yōu)化平臺(tái)，集成優(yōu)化組件和近似模型組件，采用粒子群優(yōu)化算法(PSO)進(jìn)行求解。對(duì)優(yōu)化解進(jìn)行仿真驗(yàn)證分析，結(jié)果表明優(yōu)化值在整體上能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，但彎曲剛度EI1仍有很大降低空間。提出對(duì)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，確定改進(jìn)方案，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證分析，結(jié)果表明各項(xiàng)性能均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要