一種起重機全伸臂靜態模型的集成優化方法及系統的製作方法
2023-05-10 01:05:06
一種起重機全伸臂靜態模型的集成優化方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種起重機全伸臂靜態模型的集成優化方法及系統，本集成優化方法包括：步驟S100，通過ANSYS與ISIGHT進行優化集成，對建立全伸臂模型所需的輸入文件中的輸入參數進行解析；步驟S200，利用ANSYS軟體建立全伸臂靜態模型；以及步驟S300，將ISIGHT與ANSYS進行聯合仿真分析，以獲得所述全伸臂靜態模型的最優解；通過本發明優化，最終可以得到使全伸臂結構強度更高的全局優化解，同時減小了全縮臂的整體體積，在實際工程中取得良好的效果。
【專利說明】一種起重機全伸臂靜態模型的集成優化方法及系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及屬於機械設計與自動化領域，尤其涉及一種利用ISIGHT多學科優化 平臺集成ANSYS有限元分析軟體全伸臂的優化方法及系統。
【背景技術】
[0002] 隨著工業技術的飛速發展，以及社會基礎設施建設的需要，汽車起重機吊臂的使 用越來越普遍，而在伸縮臂全伸狀態下，其常規的設計方案中，伸縮臂寬、高以及各節臂的 厚度等參數都是按經驗在一個取值範圍內選取的，因此帶來了成本消耗過大、材料浪費、耗 費時間長、強度性能不可靠等問題。對於伸縮吊臂優化應在滿足強度剛度約束條件的前提 下以高承載、輕自重為目標進行設計。而利用ANSYS軟體自身所帶的優化方案由於受到軟 件本身的局限，因此並不能得到最優的設計方案。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種起重機全伸臂靜態模型的集成優化方法，利用ANSYS有 限元分析軟體參數化建模和ISIGHT多學科優化平臺進行集成優化，該方法運用ANSYS對全 伸臂進行強度剛度分析，並通過ISIGHT優化平臺調用ANSYS的APDL語言，實現自動循環仿 真和優化，並最終取得全局優化解，提高全伸臂臂的優化效率和精度。
[0004]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種起重機全伸臂靜態模型的集成優化方 法，包括：步驟S100,通過ANSYS與ISIGHT進行優化集成，對建立全伸臂模型所需的輸入 文件中的輸入參數進行解析；步驟S200,利用ANSYS軟體建立全伸臂靜態模型；以及步驟 S300,將ISIGHT與ANSYS進行聯合仿真分析，以獲得所述全伸臂靜態模型的最優解。
[0005] 進一步，所述步驟S200中所述全伸臂靜態模型是以三次NURBS曲線為基礎。
[0006] 進一步，在ANSYS軟體中建立三次NURBS曲線為基礎的所述全伸臂靜態模型的方 法包括：通過全伸臂模型的設計變量、目標函數和約束條件，建立所述全伸臂靜態模型。
[0007] 進一步，所述全伸臂模型所對應的設計變量、目標函數和約束條件如下 ：
[0008] 設計變量X為全伸臂的設計變量集合，即
[0009]X= [H，W，M，札?R6]t，
[0010] 式中，H為全伸臂中基本臂的高度，W為基本臂的寬度，M為吊臂的下截面三次 NURBS曲線的權重，R1?R6分別為基本臂的上半截面板厚；
[0011] 目標函數為體積目標函數，Bp
[0012]minf=V,
[0013] 式中，minf?為吊臂的體積目標函數；以及
[0014] 約束條件
[0015] 0? 8 彡M彡 1. 0,0? 57 彡H彡 0? 612,0. 37 彡W彡 0? 404
[0016] 0 彡D0F彡 0? 5,DDpDD2, ? ? ?DD9 彡 4. 84X108，
[0017]式中，DOF為吊臂的撓度值約束；DDi?DD9為吊臂的危險截面處的9個節點的應 力約束。
[0018] 進一步，全伸臂為五伸的伸縮吊臂；該伸縮吊臂所對應的、目標函數和約束條件如 下：
[0019] 設計變量
[0020] X = [H，W，M，札?R6]t，
[0021] 式中，伸縮吊臂的設計變量集合於X中；H為伸縮吊臂中基本臂的高度；W為基本 臂的寬度；M為伸縮吊臂的下截面三次NURBS曲線的權重；R1?R6分別為基本臂的上半截 面板厚；
[0022] 目標函數為體積目標函數，BP
[0023] min f = V,
[0024] 式中，min f?為伸縮吊臂的體積目標函數；以及
[0025] 所述約束條件
[0026] 0? 8 彡 M 彡 1. 0,0? 57 彡 H 彡 0? 612,0? 37 彡 W 彡 0? 404
[0027] 0 彡 D0F 彡 0? 5, DDp DD2, ? ? ? DD9 彡 4. 84X 108
[0028] R1? R2, R3 G [0. 0050,0. 0060,0. 0070]
[0029] R4, R5 G [0. 0040,0. 0050,0. 0060]
[0030] R6 G [0.0030,0.0040,0.0050],
[0031] 式中，DOF為伸縮吊臂的撓度值約束；DDi?DD9為選定的伸縮吊臂的危險截面處 的9個節點的應力約束。
[0032] 進一步，所述步驟S300中獲得所述全伸臂靜態模型的最優解的方法包括：步驟 S310,對聯合仿真分析後的輸出文件進行解析，獲取全伸臂優化所需要的體積目標函數的 目標值，約束條件的約束值；以及步驟S320,利用ISIGHT進行優化，直至輸出符合約束條件 的優化值，即輸出所述最優解。
[0033] 又一方面，本發明還提高一種起重機全伸臂靜態模型的集成優化系統，以解決同 樣的技術問題。
[0034]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種起重機全伸臂靜態模型的集成優化系 統，包括：
[0035] 設計變量獲取單元，通過ANSYS與ISIGHT進行優化集成，對建立全伸臂靜態模型 所需的輸入文件中的輸入參數進行文件解析，以獲得設計變量；建模單元，通過ANSYS軟體 建立全伸臂靜態模型；以及輸出單元，將ISIGHT與ANSYS進行聯合仿真分析，以獲得所述全 伸臂靜態模型的最優解。
[0036] 進一步，所述輸出單元適於對聯合仿真分析後的輸出文件進行解析，獲取全伸臂 優化所需要的體積目標函數的目標值，約束條件的約束值；並且利用ISIGHT進行優化，直 至輸出符合約束條件的優化值，即輸出所述最優解。
[0037] 本發明的有益效果是，本發明公開了一種起重機全伸臂靜態模型的集成優化方 法，利用ANSYS有限元分析軟體參數化建模和ISIGHT多學科優化平臺進行集成優化。通 過ISIGHT優化平臺與ANSYS有限元分析進行集成，通過各模塊嵌套和組合成不同的優化策 略，可以方便解決相對應的優化問題。通過對設計問題進行智能化的設計採樣，尋找最佳的 設計初值，進而對設計問題進行自動的仿真優化。ISIGHT軟體可以在每次循環分析過程中 進行實時監控，不斷顯示出設計問題的參數輸入和輸出的性能指標。通過本發明優化，最終 可以得到使全伸臂結構強度更高的全局優化解，同時減小了全縮臂的整體體積，在實際工 程中取得良好的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038] 下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0039] 圖1示出了伸縮吊臂建模示意圖。
[0040] 圖2示出了起重機全伸臂靜態模型的集成優化方法的步驟流程圖。
[0041] 圖3示出了吊臂基本臂截面NURBS曲線圖；
[0042] 圖4示出了本發明的集成流程圖；
[0043] 圖5示出了集成優化可行性驗證圖。
【具體實施方式】
[0044] 現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以 示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
[0045] 實施例1
[0046] 圖1示出了伸縮吊臂建模示意圖。
[0047] 圖2示出了起重機全伸臂靜態模型的集成優化方法的步驟流程圖。
[0048] 圖3示出了吊臂基本臂截面NURBS曲線圖。
[0049] 如圖1和圖2所示，本發明的一種起重機全伸臂靜態模型的集成優化方法，包括：
[0050] 步驟S100,通過ANSYS與ISIGHT進行優化集成，對建立全伸臂模型所需的輸入 文件中的輸入參數進行解析；步驟S200,利用ANSYS軟體建立全伸臂靜態模型；以及步驟 S300,將ISIGHT與ANSYS進行聯合仿真分析，以獲得所述全伸臂靜態模型的最優解。
[0051] 通過ANSYS與ISIGHT進行優化集成的【具體實施方式】為：所述ANSYS通過APDL語 言與ISIGHT進行優化集成。
[0052] 可選的，所述步驟S200中所述全伸臂靜態模型是以三次NURBS曲線為基礎。
[0053] 所述步驟S300中獲得所述全伸臂靜態模型的最優解的方法包括：
[0054] 步驟S310,對聯合仿真分析後的輸出文件進行解析，獲取全伸臂優化所需要的體 積目標函數的目標值，約束條件的約束值；以及步驟S320,利用ISIGHT進行優化，直至輸出 符合約束條件的優化值，即輸出所述最優解。
[0055] 在ANSYS軟體中建立三次NURBS曲線為基礎的所述全伸臂靜態模型的方法包括： 通過全伸臂模型的設計變量、目標函數和約束條件，建立所述全伸臂靜態模型。
[0056] 所述全伸臂模型所對應的設計變量、目標函數和約束條件如下：
[0057] 設計變量X為全伸臂的設計變量集合，即
[0058] X= [H，W，M，札?R6]t，
[0059] 式中，H為全伸臂中基本臂的高度，W為基本臂的寬度，M為吊臂（全伸臂的整體稱 為吊臂）的下截面三次NURBS曲線的權重，R1?R6分別為基本臂的上半截面板厚；
[0060] 目標函數為體積目標函數，即
[0061] minf=V，
[0062] 式中，min f?為吊臂的體積目標函數；以及
[0063] 約束條件
[0064] 0? 8 彡 M 彡 1. 0,0? 57 彡 H 彡 0? 612,0? 37 彡 W 彡 0? 404
[0065] 0 彡 D0F 彡 0? 5, DDp DD2, ? ? ? DD9 彡 4. 84X 108，
[0066] 式中，DOF為吊臂的撓度值約束；DDi?DD9為吊臂的危險截面處的9個節點的應 力約束。
[0067] 若全伸臂為五伸的伸縮吊臂（具有基本臂、一節臂、二節臂、三節臂、四節臂和五 節臂），則該伸縮吊臂所對應的、目標函數和約束條件如下：
[0068] 設計變量
[0069] X=[H，W，M，札?R6]t，
[0070] 式中，伸縮吊臂的設計變量集合於X中；H為伸縮吊臂中基本臂的高度；W為基本 臂的寬度；M為伸縮吊臂的下截面三次NURBS曲線的權重；R1?R6分別為基本臂的上半截 面板厚；
[0071]目標函數為體積目標函數，即[0072] min f = V，
[0073]式中，min f為伸縮吊臂的體積目標函數；以及
[0074] 所述約束條件
[0075] 0? 8 彡 M 彡 1. 0,0? 57 彡 H 彡 0? 612,0? 37 彡 W 彡 0? 404
[0076] 0 彡 D0F 彡 0? 5, DDp DD2, ? ? ? DD9 彡 4. 84X 108
[0077] R1? R2, R3 G [0. 0050,0. 0060,0. 0070]
[0078] R4, R5G[0. 0040,0. 0050,0. 0060]
[0079] R6 G [0.0030,0.0040,0.0050],
[0080] 式中，DOF為伸縮吊臂的撓度值約束；DDi?DD9為選定的伸縮吊臂的危險截面處的 9 個節點的應力約束，如圖 3 所示，其中，A (S1)、B (S2)、C (S3)、E (S4)、F (S5)、G (S6)、I (S7)、 D(S8)、H(S9)為所述9個節點。
[0081] 本實施例1具體的實施步驟如下：
[0082] 本發明以SQS500A型伸縮吊臂為例，主要涉及設計變量的初始值如表1所示； [0083]表1設計參數初始值
【權利要求】
1. 一種起重機全伸臂靜態模型的集成優化方法，包括： 步驟S100,通過ANSYS與ISIGHT進行優化集成，對建立全伸臂模型所需的輸入文件中 的輸入參數進行解析； 步驟S200,利用ANSYS軟體建立全伸臂靜態模型；W及 步驟S300,將ISIGHT與ANSYS進行聯合仿真分析，W獲得所述全伸臂靜態模型的最優 解。
2. 根據所述權利要求1所述的集成優化方法，其特徵在於，所述步驟S200中所述全伸 臂靜態模型是次NURBS曲線為基礎。
3. 根據所述權利要求2所述的集成優化方法，其特徵在於，在ANSYS軟體中建立H次 NURBS曲線為基礎的所述全伸臂靜態模型的方法包括： 通過全伸臂模型的設計變量、目標函數和約束條件，建立所述全伸臂靜態模型。
4. 根據所述權利要求3所述的集成優化方法，其特徵在於，所述全伸臂模型所對應的 設計變量、目標函數和約束條件如下： 設計變量X為全伸臂的設計變量集合，即 X=出，W，M，Ri ?Re]T， 式中，H為全伸臂中基本臂的高度，W為基本臂的寬度，M為吊臂的下截面H次NURBS曲 線的權重，R1?R6分別為基本臂的上半截面板厚； 目標函數為體積目標函數，即 min f = V， 式中，min f為吊臂的體積目標函數；W及 約束條件 0. 8《M《1. 0,0. 57《H《0. 612,0. 37《W《0. 404 0《DOF《0. 5,孤1，孤2, . . . DDg《4. 84X 1〇8， 式中，DOF為吊臂的挽度值約束；DDi?D09為吊臂的危險截面處的9個節點的應力約 束。
5. 根據所述權利要求3所述的集成優化方法，其特徵在於，全伸臂為五伸的伸縮吊臂； 該伸縮吊臂所對應的、目標函數和約束條件如下： 設計變量 X=出，W，M，Ri ?RJT， 式中，伸縮吊臂的設計變量集合於X中巧為伸縮吊臂中基本臂的高度；W為基本臂的 寬度；M為伸縮吊臂的下截面H次NURBS曲線的權重；R1?R6分別為基本臂的上半截面板 厚； 目標函數為體積目標函數，即 min f = V， 式中，min f為伸縮吊臂的體積目標函數；W及 所述約束條件 0. 8《M《1. 0,0. 57《H《0. 612,0. 37《W《0. 404 0《DOF《0. 5,孤1，孤2, . . . DDg《4. 84X 1〇8 Ri，R2, R3 G [0. 0050,0. 0060,0. 0070] R^RgG [0.0040,0. 0050,0. 0060] Re G [0. 0030,0. 0040,0. 0050]， 式中，DOF為伸縮吊臂的挽度值約束；DDi?DDg為選定的伸縮吊臂的危險截面處的9個 節點的應力約束。
6. 根據所述權利要求4或5所述的集成優化方法，其特徵在於，所述步驟S300中獲得 所述全伸臂靜態模型的最優解的方法包括： 步驟S310,對聯合仿真分析後的輸出文件進行解析，獲取全伸臂優化所需要的體積目 標函數的目標值，約束條件的約束值；W及 步驟S320,利用ISIGHT進行優化，直至輸出符合約束條件的優化值，即輸出所述最優 解。
7. -種起重機全伸臂靜態模型的集成優化系統，其特徵在於，包括： 設計變量獲取單元，通過ANSYS與ISIGHT進行優化集成，對建立全伸臂靜態模型所需 的輸入文件中的輸入參數進行文件解析，W獲得設計變量； 建模單元，通過ANSYS軟體建立全伸臂靜態模型；W及 輸出單元，將ISIGHT與ANSYS進行聯合仿真分析，W獲得所述全伸臂靜態模型的最優 解。
8. 根據權利要求7所述的起重機全伸臂靜態模型的集成優化系統，其特徵在於， 所述輸出單元適於對聯合仿真分析後的輸出文件進行解析，獲取全伸臂優化所需要的 體積目標函數的目標值，約束條件的約束值；並且利用ISIGHT進行優化，直至輸出符合約 束條件的優化值，即輸出所述最優解。
【文檔編號】G06F17/50GK104346501SQ201410687945
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月25日 優先權日:2014年11月25日
【發明者】李潤, 紀愛敏, 朱明娟, 宋偉偉 申請人:河海大學常州校區