一種伸縮吊臂靜態模型的集成優化方法
2023-05-09 19:32:21 1
一種伸縮吊臂靜態模型的集成優化方法
【專利摘要】本發明公開了一種伸縮吊臂的靜態模型的集成優化方法，利用ISIGHT多學科優化平臺和ANSYS有限元分析軟體進行集成優化。通過集成ISIGHT優化平臺與ANSYS分析軟體可以用來解決不同的分析問題，並且可以嵌套和組合任意的求解策略。通過對設計問題智能化的探索，不斷選擇新的設計初始值，從而進行自動地仿真和優化。在每次循環分析的過程中，ISIGHT可以實現實時的監控，產品的設計參數輸入和性能參數輸出都可以在過程中顯示，方便設計人員進行監控。通過本發明的優化，最終獲得令伸縮吊臂強度剛度性能更優的全局解，在保證伸縮吊臂承載能力的前提下進一步減小了吊臂的整體體積，在實際使用中取得了良好的效果。
【專利說明】一種伸縮吊臂靜態模型的集成優化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用ISIGHT優化平臺調用ANSYS有限元分析軟體的伸縮吊臂集成優化方法，屬於機械設計與自動化領域。
【背景技術】
[0002]隨著社會進步和科學技術的飛速發展，以及受大多數行業需求和作業高效益的驅動，伸縮吊臂的使用越來越普遍，而在吊臂的常規設計方法中，吊臂寬高以及各節臂厚度等參數都是按經驗在一個取值範圍內選取的，因此帶來了功耗過大、材料浪費、狀態不佳、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。現有的利用ANSYS等軟體的優化由於受到軟體優化能力的局限，因此並不能得到最優的設計方案。
【發明內容】
[0003]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種伸縮吊臂靜態模型的集成優化方法，利用ISIGHT優化平臺調用ANSYS有限元分析軟體的伸縮吊臂集成優化方法，該方法運用ANSYS對吊臂進行強度剛度分析，並通過ISIGHT優化平臺實現自動循環仿真和優化，並最終取得全局優化解，提高伸縮吊臂的優化效率和優化精度。
[0004]技術方案:為實現上述目的，本發明採用的技術方案為:
[0005]一種伸縮吊臂靜態模型的集成優化方法，其特徵在於:包括以下步驟:
[0006]⑴在ANSYS有限元分析軟體中建立吊臂靜態模型，並通過對吊臂強度剛度進行分析後得到集成優化的input輸入文件和output輸出文件；
[0007]⑵ANSYS通過編程的方式與ISIGHT進行集成，選取輸入文件中的相關參數作為優化問題的設計變量；
[0008]⑶採用批處理的方式藉助analysis, bat腳本的方式驅動ANSYS進行有限元分析；
[0009]⑷讀取輸出文件，從中調取吊臂優化問題的目標值、約束值和設計變量優化值；
[0010](5)利用ISIGHT中的優化算法進行設計參數的修正，並將修正後的參數值重新返回到輸入文件中，傳遞至ANSYS進行下一輪優化迭代；
[0011](6)直到輸出文件傳遞出的約束值符合問題需求，則集成優化結束，輸出全局最優解。
[0012]建立吊臂靜態模型時，首先確定伸縮吊臂的設計變量、體積目標函數和若干個強度剛度性能約束條件，然後根據這些參量建立吊臂模型。
[0013]所述伸縮吊臂的設計變量、體積目標函數和強度剛度約束條件如下:
[0014]X= [H, W，ω，R1 ~Rn+1, A1 ~An+1]τ
[0015]minf = V1
[0016]0.8 ≤ ω ≤ 1.0，0.57 ≤ H ≤ 0.612，0.37 ≤W ≤ 0.404，[0017]O ≤ DOF ( 0.5，S1, S2, -,S9 ^ 4.84 X IO8
[0018]其中，伸縮吊臂的設計變量集合X中，H為伸縮吊臂基本臂的高度；W為基本臂的寬度；ω為吊臂下截面NURBS曲線的權重值況~Rn+1分別為吊臂基本臂直至η個伸臂的上半截面板厚A1~An+1分別為吊臂基本臂直至η個伸臂上下板厚度差值，DOF為吊臂撓度值約束A~S9為選定的吊臂危險截面處的9個主要節點的應力約束；min f為吊臂的體積目標函數。
[0019]伸縮吊臂為五伸的伸縮吊臂，具有基本臂、一伸節臂、二伸節臂、三伸節臂、四伸節臂和五伸節臂。
[0020]所述伸縮吊臂的設計變 量、體積目標函數和強度剛度約束條件如下:
[0021]X= [H，W，ω，R1 ~R6, A1 ~A6]1
[0022]minf = V1
[0023]0.8 ≤ ω ≤ 1.0，0.57 ≤ H ≤ 0.612，0.37 ^ W ^ 0.404，
[0024]O ^ DOF ^ 0.5，S1, S2，…，S9 ≤ 4.84 X IO8,
[0025]R1, R2, R3 e [0.0050，0.0060，0.0070]，
[0026]R4, R5 e [0.0040，0.0050，0.0060]
[0027]R6 e [0.0030, 0.0040, 0.0050]，
[0028]A1, A2, A3, A4, A5, A6 e [0.000，0.0010，0.0020]
[0029]其中，伸縮吊臂的設計變量集合X中，H為伸縮吊臂基本臂的高度；W為基本臂的寬度；ω為吊臂下截面NURBS曲線的權重值況~R6分別為吊臂基本臂、一伸、二伸直到五伸臂的上半截面板厚A1~A6分別為吊臂基本臂和五個伸臂上下板厚度差值；D0F為吊臂撓度值約束A~S9為吊臂危險截面處的9個主要節點的應力約束；min f為吊臂的體積目標函數。
[0030]Rn+An, η = 1,2, 3，4，5，6，分別為基本臂和五個伸臂的下板厚。
[0031]有益效果:本發明提供的伸縮吊臂的集成優化方法，通過集成ISIGHT優化平臺與ANSYS分析軟體可以用來解決不同的分析問題，並且可以嵌套和組合任意的求解策略。通過對設計問題智能化的探索，不斷選擇新的設計初始值，從而進行自動地仿真和優化。在每次循環分析的過程中，ISIGHT可以實現實時的監控，產品的設計參數輸入和性能參數輸出都可以在過程中顯示，方便設計人員進行監控。通過本發明的優化，最終獲得令伸縮吊臂強度剛度性能更優的全局解。此方法的優化結果精確可信，在保證伸縮吊臂承載能力的前提下進一步減小了吊臂的整體體積，在實際使用中取得了良好的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1為伸縮吊臂建模示意圖；
[0033]圖2為吊臂基本臂截面NURBS曲線圖；
[0034]圖3為本發明的集成流程圖；
[0035]圖4為集成優化可行性驗證圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖和實例對本發明作更進一步的說明。[0037]建立伸縮吊臂的優化模型
[0038]本發明以SQS500A型伸縮吊臂為例，主要涉及參數的初始值如表1所示；
[0039]表1優化前吊臂參數一覽
[0040]
【權利要求】
1.一種伸縮吊臂靜態模型的集成優化方法，其特徵在於:包括以下步驟: ⑴在ANSYS有限元分析軟體中建立吊臂靜態模型，並通過對吊臂強度剛度進行分析後得到集成優化的input輸入文件和output輸出文件； ⑵ANSYS通過編程的方式與ISIGHT進行集成，選取輸入文件中的相關參數作為優化問題的設計變量； ⑶採用批處理的方式藉助analysis, bat腳本的方式驅動ANSYS進行有限元分析； ⑷讀取輸出文件，從中調取吊臂優化問題的目標值、約束值和設計變量優化值； (5)利用ISIGHT中的優化算法進行設計參數的修正，並將修正後的參數值重新返回到輸入文件中，傳遞至ANSYS進行下一輪優化迭代； (6)直到輸出文件傳遞出的約束值符合問題需求，則集成優化結束，輸出全局最優解。
2.根據權利要求1所述的伸縮吊臂靜態模型的集成優化方法，其特徵在於:建立吊臂靜態模型時，首先確定伸縮吊臂的設計變量、體積目標函數和若干個強度剛度性能約束條件，然後根據這些參量建立吊臂模型。
3.根據權利要求1所述的伸縮吊臂靜態模型的集成優化方法，其特徵在於:所述伸縮吊臂的設計變量、體積目標函數和強度剛度約束條件如下: X= [H，W，《，札~U1-Alri]τ minf = V1 . 0.8 < ω < 1.0，0.57 < H < 0.612，0.37 < W < 0.404，
.O ^ DOF ^ 0.5，S1, S2,…，S9 ≤ 4.84 X IO8 其中，伸縮吊臂的設計變量集合X中，H為伸縮吊臂基本臂的高度；胃為基本臂的寬度；ω為吊臂下截面NURBS曲線的權重值況~Rn+1分別為吊臂基本臂直至η個伸臂的上半截面板厚A1~Αη+1分別為吊臂基本臂直至η個伸臂上下板厚度差值，DOF為吊臂撓度值約束；S1~S9為選定的吊臂危險截面處的9個主要節點的應力約束；min f為吊臂的體積目標函數。
4.根據權利要求2所述的伸縮吊臂靜態模型的集成優化方法，其特徵在於:伸縮吊臂為五伸的伸縮吊臂，具有基本臂、一伸節臂、二伸節臂、三伸節臂、四伸節臂和五伸節臂。
5.根據權利要求2、3或4所述的伸縮吊臂靜態模型的集成優化方法，其特徵在於:所述伸縮吊臂的設計變量、體積目標函數和強度剛度約束條件如下: X= [H，W，co’mAjT minf = V1
.0.8 < ω < 1.0，0.57 < H < 0.612，0.37 < W < 0.404， . O ^ DOF ^ 0.5，S1, S2,…，S9 ≤ 4.84Χ108,
R1, R2, R3 G [0.0050, 0.0060, 0.0070],
R4, R5 e [0.0040, 0.0050, 0.0060]
R6 e [0.0030，0.0040，0.0050],
A1, A2, A3, A4, A5, A6 e [0.000，0.0010，0.0020] 其中，伸縮吊臂的設計變量集合X中，H為伸縮吊臂基本臂的高度；胃為基本臂的寬度；ω為吊臂下截面NURBS曲線的權重值況~R6分別為吊臂基本臂、一伸、二伸直到五伸臂的上半截面板厚A1~A6分別為吊臂基本臂和五個伸臂上下板厚度差值；D0F為吊臂撓度值約束；Si~S9為吊臂危險截面處的9個主要節點的應力約束；minf為吊臂的體積目標函數。
6.根據權利要求5所述的伸縮吊臂靜態模型的集成優化方法，其特徵在於:Rn+An，n =.1,2, 3, 4, 5 , 6,分別為基本臂和五個伸臂的下板厚。
【文檔編號】G06F17/50GK104008254SQ201410261927
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月12日 優先權日:2014年6月12日
【發明者】紀愛敏, 殷旭, 李潤, 王銘龍, 朱明娟, 宋偉偉 申請人:河海大學常州校區