一種用於起重機金屬結構的輕量化設計方法
2023-11-04 16:56:07 1
一種用於起重機金屬結構的輕量化設計方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於起重機金屬結構的輕量化設計方法，包括如下步驟：1）確定設計變量；2）確定目標函數；3）確定約束條件；4）執行果蠅算法，其中參數設置為，種群規模POP_NUM=100，最大迭代次數MAX_ITER=60，收斂精度δ=0.000001。改變果蠅算法對設計變量的表達方式，將設計變量的值用空間點的坐標至原點坐標距離的三次方求和並開立方來表示，即用近似模擬果蠅個體與原點的距離，引入了高等生物間學習模仿的概念，利用當前種群中的最優設計點與其他點間設計變量值的隨機交換模擬學習過程，從而提高了算法的收斂速度，能夠使算法以更快的速度收斂於全局最優解，可以直接用於工業生產而不需要做任何的近似處理。
【專利說明】一種用於起重機金屬結構的輕量化設計方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於機械設計領域，涉及一種關於機械裝備金屬結構，特別是起重機金屬結構的輕量化設計方法。
【背景技術】
[0002]起重機是一種用途十分廣泛的大型起重設備，它不僅可以提高裝卸作業的效率而且能夠減輕工人勞動強度。
[0003]金屬結構是以金屬材料軋製成的型鋼及鋼板作為基本元件，採用鉚、焊、栓接等連接方法，按照一定的結構(而非機構)組成規則連接構成能夠承受載荷的結構物。金屬結構具有計算方法準確、自重輕等特點，並且製造工業化程度高、易於安裝，被廣泛應用於建築、橋梁、機械裝備製造等行業。基於以上金屬結構的特點，金屬結構由此成為了組成起重機「骨架」的重要部分。作為起重機「骨架」的金屬結構，約佔整機總重量的60%~80%，承受和傳遞著各種自然載荷、工作載荷、偶然載荷以及自重載荷等，因此，金屬結構對於起重機的安全穩定運行尤為重要。
[0004]傳統的起重機金屬結構的設計採用的是基於力學的方法，所有的設計參數都是通過設計人員的經驗來定義的，導致了笨重的整機結構和較大的設計餘量，增加了使用、製造和運輸過程中的費用，雖然滿足了使用要求，但也增加了成本。同時用來評價和衡量這些備選方案優劣的標準也不夠精確，一般難以得到最優的設計方案。優化方法的出現，成為了解決這種問題的關鍵，藉助於計算機強大的計算能力，優化設計不僅能為設計人員提供多種不同的方案，而且能夠從多種方案中獲得最佳的設計選擇。但是傳統的優化設計方法不僅優化效率低，有時獲得的優化結果並非是最優的計算結果。
[0005]隨著現代隨機優化技術的不斷發展，出現了像果蠅算法這種優化計算的速度快，並且搜索全局最優解能力強的優化技術，果蠅算法不僅計算原理簡單、收斂速度快，而且具有很強的全局搜索能力，可廣泛的用於工程和科學領域。
【發明內容】
[0006]本發明通過將果蠅算法進行改進，充分利用該算法的優點，對某些方面的缺點與不足進行適當的修改與補充，使其適合於起重機金屬結構的優化設計這樣的問題。
[0007]本發明公開了一種用於起重機金屬結構的輕量化設計方法，包括如下步驟:
1)確定設計變量，將優化的變量用下式(I)表示，
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其中設計變量X1-X6表示與主梁相關的尺寸，X7-X12表示與支腿相關的尺寸，X13-X16表示與下橫梁相關的尺寸；
2)確定目標函數，以質量最輕，即以起重機金屬結構所用材料體積最小為目標進行優化，目標函數表示為:
【權利要求】
1.一種用於起重機金屬結構的輕量化設計方法，包括如下步驟: 1)確定設計變量，將優化的變量用下式(I)表示，
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:步驟4)中，設計變量的值用空間點的坐標至原點坐標距離的三次方求和並開立方來表示，即用
3.根據權利要求2所述方法，其特徵在於，步驟4)中的果蠅算法為: 41)將包括主梁、支腿和下橫梁在內的起重機金屬結構的箱型梁截面尺寸離散化為一系列的設計變量值，並用向量
4.根據權利要求1-3任一項所述的方法，其特徵在於:每一個設計變量的取值都設有上下限，所有設計變量取值都在限定的範圍內，具體是:
5.根據權利要求1-4任一項所述的方法，其特徵在於:在步驟3)中，金屬結構約束條件包括主梁、支腿、下橫梁在內的金屬結構的強度、剛度和穩定性的要求。
【文檔編號】G06F17/50GK103955573SQ201410164878
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月23日 優先權日:2014年4月23日
【發明者】徐格寧, 戚其松, 範小寧 申請人:太原科技大學