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《基于iSIGHT平臺的轉(zhuǎn)盤優(yōu)化設(shè)計.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、產(chǎn)、_dUIll1學術(shù)基于iS-GHT平臺的轉(zhuǎn)盤優(yōu)化設(shè)計河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗院一井科學＼董江＼冀維金＼自星＼劉曉龍摘要：針對高速轉(zhuǎn)盤的設(shè)計問題，利用大型有限元分析軟件ANSYS對高速轉(zhuǎn)盤進行參數(shù)化建模，應用APDL參數(shù)化程序設(shè)計語言將有限元分析與優(yōu)化設(shè)計結(jié)～合起來一，～一一一一一一～一一～一～一一～一一在iSIGHT優(yōu)化平臺上，采用序列二次規(guī)劃優(yōu)化算法對高速轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)尺寸進行優(yōu)化設(shè)計，有效地解決了子系統(tǒng)之間的耦合和并行優(yōu)化設(shè)計。從結(jié)果分析中可以看出．最大應力較優(yōu)化前減少了15．31％，提高了應力分布的合理性，并極
2、大的節(jié)省了計算周期，認為該方法應用于高速轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是有效可行的。設(shè)備的可靠程度。本中選取注塑機的高速轉(zhuǎn)盤，變量。設(shè)計變量的矢量形式為：對其進行分析設(shè)計優(yōu)化。注塑機具有高速、高：IX1···】效率的特點，因此對系統(tǒng)零部件在加工精度、穩(wěn)定性等方面的要求也較高。近年來，隨著有設(shè)計有N個約束包含上限和下限：限元技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)外一些學者也對其jcjcj(j=1,2,3，?一)進行了優(yōu)化分析。趙雨腸[1]等應用有限元方法建立了三軸飛行模擬轉(zhuǎn)臺框架的數(shù)學模型，其中，n為設(shè)計變量的個數(shù)編制復雜的優(yōu)化設(shè)計程序，實現(xiàn)了優(yōu)
3、化設(shè)計；最小值f=／)陳明[2]等通過ANSYS有限元分析方法對高速約束條件：轉(zhuǎn)盤進行分析；曹淼龍[3]等建立了轉(zhuǎn)盤優(yōu)化最(x)≤&(f：L乏?。朋1)·模型，通過標準數(shù)據(jù)訪問接口(SDAI)來實現(xiàn)(而(i=?。)對數(shù)據(jù)表達和交換系統(tǒng)(STEP)數(shù)據(jù)的訪問和操∞(j=L2。?)作，分析了轉(zhuǎn)盤工作時的位移和應力。以上的設(shè)計[4，5]有著設(shè)計模型粗糙，計算周期長等目標函數(shù)：，不足。針對以上高速轉(zhuǎn)盤在設(shè)計中存在的問題，迭代法的基本思想是：首先給出，(的極選用ANSYS作為主流分析軟件對其進行分析，小點的一個初始估計x(‘
4、(稱為初始點)，在iSIGHT軟件平臺上將ANSYS集成起來，對高然后計算一系列的點，，?，x㈣?，希速轉(zhuǎn)盤進行分析優(yōu)化，得到了合理的設(shè)計尺寸，望點列f㈣)的極限就是)的一個極小點。并極大的縮短了計算周期。x恥=+似sII)，(z)>I(x)>?>f(x”)>f(x“’)>?2iSIGHT優(yōu)化思想其中，S為搜索方向，o’為搜索步長，iSIGHT作為一種優(yōu)化設(shè)計的工具，具有豐當s與q’確定以后，由x就可以唯富的優(yōu)化算法和多種代理模型方法，是一個開一確定X“，這樣就可以確定逼近極小值點放的集成平臺，它提供的過程集成界面
5、可以方的一個序列。便地將各種工具(如商業(yè)CAD軟件、各種有限元計算分析軟件及用戶自行開發(fā)的程序等)集3應用實例成在一起。iSIGHT包含的優(yōu)化技術(shù)可以分為三大類：數(shù)值優(yōu)化算法、多目標算法和全局最優(yōu)3．1問題描述1引言算法。每種算法里又包含多種多種優(yōu)化求解器，圖1所示為高速轉(zhuǎn)盤的軸對稱模型，高任何一種優(yōu)化求解方法都有其利弊。速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤在角速度為15000rpm的情況下高速轉(zhuǎn)盤是注塑機、汽車、石油鉆機等設(shè)在iSIGHT平臺上進行最優(yōu)設(shè)計時，要解析工作，對其工作穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)剛度等提出了較各在驅(qū)動部分的關(guān)鍵部件，廣泛應用
6、于工業(yè)生ANSYS中定義的三種變量：設(shè)計變量；狀態(tài)變量；高的要求，在高速轉(zhuǎn)盤正常工作的情況下，產(chǎn)的各個領(lǐng)域。高速轉(zhuǎn)盤作為機構(gòu)的重要部件，目標函數(shù)；這些變量在APDL參數(shù)化設(shè)計語言中除按等應力設(shè)計外還需要滿足以下幾點：輪轂在正常工作的情況下，其特性直接影響到整體用標量表示。在優(yōu)化分析中獨立的變量是設(shè)計角thetahub變化范圍為30?！?O。，輪緣角中國機械MachineChina167Academic學術(shù)迭代過程。將馮密塞斯應力標準差sdev定義為目標函數(shù)，要求越小越好，由迭代過程圖可知最優(yōu)解對應的馮密塞斯應力標準
7、差為滿足所需條件的最小值。圖7所示為優(yōu)化后的轉(zhuǎn)盤應力云圖，從號圖中可以看出，優(yōu)化后的轉(zhuǎn)盤，外形輪廓線趨暑于合理，從相應命令得到SMAX、SMIN分別為五24158psi和9906psi，應力分布均勻并且馮米塞斯應力的標準差sdev達到最小，達到了設(shè)計要求。5結(jié)論040(1)針對高速轉(zhuǎn)盤的優(yōu)化分析問題，利用大(a)輪緣憑thetahub的迭代過程(e)一階頻率的迭代過程型有限元分析軟件ANSYS的APDL參數(shù)化程序設(shè)計語言建模，并對其進行靜力分析和模態(tài)分析；(2)iSIGHT優(yōu)化設(shè)計平臺上對ANSYS軟件進行集成，選
8、用序列二次規(guī)劃算法優(yōu)化分析，得到設(shè)計變量、狀態(tài)變量、目標函數(shù)的迭代歷80_一^_史過程；(3)通過迭代運算得到滿足需要頻率和應力要求的最優(yōu)解，優(yōu)化結(jié)果表明，馮密塞斯應力標準差sdev較原始方案減少19．67％，最大許用IJu●??應力smax較原來減少15．31％，滿足了燈應力分■—■’一1廠?一布的要求；40(4)基于iSIGHT的優(yōu)化技術(shù)大大地縮短了01
