ansys優(yōu)化算法的研究及其在液壓機優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用.kdh

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1、EQUIPMENT裝備文章編號：1672－0121(2010)01－0043－05ANSYS優(yōu)化算法的研究及其在液壓機優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用夏衛(wèi)明，駱桂林，嵇寬斌（江蘇國力鍛壓機床有限公司，江蘇揚州225009）摘要：以有限大平板中的孔形狀優(yōu)化問題為例，探討ANSYS優(yōu)化設(shè)計模塊中優(yōu)化算法（和幾種組合優(yōu)化算法）的特點。并根據(jù)結(jié)論，選擇了兩種組合優(yōu)化算法對某型四柱液壓機機身整體進(jìn)行了優(yōu)化計算，得到了優(yōu)化后液壓機幾何模型參數(shù)。利用優(yōu)化后的參數(shù)進(jìn)行了模型的重新構(gòu)建分析，結(jié)果表明，新的設(shè)計滿足液壓機的強度剛度設(shè)計條件，機身的材料分布更合理，整體

2、重量有較大的減輕。關(guān)鍵詞：機床技術(shù)；優(yōu)化設(shè)計；液壓機；有限元中圖分類號：TG315文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B1引言法的特點。最后根據(jù)結(jié)論，采用合適的優(yōu)化算法對某機械零件優(yōu)化主要研究在各種邊界條件下如何型液壓機進(jìn)行整體優(yōu)化，合理分布材料，適度降低機確定零件邊界形狀、尺寸分布，盡可能提高結(jié)構(gòu)承載床重量，提高機床的剛度和強度，實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計在工能力、消除（或減少）材料的冗余和延長使用壽命[5]。程問題中的應(yīng)用。近年來，隨著計算機求解性能的不斷提高，以有限元分析技術(shù)為基礎(chǔ)的工程設(shè)計方法得到了發(fā)展，為機2研究模型械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計問題奠定了研究和應(yīng)用基礎(chǔ)，

3、并如圖1所示為研究力學(xué)模型，優(yōu)化目標(biāo)為在給已在各工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但由于一般結(jié)構(gòu)定的設(shè)計域（外邊界為邊長等于2R的正方形和內(nèi)的力學(xué)響應(yīng)具有很強的非線性，一般無理論解，也無邊界為半徑等于R的圓所包圍的區(qū)域）約束下通過法獲得顯式的目標(biāo)函數(shù)解析表達(dá)式，再加上實際約優(yōu)化孔邊界形狀獲得最小應(yīng)力集中系數(shù)。取指數(shù)η1、束條件的多樣性，使得機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問題一直沒η2為設(shè)計變量，用雙指數(shù)“超圓”參數(shù)方程來描述孔有得到很好的解決。邊界：ηηANSYS有限元程序提供的內(nèi)嵌優(yōu)化設(shè)計模塊X1Y2!"+!"=1（1）可以解決多種工程優(yōu)化問題。該模塊最

4、常見的優(yōu)化RR算法有零階法、一階法、隨機搜索法、等步長搜索法、σ乘子計算法和最優(yōu)梯度法。由于各種優(yōu)化算法所執(zhí)行的內(nèi)部數(shù)值方法各不相同，各自求解精度、效率、適合求解的問題規(guī)模也不相同，因此，采用何種算法設(shè)計域或何種算法組合應(yīng)根據(jù)具體問題而定。這也是本文y設(shè)計邊界線所要探討的課題。本文就彈性力學(xué)中的一個經(jīng)典問題———有限大平板中的孔邊界應(yīng)力集中系數(shù)問題，進(jìn)行了探討。以R期1有限元為手段，對孔邊界形狀進(jìn)行參數(shù)化描述，采用第Ox年010不同的優(yōu)化算法進(jìn)行孔形狀優(yōu)化求解，研究不同算2圖1研究力學(xué)模型收稿日期：2009-11-12作者簡介：夏

5、衛(wèi)明（1981-），男，碩士，從事機床結(jié)構(gòu)強度計算及其設(shè)3結(jié)果與討論計優(yōu)化計算中有限元模型如圖2所示，平面應(yīng)力假設(shè)，43裝備EQUIPMENT采用平面四邊形八節(jié)點等參這里選用6種優(yōu)化算法計算方案（或組合）分別元PLANE82劃分模型，彈性進(jìn)行求解，在進(jìn)行計算時，各方案的邊界條件和有限模量E＝200GPa，泊松比ν=元模型保持不變。組合方案的計算原則是先運行計0.3。為獲得精確的結(jié)果，控算精度低的優(yōu)化算法，獲得可行解，然后以最優(yōu)可行制孔邊界附近單元尺寸為解為迭代起點，運行精度高的優(yōu)化算法，結(jié)果見表10.1ESIZE，ESIZE為遠(yuǎn)離

6、孔表示。邊界區(qū)域單元尺寸。在板的表1各優(yōu)化算法（或組合）計算結(jié)果上邊界線上均勻施加σ＝y(tǒng)設(shè)計設(shè)計變量應(yīng)力求解1MPa的應(yīng)力，定義應(yīng)力集中Ox優(yōu)化編迭代最優(yōu)解集中時間系數(shù)為σmax/σ，其中σmax為孔圖2有限元模型算法號次數(shù)η1η2系數(shù)/s邊界附近的最大切向正應(yīng)隨機搜索法130第21步8.34842.22652.44251′5″力。在此邊界條件下，計算得到孔邊最大切向正應(yīng)力零階法230第9步17.4331.18972.553053″為3.036MPa（如圖3所示），發(fā)生在圓孔邊界與x軸一階法330第5步6.81671.87432.

7、31682′32″交點處，與這一問題的理論解3.0MPa非常接近。圖4所示是采用一階優(yōu)化方法，按式（1）優(yōu)化的后的孔410+20第4步17.1241.16292.532639″邊界應(yīng)力分布和孔形狀。隨機搜索法525+5第21步8.34842.22652.44251′16″＋零階法625+10第21步8.34842.22652.44251′21″710+20第11步16.6091.16292.509849″隨機搜索法825+5第27步8.17041.73342.32251′56″＋一階法925+10第27步8.17041.73342

8、.32251′56″102+10第6步6.75811.87432.31661′36″115+10第8步9.89861.51882.41061′38″零階法＋一階法圖3圓形孔應(yīng)力分布1110+5第12步15.8331.18972.50771′27″1