【摘要】：復(fù)合材料液壓機是大型薄壁復(fù)合材料制品模壓成型的重要裝備。具有高幾何精度和高剛性的機架對制品的成型精度和壓機的綜合性能有著重要影響。底座是機架的重要承載零件,其剛性直接影響著模具的剛度。研究組成底座結(jié)構(gòu)中各類板的厚度配置,筋板的布置方式以及連接位置對底座的質(zhì)量和剛度性能的影響規(guī)律,以最小的材料耗費,獲得最優(yōu)的底座結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,這些工作無疑具有重要的理論研究價值和現(xiàn)實的工程指導(dǎo)意義。本文以某型10MN復(fù)合材料液壓機底座為研究對象,將結(jié)構(gòu)筋板的布置位置與板厚度尺寸等參數(shù)一起優(yōu)化,以獲得質(zhì)量最小而剛度最優(yōu)的底座結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。首先,通過有限元分析了原設(shè)計結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與應(yīng)變情況。以此為基礎(chǔ),用Python語言建立了底座的幾何參數(shù)化有限元模型,實現(xiàn)建模、仿真計算與結(jié)果后處理的自動化。確定以材料強度為約束條件,底座工作臺面的每米最大變形量最小和底座總質(zhì)量最小為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。根據(jù)靈敏度分析,對底座中眾多的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)布置參數(shù)進行篩選,確定上面板厚度、底板厚度、縱向筋板厚度、橫向筋板厚度、下橫向筋板連接位置及上下橫向筋板的間距,這6個參數(shù)作為主要設(shè)計變量。分析結(jié)果表明,橫向筋板的厚度對底座的剛度性能及質(zhì)量的綜合影響最大。依據(jù)文獻和工藝約束確定了上述6個主要設(shè)計變量參數(shù)的取值上下限,使用最優(yōu)拉丁超立方法對設(shè)計空間進行采樣,通過有限元分析獲得目標(biāo)函數(shù)的響應(yīng)值,構(gòu)建基于樣本點數(shù)據(jù)的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)近似模型;運用隨機采樣方法對近似模型精度進行驗證,建立了以材料強度性能為約束,以總體質(zhì)量和工作臺面每米變形量值為目標(biāo)函數(shù)的底座結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化模型;選擇第二代非支配排序遺傳算法求解并獲得Pareto優(yōu)化解。不同厚度的橫向筋板對應(yīng)著不同的筋板最優(yōu)布置位置,橫向筋板厚度從小到大變化時,筋板的布置趨向工作臺面中線收縮,筋板分布更加均勻。最后從優(yōu)化解中選取一個優(yōu)化設(shè)計方案,經(jīng)有限元分析驗證表明:優(yōu)化后,與其他板厚尺寸匹配下的橫向筋板厚度為85mm,下橫向筋板連接位置為240mm及上下橫向筋板間距為439mm,工作臺面每米最大變形量從0.144mm/m降至0.125mm/m,剛度提高了 13.2%,質(zhì)量降低了4.5%,進一步提高了底座綜合性能。
【圖文】：

策略的非支配排序遺傳算法（ＮＳＧＡ－ＩＩ）求解優(yōu)化模型，獲得滿足剛度設(shè)計逡逑要求的、具有最優(yōu)筋板布置的底座結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，并對優(yōu)化結(jié)果進行數(shù)值驗逡逑證，為類似的板系焊接結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計提供參考。論文的總體框架如圖１－１逡逑所示。主要研究內(nèi)容包括：逡逑第一章，介紹了論文的研究背景和意義，對液壓機機架優(yōu)化設(shè)計的研宄逡逑現(xiàn)狀進行了綜述，并簡要概述了論文的主要研宄內(nèi)容。逡逑第二章，闡釋了為建立底座結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化所需的主要相關(guān)理論與模型，逡逑包括靈敏度分析理論；試驗設(shè)計方法；徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)近似模型；多目標(biāo)優(yōu)逡逑化模型和遺傳算法等方面。逡逑第三章，對底座原結(jié)構(gòu)進行有限元分析，得出結(jié)構(gòu)的變形及應(yīng)力結(jié)果。逡逑確定結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)。結(jié)合幾何數(shù)學(xué)方法對底座結(jié)構(gòu)進行幾何建模，將結(jié)構(gòu)尺逡逑寸進行參數(shù)化表示，利用Ｐｙｔｈｏｎ編程語言編寫幾何參數(shù)化模型和有限元分析逡逑的腳本文件，實現(xiàn)幾何模型的參數(shù)化表達、有限元分析、計算及結(jié)果輸出的逡逑自動化處理

所需的樣本點相關(guān)信息。優(yōu)化中經(jīng)常使用的試驗設(shè)計方法有三種：參數(shù)試驗、逡逑全因子設(shè)計和部分因子設(shè)計。試驗設(shè)計的三個基本原理是重復(fù)、隨機化與區(qū)組逡逑化［６１】。本文以兩因子九水平試驗方案為例，對試驗設(shè)計內(nèi)容進行介紹，如圖２－１逡逑所示。逡逑Ｘ：逡逑▲逡逑ｒ？參數(shù)試驗（定義：每次試驗只改變一個因子的參數(shù)值）逡逑匕－－ｉｒｔ－邋ｘ逡逑吊邐丨．Ｈ邋ＨＩ』」￣逡逑用邐樣本點分布逡逑試：逡逑驗，全因子設(shè)計（定義：對所有因子的所有水平組合都進行試驗）逡逑設(shè)邐＇邐Ｉｈｈｈｈ．＾，，逡逑ｉｔ邐Ｉ；，，邋ｔｉ：ｉ？邐樣本點分布逡逑方邐「正交試驗設(shè)計｜＿三逡逑法邐Q姺苠義希糠忠蜃由杓棋澹窩鏡惴植煎危簦椋歟歟海哄義涎隙〕⒎繳杓疲幔齲模╁義涎窘惺匝椋嘆仁匝檣杓疲咤窩鏡惴植跡哄義希套鈑爬〕⒎繳杓疲ǎ希穡翦澹蹋齲模╁澹擼咤義希桑歟攏翦義涎鏡惴植煎義賢跡玻匝檣杓品椒ㄥ義洗由賢跡玻敝鋅芍海保┎問匝槭且恢質(zhì)室擻τ迷詬饕蜃詠換プ饔貌幌災(zāi)義锨榭魷碌牧槊舳確治齜椒�；２）全因子设紭闩留~擠置鰨諾閌悄芏愿饕蜃擁膩義轄換プ饔媒芯計攔潰鋇閌欽廡枰罅康難鏡憷捶治觶撲慍殺痙淺８擼誨義希常┱皇匝檣杓品ㄊ腔謖輝�，通过重毃正交表来设计试褭螛，灾o匝殄義峽占浯锏礁饕蜃鈾醬釓渚餳把鏡憔確植跡芎艽蟪潭鵲丶跎偈匝櫬問義洗傭燜偃范ㄓ嘔槳傅囊恢質(zhì)匝檣杓品椒ǎ郟叮玻蕁Ｕ皇匝檣杓圃諶蜃由杓浦繡義嫌τ謎恍栽蛟袢〔糠衷諫杓瓶占渲蟹植季弒浮熬確稚

本文編號：2703819