边的长度；x2 = 'D30草图l@dougan618_Part'为斗杆3三角形中最 短边的长度；x3 = 'D60草图l@chandou618_Part'为|产斗的总长度；x4 = 'D10凸台-拉伸 3@dongbi618_Part'为动臂1的宽度；W1为动臂1、斗杆3和铲斗5中各个板的厚度；maxF 为挖掘机工作装置的体积目标函数，FREQ5为模态分析的第5阶频率。
[0041] 挖掘机工作装置模态分析的频率目标函数是根据图2所示的谐响应分析的位 移-频率曲线确定的，谐响应分析选取动臂1、斗杆3和铲斗5的顶部节点进行分析，由图2 可见，在第5阶频率处，各节点的响应均达到峰值，故第5阶频率易引起挖掘机工作装置共 振，故将此频率最大化以提高工作装置的刚度。
[0042] 结合图3的优化步骤，利用三维建模软件Solidworks'对挖掘机工作装置进行三 维建模，首先保存为*. SLDASM文件，然后将其另存为*. x_t文件，为Solidworks和ANSYS 之间的数据传输做准备。
[0043] 在ANSYS有限元分析软件中进行挖掘机工作装置模型的修改和简化处理，通过对 挖掘机工作装置的强度刚度进行分析，得到ANSYS集成优化所需的Input, txt输入文件和 Output, txt文件。输入文件包括两个部分：solidworks模型文件.x_t文件以及ANSYS的 命令流文件.1 gw文件。
[0044] Solidworks通过专用组件与ISIGHT进行集成，选取Solidworks中的*? SLDASM文 件中的相关参数作为优化问题的设计变量。通过勾选Show Solidworks during execution 选项可以观察Solidworks运行情况。
[0045] ANSYS通过通用组件与ISIGHT进行集成，选取输入文件中的相关参数作为优化问 题的设计变量；
[0046] 采用批处理的方式借助Ansys. bat脚本的方式驱动ANSYS进行有限元分析；
[0047] 读取输出文件，从中调取挖掘机工作装置优化问题的目标值和约束值；
[0048] 利用ISIGHT中的梯度优化方式，进行设计参数的修正，并将修正后的参数值重新 返回到输入文件中，分别传递至Solidworks和ANSYS中进行下一轮优化迭代；图4为使用 梯度优化算法NLPQL进行优化所得的优化迭代曲线图。
[0049] 直到输出文件传递出的目标值在制定迭代步数内达到最优，则集成优化结束，输 出全局最优解。
[0050] 应用结果比较
[0051] 表2为本案的优化结果与现有优化结果之间的对比。
[0052] 表2挖掘机工作装置优化前后比较
[0053]
[0054] 1由上表可见，本案所用的优化设计方法^保证满足各项^束条件的前提下1挖掘机 工作装置频率优化程度达到31 %左右，提高了工作装置的固有频率，增强了工作装置的刚 度，减小了结构的变形，提高了工作装置的稳定性和可靠性。
[0055] 本发明运用方法运用Solidworks对工作装置进行建模，并运用ANSYS对工作装置 进行模态分析，通过ISIGHT优化平台实现自动循环仿真和优化，并最终取得全局优化解， 提高挖掘机工作装置的优化效率和优化精度。
[0056] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种挖掘机工作装置动力学模型集成优化方法，其特征在于：包括以下步骤： (1) 利用三维建模软件Solichrorks对挖掘机工作装置进行三维建模，首先保存为 SLDASM文件，然后将其另存为*. x_t文件，为Solidworks和ANSYS之间的数据传输做准 备； (2) 在ANSYS有限元分析软件中进行挖掘机工作装置模型的修改和简化处理，通过对 挖掘机工作装置的模态性能进行分析，得到ANSYS集成优化所需的Input, txt输入文件和 Output, txt文件；Input, txt输入文件包括两个部分：Solidworks模型文件? x_t文件以及 ANSYS的命令流文件.Igw文件； (3) Solidworks通过专用组件与ISIGHT进行集成，选取Solidworks中的*. SLDASM文 件中的相关参数作为优化问题的设计变量； (4) ANSYS通过通用组件与ISIGHT进行集成，选取输入文件中的相关参数作为优化问 题的设计变量； (5) 采用批处理的方式借助Ansys. bat脚本的方式驱动ANSYS进行有限元分析； (6) 读取输出文件，从中调取挖掘机工作装置优化问题的目标值； (7) 利用ISIGHT中的梯度优化策略，进行设计参数的修正，并将修正后的参数值重新 返回到输入文件中，分别传递至Solidworks和ANSYS中进行下一轮优化迭代； (8) 直到输出文件传递出的目标值在制定迭代步数内达到最优，则集成优化结束，输出 全局最优解。2. 根据权利要求1所述的挖掘机工作装置动力学模型集成优化方法，其特征在于：步 骤（1)中，利用三维建模软件Solidworks对挖掘机工作装置进行三维建模的步骤为：首 先根据任务要求，确定挖掘机工作装置的独立设计变量、约束条件和频率目标函数，利用 Solidworks软件建立实体模型，并使用方程式对有函数关系的参数进行关联约束，保留独 立设计变量作为优化参数；然后将其导入ANSYS中进行进一步的完善、求解。3. 根据权利要求、2所述的挖掘机工作装置动力学模型集成优化方法，其特征在于：所 述的所述挖掘机工作装置的独立设计变量、约束条件和频率目标函数如下： X= [xl, x2, x3, x4, wl] maxF = FREQ5 250. xl ^ 350, 450 ^ x2 ^ 650 1200 ^ x3 ^ 1600, 1875 ^ x4 ^ 2500 0. 01 ^ wl ^ 0. 02 其中，挖掘机工作装置的设计变量集合X中，xl = 'D9@草图10dongbi618_Part'，为 动臂三角形较短边的长度；X2 = 'D30草图l@dougan618_Part'为斗杆三角形中最短边的 长度；x3 = ' D60草图l@chandou618_Part'为f产斗的总长度；x4 = ' DlO凸台-拉伸30 dongbi618_Part'为动臂的宽度；Wl为动臂、斗杆和铲斗中各个板的厚度；maxF为挖掘机工 作装置的频率目标函数，FREQ5为模态分析的第5阶频率。4. 根据权利要求2或3所述的挖掘机工作装置动力学模型集成优化方法，其特征在于： 挖掘机工作装置的频率目标函数根据谐响应分析的位移-频率曲线确定。
【专利摘要】本发明公开了一种挖掘机工作装置动力学模型的集成优化方法，运用ISIGHT-Solidworks？-ANSYS的集成优化模式，简化了工作装置的建模，大大减少了设计人员的工作量。通过嵌套和组合任意的求解策略，对设计问题智能化的探索，不断选择新的设计初始值，从而进行自动地仿真和优化。ISIGH在每次运行分析的过程中，可以实现实时的监控，产品的参数变更引起的产品整体的变化、设计参数输入和性能参数输出都可以在过程中显示。不仅可以利用ISIGHT优化软件自动搜索到满足性能要求的最优解，而且在保证挖掘机工作装置在满足结构约束的前提下，提高了工作装置的固有频率，增强了工作装置的刚度，减小了结构的变形。
【IPC分类】G06F17/50, G06T17/00
【公开号】CN105005648
【申请号】CN201510391568
【发明人】朱明娟, 纪爱敏
【申请人】河海大学常州校区
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月6日