一种伸缩吊臂动态模型的集成优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种伸缩吊臂动态模型的集成优化设计方法，确定伸缩吊臂设计过程中的设计变量、体积目标函数和若干个局部稳定性性能约束条件，利用ISIGHT多学科优化平台和ANSYS有限元分析软件进行集成优化。通过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。在每次循环分析的过程中，ISIGHT可以实现实时的监控，产品的设计参数输入和性能参数输出都可以在过程中显示，方便设计人员进行监控。通过本发明的优化，较好的解决了伸缩吊臂的动态分析问题，最终获得令伸缩吊臂局部稳定性性能更优的全局解。在保证伸缩吊臂承载能力的前提下进一步减小了吊臂的整体体积，在实际使用中取得了良好的效果。
【专利说明】一种伸缩吊臂动态模型的集成优化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用ISIGHT优化平台调用ANSYS有限元分析软件的伸缩吊臂集成优化方法，属于机械设计与自动化领域。
【背景技术】
[0002]随着汽车起重机的起重能力、作业幅度和高度的要求越来越大，需设计自重轻和高承载能力的吊臂。为减轻吊臂自重，需增大吊臂截面的尺寸和高宽比，达到充分利用材料的承载能力。但是吊臂在工作过程中，腹板容易出现局部失稳而破坏，因此有必要对伸缩吊臂的动态性能进行深入优化。对于伸缩吊臂的动态优化应该在保证其局部稳定性约束条件的前提下以高承载、轻自重为目标进行设计。现有的利用ANSYS等软件的优化由于受到软件优化能力的局限，因此并不能得到最优的设计方案。
【发明内容】
[0003]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种伸缩吊臂动态模型的集成优化方法，利用ISIGHT优化平台调用ANSYS有限元分析软件的伸缩吊臂集成优化方法，该方法运用ANSYS对吊臂进行局部稳定性分析，并通过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，提高伸缩吊臂的优化效率和优化精度。
[0004]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0005]一种伸缩吊臂动态模型的集成优化方法，其特征在于:包括以下步骤:
[0006]⑴在ANSYS有限元分析软件中建立伸缩吊臂动态模型，并通过对吊臂局部稳定性相关性能进行分析后得到集成优化的输入文件input和output输出文件；
[0007]⑵ANSYS通过编程的方式与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；
[0008]⑶采用批处理的方式借助analysis, bat脚本的方式驱动ANSYS进行有限元分析；
[0009]⑷读取输出文件，从中调取吊臂优化问题的目标值、约束值和设计变量优化值；
[0010](5)利用ISIGHT中的优化算法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，传递至ANSYS进行下一轮优化迭代；
[0011](6)直到输出文件传递出的约束值符合问题需求，则集成优化结束，输出全局最优解。
[0012]建立伸缩吊臂动态模型时，首先确定伸缩吊臂的设计变量、体积目标函数和若干个局部稳定性性能约束条件，然后根据这些参量建立吊臂模型。
[0013]吊臂局部稳定性相关性能参数至少包括屈曲载荷。
[0014]伸缩吊臂动态分析主要考虑基本臂状态。
[0015]建立基本臂设计变量、体积目标函数和局部稳定性约束条件如下:
[0016]X = [Q11H11W11R1-A1][0017]min f = V
[0018]0.8 ≤(O1 ≤ 1.0，0.57 ≤ H1 ≤ 0.612，0.37 ^ W1 ^ 0.404，
[0019]F2= λ ^F1/((R^A1) *1000000)≤ 484
[0020]R1 e [0.0050，0.0060，0.0070]，
[0021]A1 e [0.000，0. 0010，0.0020]
[0022]其中，伸缩吊臂的设计变量集合X中，H1为伸缩吊臂基本臂的高度I1为基本臂的宽度；Q1为吊臂下截面NURBS曲线的权重值况为吊臂基本臂的上半截面板厚A1为吊臂基本臂上下板厚度差值；λ为最小特征值，F1为吊臂危险截面最大应力值，由此求得屈曲临界载荷F2,要求小于吊臂屈服应力484MPa ；min f为吊臂的体积目标函数。
[0023]RJA1为基本臂的下板厚，保证优化过程中基本臂上板厚度不大于其下板厚。
[0024]上述步骤(5)为本方法的一个关键步骤，其利用ISIGHT的优化求解能力实现了对ANSYS软件调用后进行自动仿真的功能，并且能够科学的对新的设计变量取值进行选定，从而快速的靠近优化问题的全局优化解。
[0025]有益效果:本发明提供的伸缩吊臂动态模型的集成优化方法，通过集成ISIGHT优化平台与ANSYS分析软件可以用来解决不同的分析问题，并且可以嵌套和组合任意的求解策略。通过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。在每次循环分析的过程中，ISIGHT可以实现实时的监控，产品的设计参数输入和性能参数输出都可以在过程中显示，方便设计人员进行监控。通过本发明的优化，最终获得令伸缩吊臂局部稳定性性能更优的全局解。此方法的优化结果精确可信，在保证伸缩吊臂承载能力的前提下进一步减小了吊臂的整体体积，在实际使用中取得了良好的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为吊臂基本臂截面NURBS曲线图；
[0027]图2为本发明的集成流程图；
[0028]图3为集成优化可行性验证图；
[0029]图4为优化后基本臂位移云图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实例对本发明作更进一步的说明。
[0031]建立伸缩吊臂的优化模型
[0032]本发明以SQS500A型伸缩吊臂为例，主要涉及参数的初始值如表1所示；
[0033]表1优化前吊臂参数一览
[0034]
【权利要求】
1.一种伸缩吊臂动态模型的集成优化方法，其特征在于:包括以下步骤: (I)在ANSYS有限元分析软件中建立伸缩吊臂动态模型，并通过对吊臂局部稳定性相关性能进行分析后得到集成优化的输入文件input和output输出文件； ⑵ANSYS通过编程的方式与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； ⑶采用批处理的方式借助analysis, bat脚本的方式驱动ANSYS进行有限元分析； ⑷读取输出文件，从中调取吊臂优化问题的目标值、约束值和设计变量优化值； (5)利用ISIGHT中的优化算法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，传递至ANSYS进行下一轮优化迭代； (6)直到输出文件传递出的约束值符合问题需求，则集成优化结束，输出全局最优解。
2.根据权利要求1所述的伸缩吊臂动态模型的集成优化方法，其特征在于:建立伸缩吊臂动态模型时，首先确定伸缩吊臂的设计变量、体积目标函数和若干个局部稳定性性能约束条件，然后根据这些参量建立吊臂模型。
3.根据权利要求1或2所述的伸缩吊臂动态模型的集成优化方法，其特征在于:吊臂局部稳定性相关性能参数至少包括屈曲载荷。
4.根据权利要求2所述的伸缩吊臂动态模型的集成优化方法，其特征在于:伸缩吊臂动态分析主要考虑基本臂 状态。
5.根据权利要求4所述的伸缩吊臂动态模型的集成优化方法，其特征在于:建立基本臂设计变量、体积目标函数和局部稳定性约束条件如下:
X = [ω ^H1, W1, R1.A1]
min f = V
0.8 ^ ω! ^ 1.0, 0.57 ^ H1 ^ 0.612, 0.37 ^ W1 ^ 0.404，
F2= λ ^F1/((R^A1) *1000000)≤ 484
R1 e [0.0050,0.0060,0.0070],
A1 e [0.000，0.0010，0.0020] 其中，伸缩吊臂的设计变量集合X中，H1为伸缩吊臂基本臂的高度I1为基本臂的宽度；O1为吊臂下截面NURBS曲线的权重值况为吊臂基本臂的上半截面板厚A1为吊臂基本臂上下板厚度差值；λ为最小特征值，F1为吊臂危险截面最大应力值，由此求得屈曲临界载荷F2，要求小于吊臂屈服应力484MPa ；min f为吊臂的体积目标函数。
6.根据权利要求5所述的伸缩吊臂动态模型的集成优化方法，其特征在于=RfA1为基本臂的下板厚，保证优化过程中基本臂上板厚度不大于其下板厚。
【文档编号】G06F17/50GK104008253SQ201410261132
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】纪爱敏, 殷旭, 宋伟伟, 朱明娟, 王铭龙, 李润 申请人:河海大学常州校区