專利名稱：基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種揭蓋機液壓缸支承座的優(yōu)化設計方法，尤其涉及一種基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，屬于高爐冶煉技術領域。
背景技術：
高爐冶煉的環(huán)保要求越來越高，目前新建的高爐基本上都要求使用揭蓋機。揭蓋機的作用是移動溝蓋，在高爐出鐵時蓋上溝蓋(避免揚塵、噴濺、熱輻射等)，鐵水出完后將溝蓋移走。檢修時，揭蓋機需要將溝蓋移動到檢修吊車能夠作業(yè)的區(qū)域。旋轉式揭蓋機(專利公開號CN 101445846A)具有整體設計小巧，高度矮，能適應高爐“頂吸+側吸”的抽塵要求等特點。在實際應用中，由于采用液壓缸提升杠桿臂并和旋轉座一起做旋轉提升的動作時，液壓缸支承座受到復雜的交變載荷作用力，會產(chǎn)生應力集中，是整個旋轉式揭蓋機受力的支撐關鍵部件，其結構設計極為重要。因此，在保障液壓缸運動與支承座不發(fā)生干涉的情況下，對液壓缸支承座進行優(yōu)化設計在整個揭蓋機的設計至關重要。檢索現(xiàn)有專利發(fā)現(xiàn)上海交通大學朱平等申請專利“基于響應面法的轎車車身零件輕量化方法”(公開號CN 1758255A)將響應面方法應用于汽車零件輕量化中，取得很好的減重效果。本發(fā)明與其不同之處在于，針對揭蓋機的液壓缸支承座設計特點，提出基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，首先，高爐冶煉設備屬于重工業(yè)設備，不以輕量化為主導，而注重于在各種復雜交變載荷作用下的應力分布設計優(yōu)化。其次，本發(fā)明采用拉丁超立方實驗設計方法，能夠以較少的采樣點最大限度的覆蓋整個設計空間，具有較好的計算性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對揭蓋機液壓缸支承座受復雜交變載荷的作用易產(chǎn)生應力集中的問題，提供一種基于響應面的快捷、智能的液壓缸支承座結構優(yōu)化設計方法。其中，采用了實驗設計方法、有限元計算技術、響應面近似模型技術和優(yōu)化算法技術等，使得整個設計優(yōu)化過程快速、有效，并且易于工程人員掌握。本發(fā)明提供的基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，是一種基于響應面的差值擬合理論，預測優(yōu)化揭蓋機液壓缸支承座最優(yōu)設計方案的方法，其步驟包括
(1)確定液壓缸支承座的基本外形及初步尺寸
分析揭蓋機液壓缸支承座的受力與應力分布，確定支承座的外形及初步尺寸，完成概念設計；
(2)分析并定義影響液壓缸支承座形狀的尺寸變量、定義域及其相互約束關系 在保證支承座承載能力的基礎上，分析影響其形狀的尺寸變量，包括鋼板長、寬、傾斜
角度，過渡圓角半徑，以及焊縫坡口尺寸等，定義變量的相互幾何約束，并給定這些變量的定義域；(3)采用拉丁超立方實驗設計方法對設計空間進行采樣
將唯設計空間中的每一維均勻劃分為i個等量區(qū)間，并在每個等量區(qū)間內(nèi)隨機采樣，實現(xiàn)對每一維坐標軸進行均勻覆蓋，最終實現(xiàn)通過i個采樣點覆蓋整個液壓缸支承座的設計空間；
(4)有限元軟件仿真計算油缸支承座的應力、應變
依據(jù)樣本數(shù)據(jù)進行實體建模，利用有限元方法分析液壓缸支承座的應力響應，得到樣本數(shù)據(jù)所對應的結構形式的應力，即為整個設計空間中樣本數(shù)據(jù)的響應值；
(5)構建響應面模型并進行評估
用樣本數(shù)據(jù)及應力值構建響應面近似模型，得到模型f = /( , ,... ),并對響應面模型的精度進行評估，式中，F(xiàn)表示采用有限元方法得到的樣本數(shù)據(jù)響應值，巧，而，... 表亍
組采樣數(shù)據(jù)值，/Θ表示6, ,... ,與:r之間的函數(shù)關系；
(6)構建、求解數(shù)學優(yōu)化模型并確定最終方案
構建數(shù)學優(yōu)化模型，求解最小應力值，并采用有限元方法進行驗證，確定支承座最優(yōu)化設計方案；
經(jīng)過上述步驟，實現(xiàn)基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計。本發(fā)明實現(xiàn)步驟(3)的方法可以是每一維坐標軸代表一個設計變量，因此個 設計變量即組成唯設計空間。設計人員按照設計規(guī)范和要求，確定/個采樣點，然后分別對《維的坐標均勻劃分力段區(qū)間，整個設計空間就被劃分為尸個子空間，從中選擇i個子空間，i個采樣點分別隨機分布在這I個子空間內(nèi)部，并且保證每個子空間內(nèi)部只有一個采樣點，在這種機制的規(guī)范下，只采用/個采樣點即可覆蓋整個揭蓋機液壓缸支承座的空間， 每維坐標的采樣點為I個。本發(fā)明實現(xiàn)步驟(4)的方法可以是獲得的‘組采樣數(shù)據(jù)，是相關結構的外形變量尺寸值，根據(jù)這些尺寸值，完成揭蓋機液壓缸支承座三維實體建模。然后對此三維實體模型添加邊界條件及相關約束，采用有限元方法進行計算，得到樣本數(shù)據(jù)尺寸所確定的結構形式的應力。得到的應力值即為整個液壓缸支承座設計空間中樣本數(shù)據(jù)的響應值。本發(fā)明實現(xiàn)步驟(5)的方法可以是對應支承座尺寸變量1,在確
定的邊界條件及約束后，得到應力值 ' = [Λ>Λ,..·Λ]，然后構建響應面方法，對實際得到的
相關數(shù)據(jù)做多項式逼近處理以獲得尺寸變量與結構應力之間的近似模型r =/0 , ,... )
，最后采用包括最大絕對誤差，最大真實誤差，平均絕對誤差、平均真實誤差和平均誤差指標，評估響應面近似模型的精度。本發(fā)明實現(xiàn)步驟(6)的方法可以是構建響應面近似模型后，以支承座的外形參數(shù)的幾何關系和重型機械設計相關標準為約束，以支承座所受應力為優(yōu)化目標，建立數(shù)學優(yōu)化模型進行函數(shù)優(yōu)化，獲取整個設計空間中的最優(yōu)數(shù)值解，最后，采用有限元計算方法對優(yōu)化得到的最佳方案進行驗證，確定支承座的最優(yōu)化設計方案。所述數(shù)學優(yōu)化模型為前面所述的基于變量if = , ,... ]與應力值7=[Λ，·>ν.·Λ]建立的響應面模型，表示出了液壓缸支承座變量與應力之間的非線性函數(shù)
關系7 = /( ,4,... )。由于液壓缸支承座的結構設計影響其工作時的應力變化，所以，以
優(yōu)化模型以^ =/ , ,... )為目標函數(shù)，以變量之間的幾何關系、相關重型機械設計標準為約束，建立數(shù)學優(yōu)化模型。本發(fā)明采用有限元計算方法對優(yōu)化得到的最佳方案進行驗證的方法可以是由于采用數(shù)學優(yōu)化模型得到的最優(yōu)解是在近似模型的基礎上計算獲得，存在一定誤差，所以本發(fā)明在計算獲得最優(yōu)解后，采用有限元模型對數(shù)值計算的最優(yōu)方案進行分析，驗證基于響應面的數(shù)值優(yōu)化計算得到的應力值是否真實，保證整個發(fā)明計算過程與結果的可信度。所述支承座的最優(yōu)化設計方案是傳統(tǒng)的有限元計算方法，只能試算整個液壓缸支承座設計空間中的幾個設計方案，采用手工設計的方法很難得到全局最優(yōu)方案。本發(fā)明采用基于響應面模型的數(shù)學優(yōu)化模型為指導，保證計算結果為整個設計空間的最優(yōu)解，即在揭蓋機液壓缸支承座設計方案中，這種設計變量所確定的結構受交變載荷后應力最小。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下的主要有益效果
1.計算速度快，縮短揭蓋機的開發(fā)設計時間。即使是采用先進的有限元計算軟件能夠較為準確并快速的仿真支承座的受力情況，但是對于不同的變量，工程設計人員需要進行大量的方案仿真計算，時間花費大。本發(fā)明在實驗設計采樣的基礎上，經(jīng)過少量采樣計算， 即可確定支承座最優(yōu)化設計方案。2.設計方案最優(yōu)。傳統(tǒng)手工計算的方法，即使經(jīng)過大量的變量修改，也不能保證整個支承座的設計方案最優(yōu)。本發(fā)明通過智能優(yōu)化方法能夠得到液壓缸支承座的整個設計空間的最優(yōu)設計方案。便于指導工程設計人員對進行最優(yōu)結構設計。3.計算精度高。采用先進的響應面模型對支承座的變量值和應力響應值進行近似建模，能夠通過選擇響應面模型的階數(shù)保證整個計算過程的精度，誤差控制在10_6mm以內(nèi)， 足夠滿液壓缸足支承座設計要求。4.在液壓缸支承座的設計中，采用了拉丁超立方實驗設計方法，實現(xiàn)了利用有限采樣點最大限度的覆蓋整個支承座設計變量組成的設計空間。


圖1為本發(fā)明的流程示意圖。圖2為揭蓋機液壓缸支承座的結構示意圖。圖3為圖2的俯視圖。 圖4為& , X2相對于y的三維圖。圖5為等高線圖。圖6為而，X3相對于y的三維圖.
圖7為等高線圖。圖8為實驗采樣點處近似值與真實值誤差圖。圖9為實驗采樣點處近似值與真實值殘差百分比圖。圖中1.提升液壓缸；2.液壓缸支承座；3.旋轉座。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不限定本發(fā)明。本發(fā)明提供的基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，其流程如圖1所示，步驟包括
1.確定液壓缸支承座的基本外形；
在滿足揭蓋機液壓缸支承座的所有功能的基礎上，分析整個支承座的受力與應力分布，根據(jù)設計規(guī)范及經(jīng)驗，確定支承座的外形及初步尺寸等，完成初步概念設計。具體是旋轉式揭蓋機通過提拉旋轉將溝蓋移動到工作位或者檢修位，提拉溝蓋的動作主要是通過提升液壓缸推動杠桿臂完成。因此液壓缸支承座是整個揭蓋機完成其揭蓋功能的關鍵部件，極易產(chǎn)生應力集中。支承座上的開孔用于將液壓缸固定于支承座上。由于整個提升過程會產(chǎn)生1. OBXlO6N的交變載荷，根據(jù)設計經(jīng)驗需要在支承座的上部做成斜拉式的結構。但是，由于受到液壓缸行程擺動的影響，標準的直線式斜拉結構受到限制，所以初步確定方案為圖2所示，帶圓弧過渡的斜拉式結構，其中各個變量如何最終確定需要進行優(yōu)化設計，如果采用人工組合各種方案需要大量的人力和計算時間。2.分析并定義影響液壓缸支承座形狀的尺寸變量、定義域及其相互約束；
經(jīng)過概念設計，在保證支承座有足強度的基礎上，確定影響其形狀的尺寸變量如鋼板長、寬、傾斜角度，過渡圓角以及焊縫坡口尺寸等，定義這些變量的相互約束。并根據(jù)重型機械標準以及設計規(guī)范，確定這些變量的定義域。例如如圖2和圖3所示，提升液壓缸1固定在液壓缸支承座2上，液壓缸支承座焊接到旋轉座3筒壁上。根據(jù)實際設計需要，定義四個支承座的主要設計尺寸變量，A 支
承座上橫向傾斜角度；而支承座上豎向傾斜角度， -支承座上過渡圓弧半徑，飛4 支承座總高度。圖2和圖3中D為固定值275mm。定義各個變量的定義域而€
,單位度(")；& e[5，45],單位度
% e [30,60],單位mm ; A e [ 380,450],單位mm，并確定四個變量的初始值為巧=10 , x2 = 40, X3 = 50 , x4 = 380。3.采用拉丁超立方實驗設計方法對空間進行采樣；
拉丁超立方方法是一種均勻采樣的實驗設計方法，能夠?qū)崿F(xiàn)以較少采樣點最大限度覆蓋整個設計空間特點的目的。在揭蓋機液壓缸支承座設計優(yōu)化過程中，定義每一維坐標軸代表一個設計變量，因此， 個設計變量即組成《維設計空間。由于高維設計空間的計算代價高，計算時間長，所以，采用拉丁超立方方法對整個唯揭蓋機液壓缸支承座的空間進行數(shù)值采樣，以達到用較少采樣點最大限度覆蓋整個設汁空間的目的。設計人員按照設計規(guī)范和要求，確定個采樣點，然后分別對《維的坐標均勻劃分力 段區(qū)間，整個設計空間就被劃分為廣個子空間，從中選擇？個子空間，/個采樣點分別隨機分布在這/個子空間內(nèi)部，并且保證每個子空間內(nèi)部只有一個采樣點，在這種機制的規(guī)范下，實現(xiàn)以/個采樣點最大限度覆蓋整個支承座設計空間的高效率采樣。
例如以4個設計變量(巧，巧，Λ3 , X4 )組成4維設計空間。采用拉丁超立方方法
對整個4維揭蓋機液壓缸支承座的空間進行數(shù)值采樣，以達到用較少采樣點最大限度覆蓋整個設計空間的目的。設計人員按照設計規(guī)范和要求，確定15個采樣點，然后分別對4維的坐標均勻劃分為15段區(qū)間，整個設計空間就被劃分為154個子空間，從中選擇15個子空間，15個采樣點隨機分布在這個15個子空間內(nèi)部，并且保證每個子空間內(nèi)部只有一個采樣點，在這種機制的規(guī)范下，達到用較少采樣點最大限度的覆蓋整個設計空間的目的。4.有限元軟件仿真計算油缸支承座的應力、應變；
獲得的組采樣數(shù)據(jù)，是相關結構的外形變量尺寸值，根據(jù)這些尺寸值，完成揭蓋機液壓缸支承座三維實體建模。然后對此三維實體模型添加邊界條件及相關約束，采用有限元方法進行計算，計算樣本數(shù)據(jù)尺寸所對應的結構形式的應力。此應力值即為整個液壓缸支承座設計空間中樣本數(shù)據(jù)的響應值。例如本實施例獲得的15組采樣數(shù)據(jù)(如表1所示)，是相關結構的外形變量尺寸值，根據(jù)這些尺寸值，完成揭蓋機液壓缸支承座三維實體建模。然后對此三維實體模型添加邊界條件及相關約束，采用有限元方法進行計算，得到樣本數(shù)據(jù)尺寸所對應的結構形式的應力。得到的應力值即為整個液壓缸支承座設計空間中樣本數(shù)據(jù)的響應值Y。詳細響應值數(shù)據(jù)見表1。5.構建響應面模型并進行評估
對應支承座外形變量14 ,... ],在確定的邊界條件及約束后，得到的應力值
F = Ly1J2,...Λ],特別是對于結構較為復雜的分析對象，XJ之間是一種未知的高度非線
性關系，經(jīng)典的材料力學無法求得其函數(shù)關系。響應面方法，是一種利用統(tǒng)計學和數(shù)學的知識，通過簡單的表達式對實際得到的相關數(shù)據(jù)做多項式逼近處理以獲得外形參數(shù)與結構應
力之間的近似模型F = /( ,5,... ),有利于進一步進行支承座的結構分析計算。響應面模
型建立后，采用最大絕對誤差，最大真實誤差，平均絕對誤差、平均真實誤差和平均誤差等指標，評估響應面近似模型的精度。例如根據(jù)表1中的采樣點尺寸變量值和應力值，以I= ( , , }為尺寸變量，以Y為響應，采用響應面近似模型進行建模，得到二次響應面的表達式如下
y = α9655 +6.4852 - 0.0542 -1.011 - 4.456 — 03283 2 -1667 - 0.944 2
-1.715 + 2.57 x2x3 -1.06 2-1.519χΛ — 0.604χ3χ4 +3.367 X3X4 + 3.493 2
圖4和圖5分別為巧，X2相對于y的三維圖與等高線圖，圖6和圖7分別為&，而相對
于y的三維圖與等高線圖。對得到的響應面模型中每個實驗采樣點進行誤差評估，得到評估指標值如下
最大絕對誤差2. 8422X 10_13最大真實誤差1. 6241 X 10_13
平均絕對誤差1. 1842 X 10_13平均真實誤差8. 0544X 10_13
平均誤差 4. 4527Χ1(Γ13
5項評估指標說明，計算得出的響應面模型與真實采樣點之間的誤差在10_13級別，在工程設計項目中這樣的誤差絕對能夠滿足要求。圖8為實驗采樣點處近似值與真實值誤差圖，圖9為實驗采樣點處近似值與真實值殘差百分比圖。從圖8和圖9中看出在第9組采樣點處近似值與真實值的誤差最大，在第4組采樣點出近似值與真實值的誤差最小。不過都控制在l(T12mm范圍之內(nèi)。6.構建、求解數(shù)學優(yōu)化模型并確定最終方案。構建響應面近似模型后，以支承座的尺寸變量之間幾何關系和重型機械設計相關標準為約束，以支承座所受應力為優(yōu)化目標，建立數(shù)學優(yōu)化模型進行函數(shù)優(yōu)化，求解整個支承座設計空間中的最優(yōu)數(shù)值解。按照最優(yōu)解數(shù)值并結合工程應用要求，確定尺寸變量的最優(yōu)取值。最后采用有限元計算方法對優(yōu)化得到的最佳方案進行驗證，確定支承座的最終優(yōu)化設計方案。例如本實施例在建立了設計變量Z= 6, , }與應力ν的響應面近似模型
后，確定優(yōu)化的數(shù)學模型如下 求目標函數(shù)最小值
7 = 0.9655+6.4852 -0.0542 -1.011 -4.456^-0.5283 2 -1.667 -0.944 2
-IJiSX1X3 + 2.57 X2X3 -1 ■ 06xj -1.519 X1K4 - 0. 604.T2X4 +3,367 +3.493x^
約束為0^x1《15 ； 5<X2 <45 ；30<X3^60 ； 380< A4 <450 ;y>()
用蟻群優(yōu)化算法，求得上述數(shù)學模型的最有解為
X1 = 14.6° , I2 = 44,2 mm, X3 = 58° , x4 = 448.76 mm,此時，7 = 73.659 Mpa
根據(jù)實際機械設計規(guī)范與經(jīng)驗，對上述四個變量取整為 X1 = 15°，X2 = 45 mm, = 60°，X4 = 450 mm,
遵循上述設計變量的取值建立三維模型，設定實際工況邊界條件與約束，并進行有限元方法進行計算，得到最大應力值為75.9Mpa。利用設計變量的初始取值巧=10° , ^2 = 20
mm, x3 = 50- , x4 = 380 mm,進行有限元計算得到應力最大為168Mpa。采用此發(fā)明方法設計前
后液壓缸支承座設計變量與應力對比結果如表2所示，優(yōu)化后的液壓缸支承座應力比優(yōu)化前降低54. 8%。上述實施例子的詳細步驟與結果表明，本發(fā)明提出的基于響應面的旋轉式揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，結合拉丁超立方采樣方法，并基于響應面近似模型，獲得支承座最優(yōu)設計方案，優(yōu)化后將應力降低了 54. 8%。解決了原始手工進行設計優(yōu)化無法獲得支承座整個設計空間最優(yōu)解的問題，此發(fā)明提高了液壓缸支承座的設計開發(fā)效率，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，并且通過智能計算方法輔助設計人員獲得可靠性高的液壓缸支承座最優(yōu)化設計方案。附表
表1實驗采樣數(shù)據(jù)及應力響應
權利要求
1.一種基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，其特征是一種基于響應面的差值擬合理論，預測優(yōu)化揭蓋機液壓缸支承座最優(yōu)設計方案的方法，其步驟包括(1)確定液壓缸支承座的基本外形及初步尺寸分析揭蓋機液壓缸支承座的受力與應力分布，確定支承座的外形及初步尺寸，完成概念設計；(2)分析并定義影響液壓缸支承座形狀的尺寸變量、定義域及其相互約束關系 在保證支承座承載能力的基礎上，分析影響其形狀的尺寸變量，包括鋼板長、寬、傾斜角度，過渡圓角半徑，以及焊縫坡口尺寸等，定義變量的相互幾何約束，并給定這些變量的定義域；(3)采用拉丁超立方實驗設計方法對設計空間進行采樣將《維設計空間中的每一維均勻劃分為/個等量區(qū)間，并在每個等量區(qū)間內(nèi)隨機采樣， 實現(xiàn)對每一維坐標軸進行均勻覆蓋，最終實現(xiàn)通過I個采樣點覆蓋整個液壓缸支承座的設計空間；(4)有限元軟件仿真計算油缸支承座的應力、應變依據(jù)樣本數(shù)據(jù)進行實體建模，利用有限元方法分析液壓缸支承座的應力響應，得到樣本數(shù)據(jù)所對應的結構形式的應力，即為整個設計空間中樣本數(shù)據(jù)的響應值；(5)構建響應面模型并進行評估用樣本數(shù)據(jù)及應力值構建響應面近似模型，得到模型f = /( , &，...％),并對響應面模型的精度進行評估，式中，f表示采用有限元方法得到的樣本數(shù)據(jù)響應值， , ，... ,表示I組采樣數(shù)據(jù)值，/(·)表示. 與F之間的函數(shù)關系；(6)構建、求解數(shù)學優(yōu)化模型并確定最終方案構建數(shù)學優(yōu)化模型，求解最小應力值，并采用有限元方法進行驗證，確定支承座最優(yōu)化設計方案；經(jīng)過上述步驟，實現(xiàn)基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，其特征在于實現(xiàn)步驟(3)的方法是每一維坐標軸代表一個設計變量，因此，微個設計變量即組成皿維設計空間；設計人員按照設計規(guī)范和要求，確定I個采樣點，然后分別對.w維的坐標均勻劃分為I段區(qū)間，整個設計空間就被劃分為廣個子空間，從中選擇/個子空間，/個采樣點分別隨機分布在這/個子空間內(nèi)部，并且保證每個子空間內(nèi)部只有一個采樣點，在這種機制的規(guī)范下，只采用/個采樣點即可覆蓋整個揭蓋機液壓缸支承座的空間，每維坐標的采樣點為 /個。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，其特征在于實現(xiàn)步驟(4)的方法是獲得的I組采樣數(shù)據(jù)，是相關結構的外形變量尺寸值，根據(jù)這些尺寸值，完成揭蓋機液壓缸支承座三維實體建模；然后對此三維實體模型添加邊界條件及相關約束，采用有限元方法進行計算，得到樣本數(shù)據(jù)尺寸所確定的結構形式的應力；得到的應力值即為整個液壓缸支承座設計空間中樣本數(shù)據(jù)的響應值。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，其特征在于實現(xiàn)步驟(5)的方法是對應支承座尺寸變量14 , ,... ]，在確定的邊界條件及約束后，得到應力值F = [Λ，Λ，. ·Λ]，然后構建響應面方法，對實際得到的相關數(shù)據(jù)做多項式逼近處理以獲得尺寸變量與結構應力之間的近似模型F =/( , ,... )，最后采用包括最大絕對誤差，最大真實誤差，平均絕對誤差、平均真實誤差和平均誤差指標，評估響應面近似模型的精度。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，其特征在于實現(xiàn)步驟(6)的方法是構建響應面近似模型后，以支承座的外形參數(shù)的幾何關系和重型機械設計相關標準為約束，以支承座所受應力為優(yōu)化目標，建立數(shù)學優(yōu)化模型進行函數(shù)優(yōu)化，獲取整個設計空間中的最優(yōu)數(shù)值解，最后，采用有限元計算方法對優(yōu)化得到的最佳方案進行驗證，確定支承座的最優(yōu)化設計方案。
6.根據(jù)權利要求5所述的基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，其特征在于所述數(shù)學優(yōu)化模型為前面所述的基于變量1 = , ，…U與應力值J7 = Ly1.外…W 建立的響應面模型，表示出了液壓缸支承座變量與應力之間的非線性函數(shù)關系 7 = / 由于液壓缸支承座的結構設計影響其工作時的應力變化，所以，以優(yōu)化模型以F = /0^ .... )為目標函數(shù)，以變量之間的幾何關系、相關重型機械設計標準為約束，建立數(shù)學優(yōu)化模型。
7.根據(jù)權利要求5所述的基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，其特征在于采用有限元計算方法對優(yōu)化得到的最佳方案進行驗證的方法是在計算獲得最優(yōu)解后， 采用有限元模型對數(shù)值計算的最優(yōu)方案進行分析，驗證基于響應面的數(shù)值優(yōu)化計算得到的應力值是否真實，保證整個發(fā)明計算過程與結果的可信度。
8.根據(jù)權利要求5所述的基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，其特征在于所述支承座的最優(yōu)化設計方案是采用基于響應面模型的數(shù)學優(yōu)化模型為指導，保證計算結果為整個設計空間的最優(yōu)解，即在揭蓋機液壓缸支承座設計方案中，這種設計變量所確定的結構受交變載荷后應力最小。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優(yōu)化設計方法，其是一種基于響應面的差值擬合理論，預測優(yōu)化液壓缸支承座最優(yōu)化設計方案的方法，其步驟為(1)確定液壓缸支承座的基本外形及初步尺寸；(2)分析并定義影響液壓缸支承座形狀的尺寸變量、定義域及其相互約束關系；(3)采用拉丁超立方實驗設計方法對空間進行采樣；(4)采用有限元方法分析液壓缸支承座的應力響應；(5)構建響應面模型，并對模型精度進行評估；(6)構建數(shù)學優(yōu)化模型，求解最小應力值，并采用有限元方法進行驗證，確定支承座最優(yōu)化設計方案。本發(fā)明能夠大量縮減計算時間，降低計算成本，并且能夠獲得高質(zhì)量、可靠的揭蓋機液壓缸支承座設計方案。
文檔編號G06F17/50GK102360402SQ201110328429
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權日2011年10月26日
發(fā)明者尉強, 康曉鵬, 張華軍, 田兆營, 褚學征, 譚輝, 陳方元 申請人:中冶南方工程技術有限公司