基于代理模型技术的某升降系统大立柱结构优化

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1、中北大学学位论文基于代理模型技术的某升降系统大立柱结构优化摘要大立柱结构是某设备升降系统的重要组成部分和承力部件。其重量在升降系统中占有重要比重。由于现有结构质量过重，给装配、运输带来很大不便，因此在保证其强度刚度的基础上，对其进行优化设计是一个急需解决的问题。由于大立柱结构设计参数较多，直接调用有限元模型进行优化设计耗时长、效率低。本文利用代理模型技术代替传统的有限元分析对大立柱结构进行优化，能有效的解决这一问题。关于本课题的研究，本文主要从以下几个方面进行展开：首先，对优化算法的发展状况和代理模型技术相关理论进

2、行介绍。对比分析了几种常用的试验设计方法，分析了近似代理模型基本原理和适用环境。其次，根据企业提供的相关资料，利用SOLIDWORKS和Workbench建立了大立柱的物理模型和有限元参数化模型。在此基础上，结合升降系统实际工作情况，利用Workbench中远程载荷来表示其计算载荷对大立柱模型进行不同工况下的静力学分析，由此获得其最危险工况并验证了现有结构存在较大的优化空间。然后，对大立柱结构参数进行灵敏度分析，确定了作为构建代理模型的七个设计因素，利用正交试验设计获取729组样本点。并联合SOLIDWORKS中的

3、设计表功能和Workbench有限元仿真功能来获取相应样本点的合位移和等效应力值。在此基础上分别构建出四种常用代理模型的等效应力和合位移代理模型，并利用随机产生的40组测试样本对构建出的代理模型进行评估，获取8组复相关系数和均方误差值。由此构建出了精度较高的多项式响应面等效应力代理模型和多项式响应面合位移代理模型。最后，以大立柱质量最轻为优化目标，将构建的等效应力代理模型和合位移代理模型不得超过许用值作为约束条件，并采用遗传算法进行优化。优化结果表明：优化后模型满足强度刚度设计要求，其质量减轻27.4%，优化运算时

4、间有大幅度减少。为企业提供了一种新的结构优化原理及方法，具有一定的工程应用价值。关键词：结构优化，参数化设计，有限元分析，代理模型中北大学学位论文OptimizationdesignofaliftingsystemoflargecolumnstructurebasedonsurrogatemodelAbstractLargecolumnstructure,whichoccupiesanimportantproportioninweight,isamajorpartandthesupportingpartofalif

5、tingsystem.Thecurrentstructureissoheavythattheyarehardtobeassembledandtransported.Therefore,Itisnecessarytooptimizationthisstructureonthebasisofmeetingtherequirementsofstrengthandrigidity.Becauseofthelargenumberofdesignparametersofthelargecolumn,itwilltakelong

6、timetooptimizethemwhenusethefiniteelementmodeldirectly,andtheefficiencyofoptimizationistoolow.InthispaperthisproblemcanbesolvedwhenusesurrogatemodelinsteadofthetraditionalFiniteelementanalysis.Thispapermainlycarriedoutfromthefollowingaspectstostudytheissue:Fir

7、stly,inthispaper，thedevelopmentstatusofoptimizationalgorithmandthetheoryofsurrogatemodelstrategywereintroduced.Acomparisonstudywasconductedforthebasicprincipleandapplicationenvironmentofthecommonuseddesignofexperimentandsurrogatemodel.Secondly,accordingtorelev

8、antdataprovidedbytheenterprise,thelargecolumnstructureparametricalfiniteelementmodelwasestablishedbyusingSOLIDWORKSandWorkbench.Accordingtothepracticalworkingcondition,thestaticana