桥式起重机箱形主梁混合微粒群优化方法研究

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1、中北大学学位论文桥式起重机箱形主梁混合微粒群优化方法研究摘要桥式起重机作为国民经济发展建设中的一种大型起重搬运设备，已经基本形成了通用化和系列化的格局。在2015年度国家科技支撑计划项目中，桥式起重机械轻量化设计关键技术研究与应用被列为制造业中的首要任务，由此看来，探究一种实用、有效的优化设计方法用于桥式起重机关键部件的轻量化设计显得尤为重要。桥式起重机主梁优化属于高维、多约束、离散变量的复杂优化问题，传统的优化设计方法解决该问题存在计算效率低、容易陷入局部最优解等局限性，鉴于此，本文提出一种混合微粒群优化算法用于桥式起重机主梁优化设计，主要研究内容如下：（1）分析起重机主

2、梁结构优化的特点，给出桥式起重机箱形主梁的优化设计流程。（2）以桥式起重机箱形主梁截面面积为目标函数，主梁截面参数中的5个尺寸为设计变量，以主梁力学性能、制造工艺、边界尺寸等方面要求为约束条件，建立主梁优化的数学模型。（3）通过分析微粒群优化算法（ParticleSwarmOptimization，PSO）和模拟退火算法(SimulatedAnnealing，SA)的优缺点，将SA中的Metropolis准则引入到非线性递减惯性权重（LWPSO）算法中，提出SA-LWPSO混合优化算法，由于桥式起重机主梁属于有约束的优化问题，本文将罚函数与上述混合微粒群算法相结合，形成结合

3、罚函数的混合微粒群优化算法。（4）分别应用标准测试函数和起重机主梁优化实验案例对本文混合算法进行仿真实验，并与已发表文献做出对比，本文算法在收敛性能、优化结果、得到全局最优解的稳定性三方面均有优势。（5）以某公司32t双梁桥式起重机箱形主梁为研究对象，以Matlab为编程语言，分别应用基本PSO算法和本文混合算法实现桥式起重机主梁优化设计。优化结果表明在满足主梁所有性能要求的前提下，基本PSO算法比优化前工程实例中主梁截面面积减少了13.5%，本文混合算法减少了20.3%，最后应用ANSYS软件分别对主梁优化前后的模型进行有限元分析，验证了本文算法优化结果的可行性。关键字：

4、桥式起重机，主梁，结构优化设计，微粒群优化算法，数学模型中北大学学位论文HybridParticleSwarmOptimizationMethodStudyofBridgeCraneBoxGirderAbstractBridgecranehasbeenbasicallyformedapatternofuniversalandserializationasalargeliftinghandlingequipmentinthenationaleconomydevelopmentandconstruction.IntheNationalScienceandTechnologySu

5、pportProgramin2015,theresearchandapplicationofbridgeCranelightweightdesignkeytechnologywaslistedtobetheprimarytaskinthemanufacturingfield.Soitisimportanttoexploreapracticalandeffectiveoptimizationdesignmethodforlightweightdesignofthebridgecranekeycomponents.Bridgecranemaingirderoptimizatio

6、ndesignisakindofnonlineardiscretevariablescomplexoptimizationproblemwhichiswithmulti-dimensional,multi-constrained.Thetraditionaloptimizationmethodstosolvethisproblemexistvariouslimitate.Sothispaperpresentsahybridparticleswarmoptimizationalgorithmforbridgecranegirderoptimizationdesign.Them

7、aincontentsareasfollowed:(1)Giventheprocessofthecranemaingirderoptimizationdesignbasedontheanalysisofcranestructureoptimizationfeatures.(2)Settingthesectionalareaofbridgecraneboxgirderasobjectivefunction,Settingthefivedimensionsofgirdersectionalparametersasdes