基于响应面法的立式加工中心动静态多目标优化

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1、万方数据第47卷第ll期2011年6月机械工程学报JOURNALOFMEC：HANICALENGINEERINGVbl．47Jun．No．1120lDoI：10．3901，JME．2011．11．125基于响应面法的立式加工中心动静态多目标优化木姜衡1管贻生1邱志成1张宪民1陈忠1许冠2(1．华南理工大学机械与汽车工程学院广州510641；2．佛山市南海中南机械有限公司佛山528247)摘要：为了满足在保证加工中心初始动静态刚度的条件下达到整机轻量化的要求，提出基于质量和第一阶固有频率为目标函数的整机多目标优化设计方法。将有限元分析

2、和模态试验相结合，测试和分析整机动态特性，确保有限元模型精度。通过中心复合设计的试验方法选取合适的结构有限元分析样本点，在ANSYS仿真软件中对样本点处的整机动静态特性进行计算和分析，根据获取的响应值建立反映结构设计输入与响应输出关系的二次多项式响应面模型。利用转移哈默斯利抽样技术，抽取均匀分布于设计空间中的样本点，并对其进行权衡排序，获得较优的初始种群。运用多目标遗传算法对加工中心整机质量和第一阶固有频率进行多目标优化，得到Pareto优化解集，在保证加工中心整机动静态性能不降的前提下，质量减轻6．58％。结果表明，该方法具有较高

3、的精度和较强的工程实用性。关键词：响应面法优化设计多目标优化有限元法中图分类号：TG502DynamicandStaticMulti-objectiveOptimizationofaVerticalMachiningCenterBasedonResponseSurfaceMethodJIANGHen91GUANYishen91QiUZhichen91ZHANGXianminlCHENZhon91XUGuan2(1．SchoolofMechanical&AutomotiveEngineering，SouthChinaUniversit

4、yofTechnology,Guangzhou510641；2．FoshanNanhaiZhongnanMachineryCo．Ltd．，Foshan528247)Abstract：Inordertosatisfytheperformancerequirementofthedynamicandstaticstiffnessandlightweightofamachiningcentre，amethodofmulti-objectiveoptimizationdrivenbytheIn-stnaturalfrequencyandmas

5、sisproposed．Modalparametersareidentifiedbyusingacomprehensiveapproachbasedonmodaltestandfmiteelementanalysis．Theappropriatestructuralfiniteelementanalysissamplesindesignspacealeselectedbyusingthecentralcompositedesign(CCD)experimentmethod．Quadraticpolynomialsareemploye

6、dtoconstructresponsesurface(RS)model，whichreflectstherelationshipbetweendesigninputsandstructuralresponseoutputs，accordingtotheresponseoutputsofthesesamplesobtainedbyanalyzingthedynamicandstaticcharacteristicsofthemachiningcentreatthesesampleswiththesoftwareANSYS．Well-

7、distributedsamplesaregeneratedinthedesignspacebyshiftedHammersleysamplingmethod．Theprominentpointsareselectedasinitialsamples．ThegoalofgettinghigherfLrstnaturalfrequencyandlighterweightisreachedandtheParetooptimalsolutionsetisobtainedbythemulti—objectivegeneticalgorith

8、mintheoptimization．Throughtheoptimization．themassofthemachiningcenterisdecreasedby6．58％undertheconditionofensuringthe