基于iSIGHT平台的转盘优化设计.pdf

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1、产、_dUIll1学术基于iS-GHT平台的转盘优化设计河北省特种设备监督检验院一井科学＼董江＼冀维金＼自星＼刘晓龙摘要：针对高速转盘的设计问题，利用大型有限元分析软件ANSYS对高速转盘进行参数化建模，应用APDL参数化程序设计语言将有限元分析与优化设计结～合起来一，～一一一一一一～一一～一～一一～一一在iSIGHT优化平台上，采用序列二次规划优化算法对高速转盘的结构尺寸进行优化设计，有效地解决了子系统之间的耦合和并行优化设计。从结果分析中可以看出．最大应力较优化前减少了15．31％，提高了应力分布的合理性，并极

2、大的节省了计算周期，认为该方法应用于高速转盘的结构优化设计是有效可行的。设备的可靠程度。本中选取注塑机的高速转盘，变量。设计变量的矢量形式为：对其进行分析设计优化。注塑机具有高速、高：IX1···】效率的特点，因此对系统零部件在加工精度、稳定性等方面的要求也较高。近年来，随着有设计有N个约束包含上限和下限：限元技术的快速发展，国内外一些学者也对其jcjcj(j=1,2,3，⋯一)进行了优化分析。赵雨肠[1]等应用有限元方法建立了三轴飞行模拟转台框架的数学模型，其中，n为设计变量的个数编制复杂的优化设计程序，实现了优

3、化设计；最小值f=／)陈明[2]等通过ANSYS有限元分析方法对高速约束条件：转盘进行分析；曹淼龙[3]等建立了转盘优化最(x)≤&(f：L乏⋯。朋1)·模型，通过标准数据访问接口(SDAI)来实现(而(i=⋯。)对数据表达和交换系统(STEP)数据的访问和操∞(j=L2。⋯)作，分析了转盘工作时的位移和应力。以上的设计[4，5]有着设计模型粗糙，计算周期长等目标函数：，不足。针对以上高速转盘在设计中存在的问题，迭代法的基本思想是：首先给出，(的极选用ANSYS作为主流分析软件对其进行分析，小点的一个初始估计x(‘

4、(称为初始点)，在iSIGHT软件平台上将ANSYS集成起来，对高然后计算一系列的点，，⋯，x㈣⋯，希速转盘进行分析优化，得到了合理的设计尺寸，望点列f㈣)的极限就是)的一个极小点。并极大的缩短了计算周期。x耻=+似sII)，(z)>I(x)>⋯>f(x”)>f(x“’)>⋯2iSIGHT优化思想其中，S为搜索方向，o’为搜索步长，iSIGHT作为一种优化设计的工具，具有丰当s与q’确定以后，由x就可以唯富的优化算法和多种代理模型方法，是一个开一确定X“，这样就可以确定逼近极小值点放的集成平台，它提供的过程集成界面

5、可以方的一个序列。便地将各种工具(如商业CAD软件、各种有限元计算分析软件及用户自行开发的程序等)集3应用实例成在一起。iSIGHT包含的优化技术可以分为三大类：数值优化算法、多目标算法和全局最优3．1问题描述1引言算法。每种算法里又包含多种多种优化求解器，图1所示为高速转盘的轴对称模型，高任何一种优化求解方法都有其利弊。速旋转的转盘在角速度为15000rpm的情况下高速转盘是注塑机、汽车、石油钻机等设在iSIGHT平台上进行最优设计时，要解析工作，对其工作稳定性、结构刚度等提出了较各在驱动部分的关键部件，广泛应用

6、于工业生ANSYS中定义的三种变量：设计变量；状态变量；高的要求，在高速转盘正常工作的情况下，产的各个领域。高速转盘作为机构的重要部件，目标函数；这些变量在APDL参数化设计语言中除按等应力设计外还需要满足以下几点：轮毂在正常工作的情况下，其特性直接影响到整体用标量表示。在优化分析中独立的变量是设计角thetahub变化范围为30。～9O。，轮缘角中国机械MachineChina167Academic学术迭代过程。将冯密塞斯应力标准差sdev定义为目标函数，要求越小越好，由迭代过程图可知最优解对应的冯密塞斯应力标准

7、差为满足所需条件的最小值。图7所示为优化后的转盘应力云图，从号图中可以看出，优化后的转盘，外形轮廓线趋暑于合理，从相应命令得到SMAX、SMIN分别为五24158psi和9906psi，应力分布均匀并且冯米塞斯应力的标准差sdev达到最小，达到了设计要求。5结论040(1)针对高速转盘的优化分析问题，利用大(a)轮缘凭thetahub的迭代过程(e)一阶频率的迭代过程型有限元分析软件ANSYS的APDL参数化程序设计语言建模，并对其进行静力分析和模态分析；(2)iSIGHT优化设计平台上对ANSYS软件进行集成，选

8、用序列二次规划算法优化分析，得到设计变量、状态变量、目标函数的迭代历80_一^_史过程；(3)通过迭代运算得到满足需要频率和应力要求的最优解，优化结果表明，冯密塞斯应力标准差sdev较原始方案减少19．67％，最大许用IJu●⋯⋯应力smax较原来减少15．31％，满足了灯应力分■—■’一1厂⋯一布的要求；40(4)基于iSIGHT的优化技术大大地缩短了01