Y型轧机轧辊的多目标优化设计

论文摘要

有限单元法是在当今工程分析中获得最广泛应用的数值计算方法。该分析软件ANSYS能够同时进行结构、热、流体、电磁、声学的高级多物理场耦合分析。ANSYS软件的目标设计优化模块应用的基本原理是:采用曲线拟合的方法,通过复杂的二次方程式形式人为的形成目标函数及约束函数的近似函数表达式,目标函数和约束函数的系数采用加权最小二乘法,通过误差来确定,再利用各种优化方法,通过优化迭代,得到目标函数的极值。本文以Y型轧机轧制铝材为基本实体模型,根据前人的研究成果及作者的探索,计算相应的平均单位压力,确定边界约束条件,应用参数化建模在ANSYS中进行轧辊静力分析;生成优化分析文件,应用ANSYS优化方法通过加权对轧辊尺寸分别进行单目标和多目标优化设计,得出优化过程中的等效应力和位移变化曲线及云图;应用模糊数学中一级综合评判确定优化最好的一组方案。以三维立体软件Pro/E为平台,对其进行实体建模,并以ANSYS中的动力学模块LS-DYNA为分析工具,对轧制铝材进行模拟,得出轧制过程中轧制变形区的应力、应变的分布情况。并将模拟后的位移变形与优化过程中得到的结果进行比较,验证其计算精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 高速无扭线材轧机的发展状况
• 1.1.1 线材轧机的诞生
• 1.1.2 高速线材轧机的发展
• 1.2 Y 型轧机
• 1.2.1 Y 型轧机的发展
• 1.2.2 Y 型轧机的分类
• 1.2.3 Y 型轧机的结构及传动形式
• 1.2.4 Y 型三辊连轧机组的特点与用途
• 1.3 ANSYS 软件简介
• 1.4 本课题的研究意义和内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 第2章 轧辊的有限元分析
• 2.1 有限单元法
• 2.1.1 有限元法的基本思想
• 2.1.2 有限元法的分析过程
• 2.2 有限元分析软件ANSYS
• 2.2.1 ANSYS 软件的功能
• 2.2.2 ANSYS 有限元求解的基本步骤
• 2.3 轧辊模型参数的确定
• 2.4 轧辊的有限元分析
• 2.4.1 轧辊的参数化建模
• 2.4.2 轧辊载荷的施加及有限元求解
• 2.4.3 轧辊有限元计算的结果
• 2.5 本章小结
• 第3章 Y 型轧机轧辊的优化设计
• 3.1 优化设计的基本概念
• 3.2 优化设计的数学模型
• 3.2.1 设计变量和设计空间
• 3.2.2 设计约束和可行域
• 3.2.3 目标函数
• 3.3 ANSYS 软件优化理论
• 3.3.1 ANSYS 优化原理
• 3.3.2 ANSYS 优化方法
• 3.3.3 ANSYS 优化过程与步骤
• 3.4 Y 型轧机轧辊的优化设计
• 3.4.1 设计变量
• 3.4.2 设计约束
• 3.4.3 目标函数
• 3.4.4 轧辊优化方法的选取
• 3.5 本章小结
• 第4章 轧辊优化结果分析
• 4.1 单目标优化
• 4.1.1 单目标优化的思想
• 4.1.2 以重量为目标函数的单目标优化结果
• 4.1.3 以刚度为目标函数的单目标优化结果
• 4.2 多目标优化
• 4.2.1 多目标优化的理论根据
• 4.2.2 ANSYS 多目标优化的方法
• 4.2.3 多目标优化的结果
• 4.2.4 模糊综合评判
• 4.3 优化结论
• 4.4 本章小结
• 第5章 Y 型轧机轧制过程模拟
• 5.1 LS-DYNA 软件简介
• 5.2 有限元模型的建立
• 5.2.1 创建实体模型
• 5.2.2 单元的设置
• 5.2.3 材料属性设置
• 5.2.4 定义局部坐标系
• 5.2.5 网格划分
• 5.3 边界条件的处理
• 5.3.1 创建PART，定义接触
• 5.3.2 约束的处理
• 5.3.3 载荷的处理
• 5.4 分析求解
• 5.5 模拟结果
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介