基于组合策略的桥式起重机结构优化方法研究

论文摘要

本文阐述了优化设计的产生、应用及未来趋势,并进一步分析了目前在桥式起重机结构优化中的缺陷与不足。由于起重机优化中存在强度、刚度、稳定性、几何尺寸等大量的约束,造成优化变量的可行域非常复杂,而最优解往往在可行域的边界上,所以传统的优化方法存在着不容易找到全局最优解的缺点。这些优化设计的缺陷与不足,使得桥式起重机结构优化越来越不能满足市场的需求。因此,迫切需要采用更加稳定可靠的优化设计方法对传统优化设计方法和计算模型进行技术提升,以生产出质高价廉、轻巧美观、性能可靠的桥式起重机,缩短产品的设计周期,降低生产成本,提高企业的竞争力和技术创新能力。传统的优化方法具有一定的局限性,如需要梯度信息、凸规划、单峰问题等等。而在实际应用领域中存在着各种高度复杂的优化问题,这类复杂优化问题用传统的方法难以求解,因此多年来人们一直在努力寻找能够处理这类问题的高效的、更稳健的全局最优化技术。针对当前多极值函数全局寻优问题中,各种全局优化算法具有全局寻优能力但不能确保寻到全局最优的状况,本文在研究复合形法和正交网格法的基础上,提出了一种新的组合式全局寻优策略。该策略将改进的复合形法和正交网格法进行有机组合,充分利用复合形法算法简单且局部搜索稳定和正交网格法全局搜索稳定的特点协同寻优。由于新算法具有强优弱劣的组合机制,强化了各自的优点,弱化了各自的缺点,实现了机制的融合,达到了行为和结构的互补,从而可以获得较好的寻优效率和寻优效果。本文以Visual C++6.0为软件开发平台,以整机重量最轻为目标函数,确定主、端梁的5个优化变量,以强度、刚度、稳定性为约束,确定40个约束函数,建立桥式起重机结构优化数学模型。将组合算法、复合形法和正交网格法分别应用于桥式起重机的结构优化,对结果进行比较和分析。组合算法能够更大地降低桥式起重机的制造成本,达到提高整机性能和经济效益,减少能源及钢材消耗的目的。它能够指导产品设计与开发,提高起重机设计质量、报价速度和水平及产品竞争能力,为行业提供了现代设计手段。新的组合算法对于约束非线性离散变量优化设计具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 从传统设计到优化设计
• 1.1.2 机械优化设计的发展概况
• 1.2 课题的提出
• 1.2.1 桥式起重机设计现状
• 1.2.2 桥式起重机结构优化的意义
• 1.3 课题研究的内容及技术路线
• 1.3.1 复合形法与正交网格法的研究与改进
• 1.3.2 组合算法及其在桥式起重机结构优化中的应用
• 第二章 桥式起重机设计数学模型
• 2.1 桥式起重机简介
• 2.1.1 桥式起重机基本工作原理
• 2.1.2 桥式起重机的分类
• 2.1.3 通用桥式起重机的桥架
• 2.2 桥架的载荷与计算组合
• 2.2.1 固定载荷
• 2.2.2 移动载荷
• 2.2.3 水平惯性载荷
• 2.2.4 偏斜侧向力
• 2.2.5 扭转载荷
• 2.2.6 载荷组合
• 2.3 桥式起重机箱形主梁设计
• 2.3.1 垂直载荷
• 2.3.2 水平载荷
• 2.3.3 主梁强度
• 2.3.4 主梁疲劳强度
• 2.3.5 主梁稳定性
• 2.4 桥式起重机箱形端梁设计
• 2.4.1 垂直载荷
• 2.4.2 水平载荷
• 2.4.3 端梁强度
• 2.4.4 端梁疲劳强度
• 2.4.5 端梁稳定性验算
• 2.4.6 端梁拼接验算
• 2.5 桥架结构的焊缝、刚度及拱度计算
• 2.5.1 主梁与端梁的连接计算
• 2.5.2 刚度计算
• 2.5.3 桥架的拱度计算
• 2.6 桥式起重机结构优化数学模型
• 2.6.1 确定设计变量和目标函数
• 2.6.2 建立约束方程
• 第三章 机械优化设计与组合策略研究
• 3.1 离散变量结构优化设计概述
• 3.1.1 离散变量结构优化设计的特点和难点
• 3.1.2 离散变量结构优化设计发展与分类
• 3.2 以复合形法为基础的离散复合形
• 3.2.1 复合形法简介
• 3.2.2 复合形法的改进
• 3.2.3 复合形法的优缺点
• 3.3 离散变量型正交网格法
• 3.3.1 正交试验设计
• 3.3.2 正交网格法
• 3.4 组合策略
• 3.4.1 全局最优化概述
• 3.4.2 组合策略
• 第四章 优化模块开发与工程实例
• 4.1 优化模块开发的目的与意义
• 4.2 优化设计模块程序结构与实现
• 4.2.1 桥式起重机CAD/CAE 系统软件类树设计
• 4.2.2 桥式起重机CAD/CAE 系统软件优化模块程序结构
• 4.2.3 桥式起重机CAD/CAE 系统软件优化模块简介
• 4.3 计算实例及程序运行结果
• 第五章 结论与展望
• 5.1 研究工作和结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢