基于組合近似模型的插秧機秧箱輕量化設(shè)計.pdf

1、機械裝備構(gòu)件輕量化可以節(jié)約原材料、減少環(huán)境污染，具有顯著的社會效益、環(huán)境效益與經(jīng)濟效益，對構(gòu)建節(jié)約型社會具有重大的推動作用。制造業(yè)的迅速發(fā)展以及對節(jié)能減排的迫切需求，一方面推動著輕量化設(shè)計向更為廣闊的空間發(fā)展，另一方面也讓其面臨更嚴峻的挑戰(zhàn)。輕量化設(shè)計不是簡單的減重，還要確保整體性能不變甚至有所提升。因此，輕量化設(shè)計是一個具有復雜性的綜合優(yōu)化問題。本文將近似方法應(yīng)用到插秧機秧箱結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計中，旨在保證優(yōu)化結(jié)果可靠性的同時，提高計算效率

2、、加快優(yōu)化進程。
　　建立了秧箱簡化后的幾何模型，導入ANSYS軟件中，建立有限元模型，進行靜動態(tài)性能分析，得到各工況下的初始性能，為后續(xù)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。靜態(tài)性能主要為三種工況下的彎曲剛度和三種工況下的扭轉(zhuǎn)工況，動態(tài)性能為前八階固有模態(tài)。分析結(jié)果表明，彎曲剛度EI1、扭轉(zhuǎn)剛度GJ偏大，可進一步優(yōu)化，同時應(yīng)確保彎曲剛度EI2、一階固有頻率f1足夠大。
　　深入分析了試驗設(shè)計、近似模型的構(gòu)建、模型精度的評價指標、組合近似模型權(quán)

3、系數(shù)計算方法等近似方法關(guān)鍵技術(shù)。選用最優(yōu)拉丁超立方法進行試驗設(shè)計，根據(jù)樣本點分別構(gòu)建質(zhì)量(M)、彎曲剛度（EI1和EI2）、扭轉(zhuǎn)剛度（GJ）和一階固有頻率(f1）等四個響應(yīng)的近似模型。通過分析確定質(zhì)量響應(yīng)選用多項式響應(yīng)面模型，其余響應(yīng)選用RSM、RBF和Kriging模型進行組合。根據(jù)交叉驗證均方差，選用均方差最小化法計算權(quán)系數(shù)，構(gòu)建組合近似模型。通過對比分析表明，組合近似模型整體上比單一近似模型的精度更好。
　　建立秧箱輕量化問

4、題的數(shù)學模型，以零部件厚度尺寸和形狀尺寸等9個尺寸為設(shè)計變量，以質(zhì)量最小為目標函數(shù)，以彎曲剛度（EI1和EI2）、扭轉(zhuǎn)剛度(GJ)和一階固有頻率(f1)為約束。在Isight中搭建優(yōu)化平臺，集成優(yōu)化組件和近似模型組件，采用粒子群優(yōu)化算法(PSO)進行求解。對優(yōu)化解進行仿真驗證分析，結(jié)果表明優(yōu)化值在整體上能滿足設(shè)計要求，但彎曲剛度EI1仍有很大降低空間。提出對模型進行結(jié)構(gòu)改進，確定改進方案，并進行仿真驗證分析，結(jié)果表明各項性能均滿足設(shè)計要