一种伸缩吊臂静态模型的集成优化方法技术

本发明专利技术公开了一种伸缩吊臂的静态模型的集成优化方法，利用ISIGHT多学科优化平台和ANSYS有限元分析软件进行集成优化。通过集成ISIGHT优化平台与ANSYS分析软件可以用来解决不同的分析问题，并且可以嵌套和组合任意的求解策略。通过对设计问题智能化的探索，不断选择新的设计初始值，从而进行自动地仿真和优化。在每次循环分析的过程中，ISIGHT可以实现实时的监控，产品的设计参数输入和性能参数输出都可以在过程中显示，方便设计人员进行监控。通过本发明专利技术的优化，最终获得令伸缩吊臂强度刚度性能更优的全局解，在保证伸缩吊臂承载能力的前提下进一步减小了吊臂的整体体积，在实际使用中取得了良好的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种伸缩吊臂静态模型的集成优化方法
本专利技术涉及一种利用ISIGHT优化平台调用ANSYS有限元分析软件的伸缩吊臂集成优化方法，属于机械设计与自动化领域。
技术介绍
随着社会进步和科学技术的飞速发展，以及受大多数行业需求和作业高效益的驱动，伸缩吊臂的使用越来越普遍，而在吊臂的常规设计方法中，吊臂宽高以及各节臂厚度等参数都是按经验在一个取值范围内选取的，因此带来了功耗过大、材料浪费、状态不佳、性能不可靠等问题。对于伸缩吊臂优化应在满足强度刚度约束条件的前提下以高承载、轻自重为目标进行设计。现有的利用ANSYS等软件的优化由于受到软件优化能力的局限，因此并不能得到最优的设计方案。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种伸缩吊臂静态模型的集成优化方法，利用ISIGHT优化平台调用ANSYS有限元分析软件的伸缩吊臂集成优化方法，该方法运用ANSYS对吊臂进行强度刚度分析，并通过ISIGHT优化平台实现自动循环仿真和优化，并最终取得全局优化解，提高伸缩吊臂的优化效率和优化精度。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种伸缩吊臂静态模型的集成优化方法，其特征在于：包括以下步骤：⑴在ANSYS有限元分析软件中建立吊臂静态模型，并通过对吊臂强度刚度进行分析后得到集成优化的input输入文件和output输出文件；⑵ANSYS通过编程的方式与ISIGHT进行集成，选取输入文件中的相关参数作为优化问题的设计变量；⑶采用批处理的方式借助analysis.bat脚本的方式驱动ANSYS进行有限元分析；⑷读取输出文件，从中调取吊臂优化问题的目标值、约束值和设计变量优化值；⑸利用ISIGHT中的优化算法进行设计参数的修正，并将修正后的参数值重新返回到输入文件中，传递至ANSYS进行下一轮优化迭代；⑹直到输出文件传递出的约束值符合问题需求，则集成优化结束，输出全局最优解。建立吊臂静态模型时，首先确定伸缩吊臂的设计变量、体积目标函数和若干个强度刚度性能约束条件，然后根据这些参量建立吊臂模型。所述伸缩吊臂的设计变量、体积目标函数和强度刚度约束条件如下：X＝[H,W,ω,R1～Rn+1,A1～An+1]Tminf＝V10.8≤ω≤1.0,0.57≤H≤0.612,0.37≤W≤0.404,0≤DOF≤0.5,S1,S2,…,S9≤4.84×108其中，伸缩吊臂的设计变量集合X中，H为伸缩吊臂基本臂的高度；W为基本臂的宽度；ω为吊臂下截面NURBS曲线的权重值；R1～Rn+1分别为吊臂基本臂直至n个伸臂的上半截面板厚；A1～An+1分别为吊臂基本臂直至n个伸臂上下板厚度差值，DOF为吊臂挠度值约束；S1～S9为选定的吊臂危险截面处的9个主要节点的应力约束；minf为吊臂的体积目标函数。伸缩吊臂为五伸的伸缩吊臂，具有基本臂、一伸节臂、二伸节臂、三伸节臂、四伸节臂和五伸节臂。所述伸缩吊臂的设计变量、体积目标函数和强度刚度约束条件如下：X＝[H,W,ω,R1～R6,A1～A6]Tminf＝V10.8≤ω≤1.0,0.57≤H≤0.612,0.37≤W≤0.404,0≤DOF≤0.5,S1,S2,…,S9≤4.84×108，R1,R2,R3∈[0.0050,0.0060,0.0070]，R4,R5∈[0.0040,0.0050,0.0060]R6∈[0.0030,0.0040,0.0050],A1,A2,A3,A4,A5,A6∈[0.000,0.0010,0.0020]其中，伸缩吊臂的设计变量集合X中，H为伸缩吊臂基本臂的高度；W为基本臂的宽度；ω为吊臂下截面NURBS曲线的权重值；R1～R6分别为吊臂基本臂、一伸、二伸直到五伸臂的上半截面板厚；A1～A6分别为吊臂基本臂和五个伸臂上下板厚度差值；DOF为吊臂挠度值约束；S1～S9为吊臂危险截面处的9个主要节点的应力约束；minf为吊臂的体积目标函数。Rn+An，n＝1,2,3,4,5,6，分别为基本臂和五个伸臂的下板厚。有益效果：本专利技术提供的伸缩吊臂的集成优化方法，通过集成ISIGHT优化平台与ANSYS分析软件可以用来解决不同的分析问题，并且可以嵌套和组合任意的求解策略。通过对设计问题智能化的探索，不断选择新的设计初始值，从而进行自动地仿真和优化。在每次循环分析的过程中，ISIGHT可以实现实时的监控，产品的设计参数输入和性能参数输出都可以在过程中显示，方便设计人员进行监控。通过本专利技术的优化，最终获得令伸缩吊臂强度刚度性能更优的全局解。此方法的优化结果精确可信，在保证伸缩吊臂承载能力的前提下进一步减小了吊臂的整体体积，在实际使用中取得了良好的效果。附图说明图1为伸缩吊臂建模示意图；图2为吊臂基本臂截面NURBS曲线图；图3为本专利技术的集成流程图；图4为集成优化可行性验证图。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术作更进一步的说明。建立伸缩吊臂的优化模型本专利技术以SQS500A型伸缩吊臂为例，主要涉及参数的初始值如表1所示；表1优化前吊臂参数一览在吊臂工作过程中，主要需要考虑三个部分的作用力：竖直向下的吊重F3，本实施例中设计型号的最大吊重为20吨，因此取F3＝200000N；沿吊臂向臂尾方向的绳的拉力F4＝F3/6≈33333.3N；吊臂自身重量G＝ρvg，ρ取7800kg/m3，ANSYS中重力加速度g的输入方向与实际重力方向相反。吊臂的建模情况如图1所示，本实施例中以五伸的伸缩吊臂为例，其具有基本臂1、一伸节臂2、二伸节臂3、三伸节臂4、四伸节臂5和五伸节臂6。根据上述参数可以建立伸缩吊臂的优化数学模型。X＝[H,W,ω,R1～R6,A1～A6]Tminf＝V10.8≤ω≤1.0,0.57≤H≤0.612,0.37≤W≤0.404,0≤DOF≤0.5,S1,S2,…,S9≤4.84×108，R1,R2,R3∈[0.0050,0.0060,0.0070]，R4,R5∈[0.0040,0.0050,0.0060]R6∈[0.0030,0.0040,0.0050],A1,A2,A3,A4,A5,A6∈[0.000,0.0010,0.0020]其中，伸缩吊臂的设计变量集合X中，H为伸缩吊臂基本臂的高度；W为基本臂的宽度；ω为吊臂下截面NURBS曲线的权重值，对应图2中的ω1和ω3的值；R1～R6分别为吊臂基本臂、一伸、二伸直到五伸臂的上半截面板厚；A1～A6分别为吊臂基本臂和五个伸臂上下板厚度差值，即Rn+An(n＝1,2,3,4,5,6)分别为基本臂和五个伸臂的下板厚度；DOF为吊臂挠度值约束；S1～S9为吊臂危险截面处的9个主要节点的应力约束；minf为吊臂的体积V1目标函数。结合图3的优化步骤，在ANSYS有限元分析软件中建立上述吊臂模型，并通过对其强度刚度进行分析后得到集成优化的input输入文件和output输出文件；ANSYS通过编程的方式与ISIGHT进行集成，选取输入文件中的相关参数作为优化问题的设计变量；采用批处理的方式借助analysis.bat脚本的方式驱动ANSYS进行有限元分析；读取输出文件，从中调取优化问题的目标值、约束值和设计变量优化值；利用ISIGHT中的优化算法进行设计参数的修正，并将修正后的参数值重新返回到输入文件中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种伸缩吊臂静态模型的集成优化方法，其特征在于：包括以下步骤：⑴在ANSYS有限元分析软件中建立吊臂静态模型，并通过对吊臂强度刚度进行分析后得到集成优化的input输入文件和output输出文件；⑵ANSYS通过编程的方式与ISIGHT进行集成，选取输入文件中的相关参数作为优化问题的设计变量；⑶采用批处理的方式借助analysis.bat脚本的方式驱动ANSYS进行有限元分析；⑷读取输出文件，从中调取吊臂优化问题的目标值、约束值和设计变量优化值；⑸利用ISIGHT中的优化算法进行设计参数的修正，并将修正后的参数值重新返回到输入文件中，传递至ANSYS进行下一轮优化迭代；⑹直到输出文件传递出的约束值符合问题需求，则集成优化结束，输出全局最优解。

【技术特征摘要】
1.一种伸缩吊臂静态模型的集成优化方法，其特征在于：包括以下步骤：⑴在ANSYS有限元分析软件中建立吊臂静态模型，并通过对吊臂强度刚度进行分析后得到集成优化的input输入文件和output输出文件；⑵ANSYS通过编程的方式与ISIGHT进行集成，选取输入文件中的相关参数作为优化问题的设计变量；⑶采用批处理的方式借助analysis.bat脚本的方式驱动ANSYS进行有限元分析；⑷读取输出文件，从中调取吊臂优化问题的目标值、约束值和设计变量优化值；⑸利用ISIGHT中的优化算法进行设计参数的修正，并将修正后的参数值重新返回到输入文件中，传递至ANSYS进行下一轮优化迭代；⑹直到输出文件传递出的约束值符合问题需求，则集成优化结束，输出全局最优解；建立吊臂静态模型时，首先确定伸缩吊臂的设计变量、体积目标函数和若干个强度刚度性能约束条件，然后根据这些参量建立吊臂模型；所述伸缩吊臂的设计变量、体积目标函数和强度刚度约束条件如下：X＝[H,W,ω,R1～Rn+1,A1～An+1]Tminf＝V10.8≤ω≤1.0,0.57≤H≤0.612,0.37≤W≤0.404,0≤DOF≤0.5,S1,S2,…,S9≤4.84×108其中，伸缩吊臂的设计变量集合X中，H为伸缩吊臂基本臂的高度；W为基本臂的宽度；ω为吊臂下截面NURBS曲线的权重值；R1～Rn+1分别为吊臂基本臂直至n个伸臂的上半截面板厚；A1～An+1分别为吊臂基本臂直至n个伸臂上下板厚度差值，DOF为吊臂挠度值约束；S1～S9...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪爱敏，殷旭，李润，王铭龙，朱明娟，宋伟伟，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32