一种基于径向基函数代理模型的提升机天轮轻量化设计方法技术

一种基于径向基函数代理模型的提升机天轮轻量化设计方法，属于大型矿井提升机天轮的轻量化设计领域。首先，以大型矿井提升机的天轮为研究对象，根据有限元法，计算出正常工况下天轮应力分布及幅值，并通过现场的实验数据对有限元模型进行验证分析；然后，在应力分布较为集中的轮辐工艺孔处定义八个结构参数为设计变量，选取样本点建立天轮径向基函数代理模型，以天轮质量最小为目标、天轮等效应力幅值为约束，对天轮进行轻量化设计；最后，将优化后的天轮三维模型进行有限元分析，对优化的精度进行验证。本发明专利技术计算结果准确性高，能够实现天轮的轻量化设计，单个天轮在经过优化后质量减少5.82％，等效应力幅值减小0.41％。

【技术实现步骤摘要】
一种基于径向基函数代理模型的提升机天轮轻量化设计方法
本专利技术属于大型矿井提升机天轮的轻量化设计领域，涉及到一种基于径向基函数代理模型的提升机天轮轻量化设计方法。
技术介绍
近年来，随着社会经济发展对矿产资源的需求迅速增加，能源短缺问题日益突出，然而地表浅层的矿产资源日益枯竭，深层矿产资源的开发和利用则显得越来越重要。在矿产业中，大型矿井提升机是最常用的矿山设备，它担负着矿井的矿产、工作人员、各种材料和设备的提升、下降等运送任务，是矿产业中极为重要的组成部分。天轮作为大型矿井提升机主要的受力承载体，在整个提升过程保证钢丝绳在摩擦轮上的围包角以及导向的平稳性能，其性能直接影响着整个提升系统。随着大型矿井提升机的需求向高速、稳定、重载、超压等方向发展，为应对更加复杂和更大负载的工况，保证其强度和稳定性，天轮的直径在不断增大，质量也随之增加。但是这不仅带来材料和能源消耗的增加，也使天轮的运输、安装及维护更加不便，同时也使天轮主轴等部件的负载增加，造成了一定的安全隐患。所以，对天轮进行轻量化设计的相关研究有着极其重要的意义。>现有的大型矿井提升本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于径向基函数代理模型的提升机天轮轻量化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n第一步，确定研究对象及其受载和约束条件；/n以大型矿井提升机的天轮为研究对象，根据正常工况下的工作参数，分析天轮在该工况下的受载、约束情况，确定有限元边界条件；/n第二步，建立有限元模型，并将计算出的仿真结果与实验对标；/n2.1)根据大型矿井提升机的天轮实体建立初始的天轮三维模型，并进行简化处理，只考虑天轮轮毂、轮辋和轮辐结构作为研究对象进行分析；/n2.2)对简化后的天轮三维模型进行四面体网格划分，建立天轮有限元模型，并根据第一步中确定的受载和约束条件，对天轮有限元模型施加边界条件，进行有限元计算得到仿...

【技术特征摘要】
1.一种基于径向基函数代理模型的提升机天轮轻量化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，确定研究对象及其受载和约束条件；
以大型矿井提升机的天轮为研究对象，根据正常工况下的工作参数，分析天轮在该工况下的受载、约束情况，确定有限元边界条件；
第二步，建立有限元模型，并将计算出的仿真结果与实验对标；
2.1)根据大型矿井提升机的天轮实体建立初始的天轮三维模型，并进行简化处理，只考虑天轮轮毂、轮辋和轮辐结构作为研究对象进行分析；
2.2)对简化后的天轮三维模型进行四面体网格划分，建立天轮有限元模型，并根据第一步中确定的受载和约束条件，对天轮有限元模型施加边界条件，进行有限元计算得到仿真结果，其中仿真结果包括天轮等效应力幅值结果；分析仿真结果可知：绳张力加载在天轮轮辋45°和0°时等效应力最为集中，所以后续有限元仿真计算只进行绳张力加载在天轮轮辋45°和0°两个角度，得到天轮45°等效应力幅值和天轮0°等效应力幅值；
2.3)对天轮实体进行实验分析，选取应力较为集中的天轮轮辐工艺孔边缘两点为测试点，测试该两点在正常运行状态下的正应力值，与仿真结果对比，验证有限元模型的有效性；
第三步，定义设计变量，进行参数化建模；
3.1)根据第二步所得仿真结果可知，应力集中主要发生天轮轮辐工艺孔处，在保证与给定配合部件配对尺寸不变的情况下，即保证轮辋和轮毂尺寸不变，对天轮轮辐的原始工艺孔进行改进；
所述改进孔结构为：改进孔为两端圆周半径不同的类椭圆形状，其沿圆周均匀分布，每90°分布一组，分布四组八个改进孔；每组包含大小两个改进孔，即每组大、小两个改进孔的中心线分别与相邻组的大、小两个改进孔的中心线夹角为90°，而每组中两个改进孔中心线夹角为45°；所述的每组改进孔中的两个孔结构相同，孔的两端均分别由大小两个圆的半圆周组成，小圆端临近天轮中心；定义大改进孔参数：其顶部与天轮中心距为x1，其内大小两个圆形成的两圆圆心距为x2，其内大圆半径为x3、小圆半径为x4；定义小改进孔参数：其顶部与天轮中心距为x5，其内大小两个圆形成的两圆圆心距为x6，其内大圆半径为x7、小圆半径为x8；
3.2将天轮轮辐工艺孔的上述八个可更改的主要结构参数定义为设计变量x＝[x1,…,x8]T，对天轮建立参数化模型；确定设计变量x的大致范围，并在范围内均匀选取多个不同的设计变量x，依据参数化模型，建立多个天轮三维模型，对其进行第二步有限元仿真计算得到多个天轮45°等效应力幅值和天轮0°等效应力幅值，对比优化前天轮的仿真结果，分析出合理的设计变量x的范围，最终确定设计变量x的可行域；
3.3)采用最优拉丁超立方的试验设计方法，在设计变量x的可行域内进行均匀随机采样，得到一组只包含设计变量x的初始样本点；根据初始样本点中的各个设计变量x、参数化模型，分别建立相对应的天轮三维模型，并对其进行第二步有限元仿真计算，得到相对应的天轮质量、天轮45°等效应力幅值和天轮0°等效应力幅值；设天轮质量为目标函数y1(x)，天轮45°等效应力幅值为约束函数y2(x)，天轮0°等效应力幅值为约束函数y3(x)，则y1(x)、y2(x)和y3(x)对应不同设计变量x都有不同值，最终得到一组包含设计变量x、天轮质量y1(x)、天轮45°等效应...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋学官，崔鹏，何西旺，周长安，周威豪，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21