基于多目标的磨床床身结构优化设计

在充分考虑磨床床身动静态特性及床身整体质量的前提下,针对某型号五轴联动数控磨床床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸的最优化选取,提出了一种基于多目标优化理论基础、以优化过程中床身最大静变形为约束、以床身整体质量及一阶固有频率为优化目标的床身结构优化设计方法.利用ANSYS Workbench软件进行有限元分析及优化,并通过灵敏度分析得到影响磨床床身动静态特性及床身整体质量的参数的权重占比,确定磨床床身在动静态特性下的薄弱环节及主要影响参数;在不改变床身基本尺寸的条件下,对床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸进行优化,根据寻优结果,得到了床身的最佳优化方案.最终仿真结果表明,在床身整体质量减少40.4 kg的情况下,其最大静变形减小11.3％,一阶固有频率提升了 4.2％;与传统优化方法中提升固有频率、减小最大静变形量往往会造成床身整体质量增加的结果相比,该方法更为有效.     

基于多目标的磨床床身结构优化设计

在充分考虑磨床床身动静态特性及床身整体质量的前提下,针对某型号五轴联动数控磨床床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸的最优化选取,提出了一种基于多目标优化理论基础、以优化过程中床身最大静变形为约束、以床身整体质量及一阶固有频率为优化目标的床身结构优化设计方法.利用ANSYS Workbench软件进行有限元分析及优化,并通过灵敏度分析得到影响磨床床身动静态特性及床身整体质量的参数的权重占比,确定磨床床身在动静态特性下的薄弱环节及主要影响参数;在不改变床身基本尺寸的条件下,对床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸进行优化,根据寻优结果,得到了床身的最佳优化方案.最终仿真结果表明,在床身整体质量减少40.4 kg的情况下,其最大静变形减小11.3％,一阶固有频率提升了 4.2％;与传统优化方法中提升固有频率、减小最大静变形量往往会造成床身整体质量增加的结果相比,该方法更为有效.     

基于响应面法的数控铣床立柱多目标优化

以提高某型数控铣床立柱的动静态特性为目的,在对立柱进行基于有限元法的静力分析和模态分析的基础上。对立柱的主要设计尺寸进行Box-Behnken试验设计,并进行灵敏度分析和建立响应面模型。以立柱的重量、静态最大变形量和第一阶固有频率为优化目标函数,立柱主筋半径、筋板厚度和壁厚为设计变量,对立柱进行多目标优化设计。优化结果表明,采用此方法优化后,立柱的静态最大变形量减小了6.5%,第一阶固有频率提高了14%,重量减小了11.1%,为立柱的优化设计提供了一种新思路。     

数控龙门铣床横梁静动态特性分析与优化

为了提高数控龙门铣床横梁的静动态特性,提出了一种基于灵敏度分析与中心组合设计(Central Composite Design,CCD)相结合的方法对横梁结构进行优化设计.在对横梁进行受力分析的基础上建立横梁的有限元模型,选择关键尺寸对横梁进行静动态特性的灵敏度分析.根据灵敏度分析结果,选择对横梁的静动态特性影响比较大的尺寸进行CCD试验设计,建立响应面模型,以总变形量最小、1阶固有频率最大和质量最小为优化目标对横梁进行多目标优化设计.优化结果表明:横梁在质量减轻的前提下,其静动态特性得到不同程度的改善,为其他结构的优化设计提供了一种新思路.     

卧式加工中心床身结构特性分析及轻量化设计

以某型卧式加工中心床身为研究对象,利用有限元法对其进行静动态特性分析。为了达到减少质量的目的,以床身的壁厚及筋板的纵向、横向厚度作为设计参数,对其进行正交试验,利用最小二乘法对试验数据进行处理,得到床身的质量、最大变形量、最大应力和前4阶固有频率的响应面模型。然后,以床身质量最小为优化目标,以最大变形量、最大应力和前4阶固有频率保持不变为约束条件,利用逐步二次规划法对目标函数进行求解,完成尺寸的优化。优化结果表明,在床身静动态特性基本不变的情况下,床身质量减少了5.01%。     

数控龙门铣床横梁静动态特性分析与优化

为了提高数控龙门铣床横梁的静动态特性,提出了一种基于灵敏度分析与中心组合设计(Central Composite Design,CCD)相结合的方法对横梁结构进行优化设计.在对横梁进行受力分析的基础上建立横梁的有限元模型,选择关键尺寸对横梁进行静动态特性的灵敏度分析.根据灵敏度分析结果,选择对横梁的静动态特性影响比较大的尺寸进行CCD试验设计,建立响应面模型,以总变形量最小、1阶固有频率最大和质量最小为优化目标对横梁进行多目标优化设计.优化结果表明:横梁在质量减轻的前提下,其静动态特性得到不同程度的改善,为其他结构的优化设计提供了一种新思路.     

数控龙门铣床横梁静动态特性分析与优化

为了提高数控龙门铣床横梁的静动态特性,提出了一种基于灵敏度分析与中心组合设计(Central Composite Design,CCD)相结合的方法对横梁结构进行优化设计.在对横梁进行受力分析的基础上建立横梁的有限元模型,选择关键尺寸对横梁进行静动态特性的灵敏度分析.根据灵敏度分析结果,选择对横梁的静动态特性影响比较大的尺寸进行CCD试验设计,建立响应面模型,以总变形量最小、1阶固有频率最大和质量最小为优化目标对横梁进行多目标优化设计.优化结果表明:横梁在质量减轻的前提下,其静动态特性得到不同程度的改善,为其他结构的优化设计提供了一种新思路.     

机床床身结构综合优化设计技术

针对目前常用的内部布置加筋板的箱型床身结构,提出一种同时考虑床身结构的动静态刚度和经济性的综合优化技术。由于床身结构的动静态刚度和质量与支撑垫铁的位置、内部加强筋板布局以及各构件的厚度尺寸有关,提出的综合优化设计技术包括以下3个层次:首先以结构的最大静动态刚度最优为设计目标,对床身结构的垫铁位置进行优化;其次在多工况情况下,以结构的最大静态刚度最优为设计目标,对床身结构的内部加筋板布局进行优化;最后以结构质量最小,以结构的动静态刚度为约束条件,对构件的尺寸进行优化。优化结构表明,采用提出的设计方法,在床身结构质量减小24.48%的情况下,结构的一阶固有频率提高7.83%,结构的导轨静变形有所变差,中间段偏离零线0.5μm左右,但并不影响加工精度,可通过预修正来抵消变形,说明了提出的设计方法的有效性。     

重型车床床身性能分析及多目标参数优化

以重型卧式车床床身为研究对象,为满足床身在静刚度不降低条件下达到轻量化、动静态性能好这一要求,提出以质量、最大变形和低阶固有频率为目标的优化设计方法。通过正交实验法建立了床身低阶固有频率、最大变形和质量关于筋板厚度的响应面模型,并对模型的准确性进行了验证。运用带有非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对床身进行多目标优化求解,得到了Pareto最优解集。在此基础之上,采用基于信息熵赋权的多目标灰靶决策算法对Pareto解集进行优选。通过对最终方案进行有限元分析,优化后的床身动静态性能略有提高,质量减轻了604kg。具体算例表明,该方法具有实用性。     

汽车驱动桥壳静动态特性分析与多目标优化研究

针对在驱动桥壳的设计过程中为满足强度和刚度要求而存在的重量冗余问题,提出了一种结合灵敏度分析与响应面模型的多目标优化设计方法。基于ANSYS在3种典型工况下对驱动桥壳进行了静动态特性分析,将驱动桥壳的5个尺寸参数定义为设计变量,以最大变形、最大等效应力、重量和第一阶固有频率为目标函数;采用Box-Behnken试验设计方法对设计变量进行了试验设计、灵敏度分析和响应面分析,研究了驱动桥壳5个尺寸参数变化对目标函数的影响;在响应面分析的基础上,利用遗传算法对驱动桥壳进行了多目标优化。研究结果表明:优化后驱动桥壳的最大变形减小了1.8%,最大等效应力减小了6.57%,重量减小了6.28%,第一阶固有频率增加了2.1%;该结果证明了所提出的驱动桥壳多目标优化方法具有可行性。     

三通管加工数控专用机床床身的优化分析

以提高床身的动态性能和减小床身质量为目标,使用ANSYS Workbench有限元分析软件,对床身结构进行动静态特性分析,找出床身较好的加强筋布置方式以及较好的出砂孔形式。最后通过对床身进行静力学分析校核。优化后床身的一阶固有频率提高了42.56%,质量减少了12.72%。该床身的结构设计方案对于类似的T型床身设计具有一定的借鉴意义。     

基于灵敏度分析的龙门横梁多目标优化研究

为减轻横梁质量并提高其静动态特性,首先对横梁进行受力分析,通过灵敏度分析找出各设计变量对横梁质量和最大变形量的影响程度,然后综合考虑横梁的质量和最大变形量,利用响应面法构造回归方程,并对回归方程进行准确性验证,用优化工具箱对横梁进行多目标优化求解,得到最优的尺寸参数.将优化前后的参数进行对比分析.结果表明,优化后的横梁不但质量减轻,而且静动态特性都有所提高.     

基于正交试验和灰色关联的铣镗床主轴箱优化设计

为了提高数控落地铣镗床主轴箱静、动、热态综合性能,主轴箱必须具有良好的结构特性。利用Pro／E和ANSYS建立了主轴箱的有限元模型,分别进行模态分析和热一力耦合分析,以主轴箱结构关键尺寸为设计变量,以主轴箱的一阶固有频率、质量、最大耦合应力、最大耦合变形为目标函数进行了对目标正交优化设计。利用灰色关联分析法获得了优化设计的最佳解,可为主轴箱的结构设计提供参考。     

基于径向基组合近似模型技术的立柱结构优化设计

针对实际工程复杂优化问题,通常难以获得优化设计变量与优化目标之间的显示函数关系表达式,以SZJY-14型加工中心的立柱作为研究对象,研究了一种基于径向基组合近似模型技术的立柱结构优化设计.首先,针对径向基近似模型预测精度较低等问题,研究了一种基于多策略的径向基近似模型技术,并以改进径向基近似模型技术为基础,构建了组合近...     

某机动式雷达天线阵面结构优化设计方法研究

文中提出了机动式雷达天线阵面结构正向设计方法,对雷达天线阵面进行了轻量化设计.应用经典力学求解天线阵面在静力学工况下的最大应力和变形,将此作为优化约束条件,将阵面质量作为优化目标,建立天线阵面的数学模型,用遗传算法进行第1次设计优化,得到天线阵面的初始结构参数综合考虑静力学工况与动力学工况,进一步用ANSYS系统的APDL建立参数化有限元模型,进行第2次优化,得到天线阵面的结构参数.文中对某型号的机动式雷达天线阵面进行了正向设计,并将优化结果与该雷达现有设计结果进行了分析对比.结果表明该正向设计方法合理,轻量化效果明显.     

平面磨床床身结构分析与优化设计

平面磨床床身动静刚度直接影响机床的加工质量。通过建立某型平面磨床床身有限元分析模型并进行静态和模态分析,对床身结构进行改进,然后在此基础上进行结构优化,优化后床身质量下降15.6%,而结构的固有频率和刚度变化不大,取得明显的优化效果。     

渐进成形机床床身结构分析与优化设计

以ANSYS13.0 Workbench为平台,用有限元方法对某型号金属板料数控渐进成形机床床身进行了静力和动态性能分析.在分析结果的基础上运用灵敏度分析的方法对机床进行进一步优化,提高了床身的动态特性.文中的优化设计方法可以推广到机床其他结构动态性能优化中.     

基于NSGA_Ⅱ算法的双驱动进给系统结构优化

为了满足双驱动进给系统轻量化和高抗振性能要求,提出了以质量、最大耦合应力和一阶固有频率为目标函数的进给系统多目标优化设计方法。采用灵敏度法选取优化参数,通过正交试验设计方法建立了进给系统的二阶响应面模型,并将非劣排序遗传算法Ⅱ（NSGA_Ⅱ）作为求解算法。计算结果表明工作台质量减小0.3%,最大耦合应力减小5.9％,一阶固有频率提高了9.32%。以双驱动进给系统的工作台为研究对象进行了结构多目标优化设计,并将优化前后双驱动进给系统进行了动态试验测试,验证了所提出的优化方法的正确性。     

基于模态柔度和能量分布的机床动态优化设计

使机床切削点动柔度最大值在整个工作频率范围内最小,是机床实现无颤振稳定切削和高精度切削加工的要求,也是对其进行动态优化设计所应达到的目标。基于模态柔度和能量分布的机床结构动态优化设计原理,实现了一种以降低切削点交叉动柔度值为目标的优化方法。该方法利用切削点交叉动柔度与模态柔度的关系,首先寻找薄弱模态,再分析薄弱模态上各部件和环节的能量分布,确定该模态上的薄弱环节,然后在一定的约束条件下,改进这些环节的设计参数,从而实现优化目标。以某型万能工具铣床为例,在整机建模分析计算的基础上,阐述了该优化方法的具体应用。通过模态柔度和能量分布计算,判明该机床的薄弱环节是横梁-水平主轴体系统,针对薄弱环节设计参数的改进实现其质量和刚度的优化,优化后的静柔度和模态柔度都有较大的降低,而固有频率则相应提高,切削点动柔度的最大值降低近18%。并在此基础上进行结构改进设计,改进前后机床的谐响应分析和切削试验对比结果表明优化方法有效地改善了机床的动态性能,再生颤振稳定性得到大幅提高。     

紧凑型高速电主轴拉刀机构静动态特性分析与优化

介绍了紧凑型高速电主轴的结构设计,建立了主轴-拉刀机构双转子系统模型,研究了电主轴拉刀机构的静动态特性,得到了工作状态下电主轴的静态位移、振型、固有频率以及关键点的响应位移。对主轴-拉刀材料、轴承预紧力、轴承组跨距、主轴-拉刀接触刚度以及主轴-刀柄接触刚度等参数进行优化设计。结果表明优化后电主轴的静动刚度均满足要求、固有频率提高、电主轴安全工作频率区间增大。电主轴模态测试结果证明了以上结果的可靠性。该研究为紧凑型高速电主轴的设计提供了理论基础。