高架桥式重型龙门加工中心横梁优化设计

作     者：李志杰 蔡力钢 刘志峰 郭铁能 LI Zhijie;CAI Ligang;LIU Zhifeng;GUO Tieneng

作者机构：北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124 先进制造技术北京市重点实验室北京100124 北华航天工业学院机电工程学院河北廊坊065000 

出 版 物：《北京工业大学学报》 (Journal of Beijing University of Technology)

年 卷 期：2020年第46卷第5期

页      面：440-447页

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家科技重大专项资助项目(2014ZX04001-171) 国家自然科学基金资助项目(51575009) 河北省高等学校科学技术研究项目(QN2019193) 

主　　题：高架桥式 龙门横梁 优化设计 变密度法 响应面模型 多目标优化 

摘      要：介绍了一种高架桥式重型龙门加工中心横梁从初始构型设计到最终确定板件具体尺寸的优化设计方法,首先针对高架桥式重型龙门加工中心横梁承受随动载荷的工况,以及焊接工艺及操作空间的制造限制条件,建立基于变密度法SIMP插值的拓扑优化数学模型,采用启发式调整法对变量进行迭代更新的优化准则法(optimality criteria,OC)算法,利用灵敏度过滤技术抑制棋盘格、增强网格独立性,借助MATLAB编程进行结构拓扑优化,得到横梁初始构型;再以横梁主要板件厚度为设计变量,建立响应面模型,计算刚度和固有频率对板件厚度的灵敏度;采用带有精英策略的第二代非劣排序遗传算法NSGA-II对响应面模型进行多目标优化,在Pareto解集中选出最优解,并基于灵敏度分析对设计变量进行取整修正,优化后的横梁动静态性能满足工程要求,目前已经应用到工程实践中,具有很强实用性.