BP-PSO算法对斗轮堆取料机四轮平衡梁的结构优化.pdfVIP

2015年4月 机械设计与制造工程 Apr．2015 第 44卷 第 4期 MachineDesignandManufacturingEngineering Vo1．4J4No．4 DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2015．04．005 BP—PSO算法对斗轮堆取料机 四轮平衡梁的结构优化 宋鹏程 ，彭高明 (中南大学 机电工程学院，湖南 长沙 410012) 摘要：针对斗轮堆取料机四轮平衡梁结构静力特性的复杂性和非线性，利用参数化有限元分析和 BP神经网络，建立四轮平衡梁从设计变量到最大应力、最大变形、质量的映射关系。对建立的神 经网络模型，运用改进的粒子群优化算法，在满足刚度、强度条件下，寻求支板、隔板的结构尺寸 及布置最优 ，从而实现四轮平衡粱轻量化 的 目的。四轮平衡梁的结构优化仿真结果表明，四轮平 衡梁 自重减少25．36％。优化效果明显。 关键词：斗轮堆取料机；四轮平衡梁；结构优化；参数化建模；神经网络；粒子群算法 中图分类号：TP391．9 文献标志码 ：A 文章编号：2095—509X(2015)04—0017—06 斗轮堆取料机轻量化是当前行业的发展趋势， 程。在参数化有限元分析过程 中通过简单地修改 在斗轮堆取料机轻量化的进程中，结构优化技术正 其中的参数可反复多次地分析不同尺寸、不同载荷 在得到越来越广泛的应用 ¨J-3]。斗轮堆取料机结 的多种设计方案或系列性产品，极大地提高分析效 构优化的研究主要集中在 3个方面：(1)寻求结构 率，降低成本 ¨ 。因此，可以利用 APDL建立四轮 材料最优分布的拓扑优化 4 J，拓扑优化由于不拘 平衡梁的参数化模型，通过改变结构参数去批量获 泥于单纯考虑部分结构尺寸对结构性能的影响，直 取优化过程中所需的各种数据。 指结构优化的核心，寻求适合于载荷传递的最佳拓 1．1 参数化有限元模型的建立 扑结构，因此成为当前结构优化研究的热点，但 由 四轮平衡梁处在斗轮堆取料机 门座和主动台 于其理论和计算上的复杂性，目前还难以广泛用于 架之间，起着传递载荷的作用。四轮平衡梁为箱型 工程实践。(2)利用有限元分析软件 自身的优化 梁结构，由顶板、腹板、底板、隔板、支板 以及筋板等 模块进行结构优化 ，但现有这些有限元分析软件主 通过焊 接而 成。在 有 限元参 数 化建模 中，用 要注重发展软件的分析功能，优化设计功能相对较 Shell63壳单元模拟钢板结构，钢板材料为 Q235， 差，优化效率低 ，优化效果差 。(3)将 BP神经网 弹性模 量为 2．1E+11，泊松 比为 0．3，密度为 络和智能算法相结合，进行结构优化 8J，但是该 7．85g／cm 。利用APDL建立的有限元模型如图1 类方法在面临复杂的工程结构时，有限元结构分析 所示，有限元分析结果如图2所示 。 工作量大，优化效率低。鉴于此，本文提出将参数 化有限元分析和BP神经网络相结合来获取复杂 结构的BP神经网络模型，并借助改进的粒子群算 法，以求得结构参数的最优值。 1 四轮平衡梁参数化有限元分析 利用 APDL语言与宏技术组织、管理 ANSYS 的有限元分析命令，可以实现参数化的建模、加载、 求解及后处理，进而实现参数化有限元分析的全过