基于拓?fù)鋬?yōu)化理論的高速柔性輸送裝備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、白車身柔性焊接生產(chǎn)線是生產(chǎn)乘用車的核心裝備。近年,隨著汽車市場(chǎng)的快速增長(zhǎng),急需年產(chǎn)量20萬(wàn)輛以上的高速柔性焊接生產(chǎn)線。高速柔性輸送裝備是高速焊接線中的關(guān)鍵部分,負(fù)責(zé)在短時(shí)間內(nèi)完成車身和隨行夾具的輸送。由于輸送時(shí)間短,高速柔性輸送設(shè)備必須滿足質(zhì)量低的要求以減輕驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。
　　結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法是在高精度的偏微分方程數(shù)值解法和高性能計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的一種新興的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。它能夠在給定的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、質(zhì)量、或者固有頻率等約束條件

2、的限制下,以結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量或者傳熱效率為目標(biāo),通過(guò)一定的計(jì)算流程得到設(shè)計(jì)空間內(nèi)材料的最優(yōu)拓?fù)浞植?。?jīng)過(guò)多年的發(fā)展,結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化領(lǐng)域涌現(xiàn)出均勻化方法、材料密度插值方法和漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化法等行之有效的方法。這些方法廣泛應(yīng)用在汽車和航空航天等領(lǐng)域。但是,這些方法并不是完美無(wú)缺。它們?cè)谟?jì)算是常常會(huì)遭遇棋盤(pán)格式、網(wǎng)格依賴性等數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象。
　　本文從結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的力學(xué)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)出發(fā),分析研究基于密度插值模型和優(yōu)化準(zhǔn)則法的拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型和計(jì)算

3、模型。以MATLAB程序?yàn)榛A(chǔ),研究了濾波算法在阻止數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象方面的作用。以白車身高速輸送設(shè)備為對(duì)象,在結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上,考慮可變位置約束,對(duì)隨行夾具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。在提高結(jié)構(gòu)性能的同時(shí)有效減少了材料使用量,取得了良好的優(yōu)化效果。對(duì)今后結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法的工程應(yīng)用具有一定參考意義。
　　首先,從優(yōu)化問(wèn)題最基本的形式出發(fā),結(jié)合彈性力學(xué)的基本方程和偏微分方程的等效積分求解方法,推導(dǎo)了有限元數(shù)值求解格式。在有限元方法的基礎(chǔ)上

4、,基于材料密度插值模型和準(zhǔn)則優(yōu)化法,建立了拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算模型,編寫(xiě)了基本的MATLAB計(jì)算程序。
　　之后,以MATLAB計(jì)算程序?yàn)榛A(chǔ),分析了拓?fù)鋬?yōu)化計(jì)算中常見(jiàn)的數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象。深入研究了濾波算法中濾波半徑這一關(guān)鍵參數(shù)對(duì)數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象的抑制作用以及對(duì)優(yōu)化計(jì)算過(guò)程和結(jié)果的影響。
　　最后,校核了高速輸送設(shè)備中的包膠輪、連接鍵和隨行夾具三個(gè)關(guān)鍵部件。針對(duì)隨行夾具末端形變過(guò)大的問(wèn)題,以結(jié)構(gòu)變形為約束,以結(jié)構(gòu)質(zhì)量最小