基于代理模型的機械式挖掘機動臂輕量化設(shè)計.pdf

1、機械式挖掘機以其爆破效果要求低，適應(yīng)能力強，更容易達(dá)到滿斗效果等特點，被廣泛應(yīng)用于露天礦山開采。隨著經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展，各國對煤炭、礦產(chǎn)資源的需求越來越多，這對機械式挖掘機提出了更高的要求。傳統(tǒng)的設(shè)計方法過分考慮安全系數(shù)，導(dǎo)致自重太大，可靠性降低，工作性能下降，因此急需新的設(shè)計方法對機械式挖掘機進行輕量化設(shè)計。
　　本文以太原重工WK-55型機械式挖掘機動臂為研究對象，在考慮靜強度約束和疲勞壽命約束的基礎(chǔ)上對動臂做輕量化設(shè)計，主要

2、的研究內(nèi)容如下：
　　利用離散元軟件EDEM獲取挖掘整個過程鏟斗斗尖挖掘阻力變化曲線，在此基礎(chǔ)上對挖掘機工作裝置進行力學(xué)分析，獲得動臂整體受力變化曲線，然后將動臂簡化為梁單元，畫出其軸力圖和彎矩圖，確定軸力最大和彎矩最大截面，最后確定在整個挖掘過程中彎矩最大截面彎矩最大時刻和軸力最大截面軸力最大時刻，利用有限元分析軟件ANSYS Workbench分別分析彎矩最大時刻和軸力最大時刻確定應(yīng)力最大時刻。
　　確定好應(yīng)力最大時刻后

3、，利用ANSYS Workbench對動臂做靜力學(xué)分析和疲勞分析，確定動臂最大應(yīng)力值和疲勞壽命值，分析動臂整體應(yīng)力最大位置和疲勞壽命最短位置，為下一步優(yōu)化打下基礎(chǔ)。
　　確定動臂輕量化數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，利用拉丁超立方試驗設(shè)計方法選擇訓(xùn)練點和檢驗點構(gòu)建代理模型，根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)確定質(zhì)量、應(yīng)力和疲勞壽命模型類型，利用遺傳算法尋找滿足應(yīng)力和疲勞壽命約束的基礎(chǔ)上質(zhì)量最輕的結(jié)構(gòu)參數(shù)并進行驗證，滿足設(shè)計要求。
　　利用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)對代理模型優(yōu)化