基于多保真代理模型的塔机臂架结构优化

作者：张建康,刘富文,郭冠辰,等. 日期：2024-11-21/span> 浏览：218 查看PDF文档

摘要:起重臂架是动臂式塔机的关键工作部件,负责提升运输建筑材料,其制造成本和工作耗能与自身重量成正比,需要对臂架的重量优化展开研究,因此提出了一种针对动臂式塔机臂架的高效优化设计方法。首先,基于有限元法,计算了不同臂架幅度下的极限工况应力及变形,确定了最危险工况,并以此工况作为优化设计的基础工况;然后,选定了臂架上12个结构参数为设计变量,进行了参数化建模,利用拉丁超立方采样(LHS)选取了样本点,基于有限元仿真数据,构建了三种基于径向基函数(RBF)的代理模型并对其精度进行了评估;最后,基于精度高的多保真代理模型(MFS),以臂架重量最小为优化目标,构建了臂架优化问题的数学模型,使用遗传算法(GA)完成了优化设计。研究结果表明:优化后的臂架满足强度、刚度要求,整个臂架不会发生断裂和失稳,而且臂架重量减轻了25.03%;同时,多保真代理模型的预测结果和仿真结果误差小于3%,证明了多保真代理模型的准确性,进而证明了基于多保真代理模型的臂架优化方法的有效性。

关键词:动臂式塔式起重机;臂架结构轻量化设计;多保真代理模型;遗传算法;优化设计;拉丁超立方采样;径向基函数

中图分类号:TH213.3文献标识码:A文章编号:1001-4551(2024)11-1967-10

本文引用格式:

张建康,刘富文,郭冠辰,等.基于多保真代理模型的塔机臂架结构优化［J］.机电工程,2024,41(11):1967-1976.

ZHANG Jiankang, LIU Fuwen, GUO Guanchen, et al. Structure optimization of tower crane jib based on multi-fidelity surrogate model［J］.Journal of Mechanical & Electrical Engineering, 2024,41(11):1967-1976.