一種挖掘機工作裝置靜力學模型集成優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用ISIGHT優(yōu)化平臺綜合調(diào)用Solidworks三維建模軟件和 ANSYS有限元分析軟件的挖掘機工作裝置集成優(yōu)化方法，屬于機械設計與自動化領域。
【背景技術】
[0002] 隨著社會進步和科學技術的飛速發(fā)展，以及受大多數(shù)行業(yè)需求和作業(yè)高效益的驅(qū) 動，液壓挖掘機作為一種工具被廣泛使用，工作裝置是影響液壓挖掘機工作效率的一個重 要部分，工作裝置中的各個構件的尺寸直接決定了挖掘機的挖掘性能，而在挖掘機工作裝 置的常規(guī)設計方法中，構件的尺寸參數(shù)大多是按經(jīng)驗在一個取值范圍內(nèi)選取的，因此帶來 了功耗過大、材料浪費、狀態(tài)不佳、性能不可靠等問題。對于挖掘機工作裝置的優(yōu)化應在滿 足強度剛度約束條件的前提下重量最輕為目標進行設計。現(xiàn)有的利用ANSYS等軟件的優(yōu)化 由于受到軟件優(yōu)化能力的局限，因此并不能得到最優(yōu)的設計方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種挖掘機工作裝置靜 力學模型集成優(yōu)化方法，利用I SIGHT優(yōu)化平臺綜合調(diào)用So I i dworks三維建模軟件和ANSYS 有限元分析軟件的挖掘機工作裝置集成優(yōu)化方法，該方法運用Solidworks對工作裝置進 行建模，并運用ANSYS對工作裝置進行強度剛度分析，通過ISIGHT優(yōu)化平臺實現(xiàn)自動循環(huán) 仿真和優(yōu)化，并最終取得全局優(yōu)化解，提高挖掘機工作裝置的優(yōu)化效率和優(yōu)化精度。
[0004] 技術方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：
[0005] -種挖掘機工作裝置靜力學模型集成優(yōu)化方法，其特征在于：包括以下步驟：
[0006] (1)利用三維建模軟件Solichrorks對挖掘機工作裝置進行三維建模，首先保存為 SLDASM文件，然后將其另存為*. x_t文件，為Solidworks和ANSYS之間的數(shù)據(jù)傳輸做準 備。
[0007] (2)在ANSYS有限元分析軟件中進行挖掘機工作裝置模型的修改和簡化處理，通 過對挖掘機工作裝置的強度剛度進行分析，得到ANSYS集成優(yōu)化所需的Input, txt輸入文 件和Output, txt文件。Input, txt輸入文件包括兩個部分：solidworks模型文件· x_t文 件以及ANSYS的命令流文件.Igw文件。
[0008] (3) Solidworks通過專用組件與ISIGHT進行集成，選取Solidworks中的 *. SLDASM文件中的相關參數(shù)作為優(yōu)化問題的設計變量。通過勾選Show Solidworks during execution選項可以觀察Solidworks運行情況。
[0009] (4) ANSYS通過通用組件與ISIGHT進行集成，選取輸入文件中的相關參數(shù)作為優(yōu) 化問題的設計變量；
[0010] (5)采用批處理的方式借助Ansys. bat腳本的方式驅(qū)動ANSYS進行有限元分析；
[0011] (6)讀取輸出文件，從中調(diào)取挖掘機工作裝置優(yōu)化問題的目標值和約束值；
[0012] (7)利用ISIGHT中的組合優(yōu)化策略，即全局優(yōu)化和梯度優(yōu)化相結(jié)合的方式，進行 設計參數(shù)的修正，并將修正后的參數(shù)值重新返回到輸入文件中，分別傳遞至Solidworks和 ANSYS中進行下一輪優(yōu)化迭代；
[0013] (8)直到輸出文件傳遞出的約束值符合問題需求，則集成優(yōu)化結(jié)束，輸出全局最優(yōu) 解。
[0014] 首先根據(jù)任務要求，確定挖掘機工作裝置的獨立設計變量、體積目標函數(shù)和性能 約束條件，利用Solidworks軟件建立實體模型，并使用方程式對有函數(shù)關系的參數(shù)進行關 聯(lián)約束，保留獨立設計變量作為優(yōu)化參數(shù)。然后將其導入ANSYS中進行進一步的完善，建立 其有限元模型，并計算求解。
[0015] 所述的所述挖掘機工作裝置的獨立設計變量、體積目標函數(shù)和性能約束條件如 下：
[0016] X = [xl, x2, x3, x4, wl]
[0017] min F = Vl
[0018] 250 ￡xl ￡350,450 ￡x2 ￡650
[0019] 1200 ￡x3 ￡ 1600, 1875 ￡x4 ￡2500
[0020] 0. 01 ￡wl ￡0. 02
[0021] DOF ￡0.1 , MAX ￡3. 45E8
[0022] 其中，挖掘機工作裝置的設計變量集合X中，xl = ' D9@草圖10dongbi618_Part'， 為動臂三角形較短邊的長度；X2 = 'D30草圖l@dougan618_Part'為斗桿三角形中最短邊 的長度；x3 = ' D60草圖l@chandou618_Part'為f產(chǎn)斗的總長度；x4 = ' DlO凸臺-拉伸30 dongbi618_Part'為動臂的寬度；wl為動臂、斗桿和鏟斗中各個板的厚度；DOF為挖掘機工 作裝置位移約束；MAX為挖掘機工作裝置的應力約束，要求小于屈服應力345Mpa ;minF為挖 掘機工作裝置的體積目標函數(shù)，Vl為挖掘機工作裝置的體積。
[0023] 有益效果：本發(fā)明提供的挖掘機工作裝置靜力學模型的集成優(yōu)化方法，運用 ISIGHT-Solidworks-ANSYS的集成優(yōu)化模式，避免了 ANSYS中繁雜的建模工作，大大減少了 設計人員的工作量。通過嵌套和組合任意的求解策略。對設計問題智能化的探索，不斷選 擇新的設計初始值，從而進行自動地仿真和優(yōu)化，因此這種優(yōu)化模式可以用來解決不同的 分析問題。ISIGH在每次運行分析的過程中，可以實現(xiàn)實時的監(jiān)控，產(chǎn)品的參數(shù)變更引起的 產(chǎn)品整體的變化、設計參數(shù)輸入和性能參數(shù)輸出都可以在過程中顯示，方便設計人員進行 監(jiān)控。通過本發(fā)明的優(yōu)化，較好的解決了挖掘機工作裝置的靜力學分析問題，最終獲得令挖 掘機工作裝置靜力學性能更優(yōu)的全局解。其不僅可以利用ISIGHT優(yōu)化軟件自動搜索到滿 足性能要求的最優(yōu)解，而且在保證挖掘機工作裝置在滿足應力和位移要求的前提下進一步 減小了工作裝置的整體體積，在實際使用中取得了良好的效果。
【附圖說明】
[0024] 圖1為挖掘機工作裝置模型示意圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明的集成流程圖；
[0026] 圖3為全局優(yōu)化迭代曲線圖；
[0027] 圖4位局部優(yōu)化迭代曲線圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0029] 建立挖掘機工作裝置的優(yōu)化模型
[0030] 結(jié)合圖1，挖掘機工作裝置的主要部件有動臂1、動臂油缸2、斗桿3、斗桿油缸4、鏟 斗5、鏟斗油缸6、連桿7和連桿8。本實施例中挖掘機工作裝置主要涉及的參數(shù)的初始值如 表1所示；
[0031] 表1優(yōu)化前挖掘機工作裝置參數(shù)一覽
[0033] 根據(jù)上述參數(shù)可以建立挖掘機工作裝置的優(yōu)化數(shù)學模型。
[0034] X = [xl, x2, x3, x4, wl]
[0035] min F = Vl
[0036] 250 ￡xl ￡350,450 ￡x2 ￡650
[0037] 1200 ￡x3 ￡ 1600, 1875 ￡x4 ￡2500
[0038] 0. 01 ￡wl ￡0. 02
[0039] DOF ￡0.1 , MAX ￡3. 45E8
[0040] 其中，挖掘機工作裝置的設計變量集合X中，xl = ' D9@草圖10dongbi618_Part'， 為動臂1三角形較短邊的長度；X2 = ' D30草圖10doug