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· 机械制造 · 张实展 ,等 ·近似模型聚合在机床立柱优化设计中的应用
近似模型聚合在机床立柱优化设计中的应用
张实展 .邱浩波
(华中科技大学 数字制造装备与技术国家重点实验室。湖北 武汉 430074)
摘 要:建立了某重型机床立柱部件优化问题的数学模型.采用拉丁超立方试验设计生成 50
个隐式约束的有限元仿真数据样本。使用样本集分别建立Kriging模型、径 向基神经网络和
二阶多项式响应面模型,通过近似模型聚合方法来替代隐式约束的有限元计算。结合全局
优化算法,得到一组可行的立柱尺寸参数组合 ,使机床立柱的质量减轻 .并满足工作载荷下
的挠度、应力和油压约束条件。研究表明:近似模型聚合方法很适合解决高仿真代价的隐式
约束 问题。
关键词:优化设计;近似模型:有限元仿真;拉丁超立方
中图分类号:TH164;TP391.9 文献标志码 :B 文章编号:1671.5276(2015)03.0013—04
ApplicationofEnsembleofSurrogatesinOptimizationDesignofMachineToolColumn
ZHANGShi.zhan。QIUHao—bo
(TheStateKeyofDigitalManufacturingEquipmcntandTechnology,HuazhongUnivesityof
ScienceTechnology,Wuhan430074。China)
Abstract:Themathematicalmodelofaheavymachine-toolcolumnisestablished,and50datapointsoffiniteelementanalysisfor
implicitconstrainsaresampledbytheLatinhypercubedesignofexperimentalmethod.TheKrigingmodel,RBNN(radialbasisneural
network)modelandsecond—orderPRS(polynomialresponsesurface)modelarethenappliedtoconstructingtheensembleofsur-
rogatesfortheimplicitconstrains.Thenitsfeasibledesignvariablesareobtainedthroughglobaloptimization,themassofthecolumn
isreducedandtheimplicitconstrainsofdeflection,stressandhydraulicconstrainsareallsatisfied.Thestudyshowsthatensemble
ofsurrogatesissuitableforexpensiveimplicitconstrains.
Keywords:optimizationdesign;surrogatemodels;finiteelementsimulation;Latinhypercube
功克服以上两个缺陷。
0 引言 Bishop和Zerpa等都在各 自的研究 中运用过近似模
型聚合的理念 [3,41:Goe]等最先正式提出近似模型聚合的
超重大型数控机床的立柱优化设计是一个具有复杂 概念.并系统地描述近似模型聚合方法 的优势和建立方
的几何形状及材料非线性性质的多变量工程设计问题,其 法 ]。近似模型聚合是一种能综合不同模型优势的新建
约束条件有较重要的部分往往以隐式形式存在。例如许用 模方法,在针对隐式问题时,也能保证一定的精度。文中
挠度和许用应力约束。通常使用有限元仿真技术来验证一
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