基于响应面法的钻架多目标优化与性能提升研究

作     者：董禹 花国祥 王升旭 丁林豪 

作者机构：南京信息工程大学自动化学院 无锡学院自动化学院 

出 版 物：《黑龙江工程学院学报》 (Journal of Heilongjiang Institute of Technology)

年 卷 期：2025年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：江苏省基础研究计划自然科学基金-青年基金项目(BK20230173) 

主　　题：钻架 响应曲面模型 多目标遗传算法 Box-Behnken 优化设计 

摘      要：随着钻机结构设计与优化技术的不断发展,钻架的轻量化设计已成为研究的重点方向之一。然而,在强度与刚度的平衡方面,传统设计方法仍存在局限性,无法完全满足现代工程对多目标优化的需求。文中提出了一种基于响应面模型的钻架多目标优化设计方法。首先,建立钻架的静力学和模态分析模型,选取关键设计变量,利用Box-Behnken实验设计法构建响应曲面模型,最终通过多目标遗传算法进行优化求解。优化结果表明,经过多次迭代,钻架的最大等效变形量减少11.43%,质量减轻10.81%,一阶固有频率提高22.39%,最大等效应力略微增加但仍远低于材料的屈服强度。上述改进显著提升了钻架的整体性能,减少了资源消耗和碳排放,符合可持续发展的要求。