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基于约束边界抽样的起重机金属结构可靠性优化

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机械工程学报 2023年第8期59卷 288-298页

作者：范小宁王凯余畅太原科技大学机械工程学院太原030024

针对全区域Kriging代理模型的起重机金属结构可靠性优化设计,为保证优化结果的正确性仍需较多高保真样本从而造成计算成本偏高、计算效率偏低的问题,提出了基于约束边界抽样的Kriging代理模型的起重机金属结构可靠性优化设计,根据抽样... 详细信息

针对全区域Kriging代理模型的起重机金属结构可靠性优化设计,为保证优化结果的正确性仍需较多高保真样本从而造成计算成本偏高、计算效率偏低的问题,提出了基于约束边界抽样的Kriging代理模型的起重机金属结构可靠性优化设计,根据抽样规则只在约束边界区域内抽取较多高保真样本,提高约束边界区域Kriging代理模型的拟合精度,减少构建非约束边界区域高精度代理模型所造成的时间消耗。通过实例验证:基于边界取样的Kriging代理模型的起重机金属结构可靠性优化与全约束域Kriging代理模型的可靠性优化设计相比,在取得同样优化结果的情况下,计算成本大约可节省78%,可见边界取样法在基于代理模型的可靠性优化设计中可以在保持良好准确性的同时大幅提高设计效率。

关键词：起重机金属结构 Kriging代理模型约束边界抽样法可靠性优化设计

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基于动态Kriging代理模型的起重机金属结构可靠性分析方法

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基于动态Kriging代理模型的起重机金属结构可靠性分析方法

作者：吕召国太原科技大学

学位级别：硕士

起重机作为现代制造业和物流运输业中不可或缺的起重设备被广泛应用到建筑、冶金、机械加工等领域,随着在役起重机数量的不断增加并考虑到起重机的工作特点,对起重机的安全和可靠性也提出了更高要求。随着各种计算机仿真软件越来越成熟... 详细信息

起重机作为现代制造业和物流运输业中不可或缺的起重设备被广泛应用到建筑、冶金、机械加工等领域,随着在役起重机数量的不断增加并考虑到起重机的工作特点,对起重机的安全和可靠性也提出了更高要求。随着各种计算机仿真软件越来越成熟,进行可靠性分析时大都需要借助有限元仿真工具来实现,而此过程往往需要在不断地迭代过程中反复调用有限元模型以寻找最合理的设计方案。随着各种建模复杂度的增加和设计人员对分析精度要求的提高,计算机仿真分析的效率提升非常有限,随之而来的就是计算成本巨大、效率较低,再加上实际工程中多是高维小失效概率问题,得到精确的可靠度计算结果更加困难。所以,怎样减少计算成本的同时提高效率并兼顾结果的正确性,也成了科研工作者的关注焦点。针对上述存在的问题,本文提出基于动态Kriging代理模型结合重要抽样法的起重机金属结构可靠度计算方法。具体方法如下:首先,应用拉丁超立方抽样方法均匀的获取设计空间内的初始样本点,并基于有限元模型获取其仿真响应值,构建初始Kriging代理模型;然后,使用两种学习函数以尽可能少的计算成本保证模型感兴趣部位代理模型的拟合精度,同时应用改进的一次二阶矩法结合Kriging代理模型迭代求出最大可能失效点;第三,以最大可能失效点为抽样中心,构造高斯分布形式的重要抽样密度函数;最后,基于所建立的代理模型使用重要抽样法计算可靠度,并通过工程案例验证了本文方法的可行性和有效性。另外,本文构建了新增停止准则并与学习函数相结合,并使用数值算例和工程实例验证了新增停止准则在降低有限元调用次数的有效性。通过工程实例验证:加入新增停止准则的学习函数相较于传统的学习函数,可以在使动态Kriging代理模型达到相似精度的情况下节省约20%到46%的计算成本,本文所提方法在平衡代理模型的拟合精度与计算成本方面效果良好。

关键词：起重机金属结构动态Kriging代理模型重要抽样法可靠性分析新增停止准则

基于动态Kriging模型的起重机金属结构可靠性优化解耦方法

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基于动态Kriging模型的起重机金属结构可靠性优化解耦方法

作者：王凯太原科技大学

学位级别：硕士

起重机金属结构作为起重机的骨架结构,需要承担工作载荷以及自身的重量,其设计的优劣关系到起重机的经济成本和安全性。在起重机金属结构的设计中,采用可靠性的优化设计(Reliability-based Design Optimization,RBDO)方法已经逐渐成为... 详细信息

起重机金属结构作为起重机的骨架结构,需要承担工作载荷以及自身的重量,其设计的优劣关系到起重机的经济成本和安全性。在起重机金属结构的设计中,采用可靠性的优化设计(Reliability-based Design Optimization,RBDO)方法已经逐渐成为一种必然要求。随着现代仿真技术的发展,起重机金属结构有限元仿真分析已得到了广泛应用,但针对大型起重机金属结构,基于仿真的可靠性优化设计成本昂贵,如何减少计算成本并高效准确的进行可靠性优化成为急需解决的问题。目前结合代理模型技术进行结构可靠性优化设计已得到相关学者的广泛关注,但在起重机金属结构可靠性优化领域还刚起步,还面临着许多需要解决的问题,如构建起重机金属结构仿真技术模型的代理模型还是一种静态模型,构建模型所需样本点数目较多,计算成本偏高;用于可靠性优化求解的双循环法,可靠性分析次数较多,计算效率低。针对上述问题,本文展开了深入研究,具体研究工作如下:(1)采用解耦法的可靠性优化策略,通过偏移向量将可靠性分析循环从优化设计循环中分离出来,减少了可靠性分析的次数,提高了起重机金属结构的可靠性优化求解效率。(2)提出了基于多点加点策略的动态Kriging代理模型构建方法,基于少量高保真样本点先建立初始Kriging代理模型,在迭代优化过程中通过本文所构建的两种多点加点策略进行加点更新代理模型,随着优化的进行,模型精度不断提高,在优化结束的同时得到满足精度要求的代理模型。(3)将动态Kriging代理模型的构建方法和可靠性优化设计的解耦法进行集成,提出了基于动态Kriging模型的起重机金属结构可靠性优化解耦方法,并应用于某桥式起重机金属结构的可靠性优化设计中,经实例验证所提出的方法在保证结构可靠度要求的条件下,可以用极少的计算成本取得了与基于有限元模型的起重机金属结构可靠性优化一致的计算结果,与基于静态代理模型的可靠性优化结果相比在取得同样计算结果的情况下,计算成本减少了大约76.52%,所提方法在保证计算精度的同时,节省了计算成本,提高了设计效率。

关键词：起重机金属结构解耦可靠性优化动态Kriging代理模型多点加点策略

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起重机金属结构件结构设计分析

工程机械 1990年第8期 15-17页

作者：钱涌根同济大学

1 金属结构件设计的几点要求金属结构件是起重机的重要组成部分,它的结构设计的合理,制造质量的好坏都直接影响整机的性能。为保证整机的技术性能和经济性,其金属结构设计时应考虑如下要求: (1) 应满足起重机总体设计要求首先应满足作... 详细信息

1 金属结构件设计的几点要求金属结构件是起重机的重要组成部分,它的结构设计的合理,制造质量的好坏都直接影响整机的性能。为保证整机的技术性能和经济性,其金属结构设计时应考虑如下要求: (1) 应满足起重机总体设计要求首先应满足作业空间的要求,其次应满足总体布置的要求。(2) 坚强耐用、性能良好、安全可靠为保证起重机坚固耐用、安全可靠,其金

关键词：筋板横梁侧板连接板槽形撑板肢基片纺织机械零部件起重机金属结构支承座金属结构件塔式起重机塔吊静刚度纵梁

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起重机金属结构疲劳寿命评估系统开发

机械设计与制造 2018年第8期 174-176,180页

作者：吕晶晶陈江义郑州大学机械工程学院河南郑州450001

利用VB语言和ANSYS二次开发语言APDL,开发了起重机金属结构疲劳寿命评估系统。其中,VB平台用来设计方便友好的人机交互界面,采用APDL语言开发起重机金属结构强度参数化分析模块。在结构疲劳寿命评估工具中,提供了基于Paris公式、Paris... 详细信息

利用VB语言和ANSYS二次开发语言APDL,开发了起重机金属结构疲劳寿命评估系统。其中,VB平台用来设计方便友好的人机交互界面,采用APDL语言开发起重机金属结构强度参数化分析模块。在结构疲劳寿命评估工具中,提供了基于Paris公式、Paris公式与Miner线性累积损伤理论相结合、热点应力法的三种不同寿命估算模型。最后以某桥式起重机桥架结构为对象,对所开发的软件工具功能进行了具体验证,结果表明该工具可以为起重机金属结构的数字化设计提供帮助。

关键词：起重机金属结构疲劳寿命评估工具 APDL VB

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起重机金属结构疲劳寿命评估系统开发

起重机金属结构疲劳寿命评估系统开发

作者：吕晶晶郑州大学

学位级别：硕士

近年来,随着工业生产率的提高,起重机使用频率越来越高且大部分运行时间处在高应力水平下,容易造成金属结构疲劳破坏甚至引发安全事故。国内外针对起重机剩余疲劳寿命估算做出很多研究,有些停留在理论层面,有些针对起重机来说适用性不... 详细信息

近年来,随着工业生产率的提高,起重机使用频率越来越高且大部分运行时间处在高应力水平下,容易造成金属结构疲劳破坏甚至引发安全事故。国内外针对起重机剩余疲劳寿命估算做出很多研究,有些停留在理论层面,有些针对起重机来说适用性不足。因此,考虑起重机实际工作情况,选取合适寿命预测方法,在商用软件基础上进行二次开发,可以提高起重机金属结构的设计效率和质量。基于此,本文详细讨论了起重机金属结构寿命评估中用到的关键技术,利用VB语言和ANSYS二次开发语言APDL,开发了起重机金属结构疲劳寿命评估系统,并给出了具体的工程应用实例。论文主要内容如下:(1)阐述了国内外起重机金属结构疲劳寿命研究现状,分类总结疲劳寿命预测方法,介绍了参数化技术、有限元分析技术、Visual Basic二次开发技术等课题研究中涉及到的理论知识。(2)利用ANSYS软件对型号为QD15/6.5t-25.5m的双梁桥式起重机和型号为MG30/20t-22m的A型双刚腿门式起重机进行参数化建模及有限元静态分析,验证起重机金属结构有限元模型的正确性。(3)在金属结构满足静强度设计要求的前提下,提供了基于Paris公式、Paris公式与Miner线性累积损伤理论相结合、热点应力法的三种不同寿命估算模型,来评估起重机金属结构疲劳寿命,同时对影响疲劳寿命预测结果的因素进行分析和讨论,有助于合理地评估起重机的安全性能。(4)利用Visual Basic软件对桥门式起重机金属结构数值仿真及疲劳寿命评估过程进行封装,并添加尺寸优化模块,实现计算的自动化、参数化。

关键词： ANSYS 起重机金属结构 Visual Basic 疲劳寿命