基于多保真代理模型的塔机臂架结构优化

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。