基于改進協(xié)作優(yōu)化算法的塔式起重機金屬結構一體化設計研究.pdf

1、當今機械產(chǎn)品結構日益復雜，且產(chǎn)品競爭日趨激烈，對于機械產(chǎn)品的性能要求越來越高，因而產(chǎn)品的優(yōu)化設計也不再局限于零件和部件的優(yōu)化，而是從更高的層次上提出了整機/系統(tǒng)的整體性能優(yōu)化設計，而傳統(tǒng)的設計優(yōu)化方法求解這類優(yōu)化問題存在著諸多的缺陷。在這樣的工程背景下，一種新的設計優(yōu)化方法——多學科設計優(yōu)化誕生了。 多學科設計優(yōu)化(MultidisciplinaryDesignOptimization，簡稱MDO)是一種通過充分探索和利用系統(tǒng)中

2、相互作用的協(xié)同機制來設計復雜系統(tǒng)和子系統(tǒng)的方法論。其目的是利用系統(tǒng)中的協(xié)同機制獲得系統(tǒng)整體最優(yōu)解，通過并行設計來縮短設計周期。本文的目的就是研究多學科設計優(yōu)化算法及其在塔式起重機金屬結構設計中的應用。 由于系統(tǒng)內(nèi)部各個組成學科(子系統(tǒng))之間存在耦合作用，多學科設計優(yōu)化存在著系統(tǒng)分析的計算復雜性和各個學科(子系統(tǒng))之間的通信復雜性。MDO算法就是解決這兩個難題的策略和方法。本文對現(xiàn)有的各種MDO算法進行分析、比較，指出基于分解和協(xié)

3、調(diào)的雙層優(yōu)化算法是MDO算法的發(fā)展方向。 協(xié)作優(yōu)化算法(CollaborativeOptimizaiton，簡稱CO)是在一致性約束優(yōu)化算法(CompatibilityConstrainedOptimization，簡稱CCO)的基礎上發(fā)展起來的，基于分解和協(xié)調(diào)的一種雙層優(yōu)化算法。子系統(tǒng)優(yōu)化時暫時不考慮其它子系統(tǒng)的影響，故各個子系統(tǒng)可以相對獨立的進行并行優(yōu)化，設計沖突由系統(tǒng)級優(yōu)化問題協(xié)調(diào)。針對標準CO系統(tǒng)級優(yōu)化問題中K-T條件不

4、滿足而引起的計算困難，本文提出了通過采用權因子，將系統(tǒng)級問題無約束化處理的改進方法。該方法在避免上述計算困難的同時，簡化了系統(tǒng)級優(yōu)化問題。 本文的重點是改進協(xié)作優(yōu)化算法在工程設計中的應用研究。傳統(tǒng)的塔式起重機的優(yōu)化設計是對部件(子系統(tǒng))分別進行的，這樣的作法割離了子系統(tǒng)之間的有機的聯(lián)系，無法保證整機性能的最優(yōu)性。通過采用改進的協(xié)作優(yōu)化算法對塔式起重機金屬結構的塔帽-吊臂-平衡臂進行一體化方案設計，充分考慮了這三個子系統(tǒng)之間的協(xié)同