一种用于起重机金属结构的轻量化设计方法

摘要

本发明公开了一种用于起重机金属结构的轻量化设计方法,包括如下步骤：1）确定设计变量；2）确定目标函数；3）确定约束条件；4）执行果蝇算法，其中参数设置为，种群规模POP_NUM=100，最大迭代次数MAX_ITER=60，收敛精度δ=0.000001。改变果蝇算法对设计变量的表达方式，将设计变量的值用空间点的坐标至原点坐标距离的三次方求和并开立方来表示，即用近似模拟果蝇个体与原点的距离，引入了高等生物间学模仿的概念，利用当前种群中的最优设计点与其他点间设计变量值的随机交换模拟学过程，从而提高了算法的收敛速度，能够使算法以更快的速度收敛于全局最优解，可以直接用于工业生产而不需要做任何的近似处理。

主权项

一种用于起重机金属结构的轻量化设计方法,包括如下步骤：1）确定设计变量，将优化的变量用下式（1）表示，（1），其中设计变量x₁‑x₆表示与主梁相关的尺寸，x₇‑x₁₂表示与支腿相关的尺寸，x₁₃‑x₁₆表示与下横梁相关的尺寸；2）确定目标函数，以质量最轻，即以起重机金属结构所用材料体积最小为目标进行优化，目标函数表示为：（2）式中：：单主梁金属结构体积，；：起重机主梁总长，为跨度和悬臂长度之和；：单支腿金属结构体积，；：支腿高度；：单下横梁金属结构体积，；：大车轮距；3）确定约束条件，约束条件包括尺寸约束条件和金属结构约束条件，金属结构约束条件包括主梁、支腿、下横梁在内的金属结构的强度、刚度和稳定性的要求；4）执行果蝇算法，其中参数设置为，种群规模POP_NUM=100，最大迭代次数MAX_ITER=60，收敛精度δ=0.000001，果蝇算法为：41）将包括主梁、支腿和下横梁在内的起重机金属结构的箱型梁截面尺寸离散化为一系列的设计变量值，并用向量表示，用以初始化果蝇搜索起点位置，其中，，为设计变量的坐标表示，，并将这些值映射到一个果蝇算法起重机金属结构的数学模型中，计算目标函数，并初始化参数m=1，n=1；42）初始化果蝇种群，其中，，，，，均为区间(0,1)内的随机数；43）将随机选择的设计变量值代入起重机金属结构的数学模型中进行判断，若设计变量满足约束条件要求，令n=n+1，并输出该条件下的目标函数值，否则返回步骤42）重新搜索，直至n=POP_NUM时执行步骤44）；44）比较n个目标值，保存当前迭代的最优目标值，将其同进行比较，如果，用替换即，用对应的坐标值替换；45）令，其中和t是以一种概率随机选择的，，从而生成一个新的种群，按照同步骤44）相同的操作将最优目标值及对应的变量置入存储器中；46）令m=m+1，判断m值是否等于MAX_ITER，若是，则将最优目标值，及其对应的设计变量值以文件的形式输出至显示器，并执行步骤47），否则返回步骤42）；47）解码，将从显示器输出的设计变量同起重机金属结构箱型梁各截面的尺寸一一对应，从而完成起重机金属结构的轻量化设计。