[发明专利]一种面向低碳制造的焊接箱型梁智能优化设计方法

说明书

技术领域

本发明属于减少装备制造过程中温室气体排放技术领域，具体涉及一种面向低碳制造的焊接箱型梁智能优化设计方法。

技术背景

在温室气体(Greenhouse Gas,GHG)排放中，制造业占据了超过一半的比重，是减排的重中之重；以箱型梁为研究目标，在传统的设计制造过程中，针对降低箱型梁GHG排量而进行的优化非常稀少，在多数情况下优化设计还停留于降低材料用量这一目的；以减少材料为目的的优化方法虽然可以在一定程度上起到减少GHG排放的效果，但依旧存在优化目的不清楚，优化效果随机性较大，无法达到最优设计的问题；

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种面向低碳制造的焊接箱型梁智能优化设计方法，利用该方法可以达到减少生产中GHG排放的目的。

为达到上述目标，本发明采取的技术方案为：

一种面向低碳制造的焊接箱型梁智能优化设计方法，包括以下步骤：

1)、测算GHG排放：利用测量仪器测算出箱型梁生产环节的GHG排放量，生产环节包括开采资源、冶金、焊接、机械加工过程的GHG排放，将各生产环节的GHG排放量以千克二氧化碳当量(kgCO₂e)的形式转化为同等质量的CO₂；

2)、计算目标函数GHG及其对各个变量的偏导：

设计变量x为箱型梁所有筋板的厚度向量δ与端点坐标向量C，按照步骤1)中所测得的数据建立温室气体排放的数学表达形式，也就是目标函数GHG，

GHG(x)＝G_meterial(x)+G_cutting(x)+G_welding(x)

G_meterial(x)＝m_steel×k_steel

G_cutting(x)＝m_C×k_c+m_O×k_o+m_CO2+E_cut×k_E

G_welding(x)＝m_welding×k_welding+m′_CO2×k_CO2+m"_CO2+E_welding×k_E

G_meterial(x)为制造筋板的GHG排放量，m_steel为所用筋板的总质量，k_steel为制造单位质量筋板的GHG排放当量；G_cutting(x)为切割筋板的GHG排放量，m_c为切割时所用C₃H₈的质量，k_c为制造单位质量C₃H₈时的GHG排放当量，m_o为切割时所用O₂的质量，k_o为制造单位质量O₂的GHG排放当量，m_CO2为切割过程中产生的CO₂质量，E_cut为切割时的用电量，k_E为单位电能的GHG排放当量；G_welding(x)为零件焊接的GHG排放量，m_welding为所用焊丝的质量，k_welding为制造单位质量焊丝的GHG排放当量，m′_CO2为二氧化碳气体保护焊所用的CO₂质量，k_CO2为制备单位质量CO₂时的GHG排放当量，m"_CO2为焊接过程中产生的CO₂质量，E_welding为焊接用电量，

然后求出目标函数GHG对各个变量的偏导值；

3)、计算有待优化结构的应变能函数J及其对各个变量的偏导：

建立笛卡尔坐标系，以zoy面作为筋板位置的变换平面，力沿与X轴平行的方向加载在箱型梁结构上，求出应变能函数J，采用刚度扩散准则求解，具体步骤如下:

3.1)、建立不包含筋板的基结构有限元模型，并求解：