[发明专利]一种基于近似模型的插秧机秧箱结构优化方法

说明书

本发明公开了一种插秧机秧箱结构优化方法，对秧箱结构进行初始性能的有限元分析，确定刚度富裕点；对影响秧箱动静态性能的关键因素进行灵敏度分析，确定设计变量，以秧箱的模态、刚度作为优化设计的约束条件，质量作为目标函数，构建秧箱结构优化数学模型；采用优化拉丁超立方试验设计产生样本点，选用精度较高的Kriging模型，构建质量、模态和刚度与设计变量关系的近似模型，对优化数学模型进行简化；采用智能优化算法对优化数学模型进行求解，得出质量最小值和对应的设计变量取值，并对优化后的秧箱静动态性能进行校验分析。本发明通过构建刚度、模态和质量与设计变量关系的近似模型，能够减少计算复杂性，因此可加快优化进程。

技术领域：

本发明涉及插秧机结构设计技术领域，主要涉及一种基于近似模型的插秧机秧箱结构优化方法。

背景技术：

插秧机秧箱的轻量化设计属于典型的高维、非线性多学科优化问题，其基本原则是在满足静刚度和振动约束的前提下使秧箱质量最小。利用传统的计算机辅助设计方法，容易出现计算复杂或性能设计过剩等问题。本发明通过结合灵敏度分析与近似模型方法，确定了优化目标、约束条件和设计变量，将多目标优化问题转化为单目标优化问题，解决了仿真精度与计算复杂性的矛盾。

发明内容：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于近似模型的插秧机秧箱结构优化方法，实现结构的轻量化，在满足结构静动态性能的前提下，使其质量达到最小，通过近似模型的应用进行有约束的优化，实现秧箱的轻量化，加快了计算进程，缩短了优化周期。解决了仿真精度与计算复杂性的矛盾；在牺牲一定精度的基础上，有效的减少了计算的复杂性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于近似模型的插秧机秧箱结构优化方法，其特征在于：首先通过对箱结构进行初始性能的有限元分析，确定刚度富裕点；对影响秧箱静动态性能的关键因素进行灵敏度分析，确定设计变量，以秧箱的模态、刚度作为优化设计的约束条件，质量作为目标函数，构建秧箱结构优化数学模型；然后采用优化拉丁超立方试验设计产生样本点，选用精度较高的Kriging模型，构建质量、模态和刚度与设计变量关系的近似模型，对优化数学模型进行简化；最后采用智能优化算法对优化数学模型进行求解，得出质量最小值和对应的设计变量取值，并对优化后的秧箱静动态性能进行校验分析。

其具体包括以下步骤：

步骤1：秧箱结构初始性能有限元分析：包括构建秧箱结构有限元模型，进行刚度分析与模态分析，确定初始条件下秧箱的最大硬点刚度与模态第一阶固有频率，并确定刚度富裕点；

步骤2：秧箱结构优化数学模型的构建：包括确定优化目标、约束条件和设计变量，优化目标为秧箱质量最小；约束条件为满足秧箱静动态性能要求，即满足静刚度和振动约束；变量包括形状变量和尺寸变量；对变量进行质量灵敏度分析，灵敏度较大的变量作为设计变量；根据加工工艺及插秧机秧箱性能要求确定各设计变量的取值范围；

步骤3：近似模型的构建：包括确定试验设计方法、初始样本点、近似模型类型及其精度评估准则；根据步骤2的分析结果，构建以刚度、模态和质量与设计变量关系的近似模型，并进行精度评估，如不满足条件，则增加样本点重新构建近似模型，直至满足精度要求；

步骤4：秧箱结构优化：根据步骤3所构建的近似模型，通过有约束的单目标优化方法得到满足静动态性能条件下，秧箱质量的最小值及对应设计变量取值；

步骤5：秧箱静动态性能校验分析：校验秧箱设计变量最优值，如满足设计目标则设计完成，如不满足设计目标，则修改设计变量的初始取值进入步骤2，按照上述步骤构建、优化和分析，直至满足设计目标则设计完成。

所述步骤2中的秧箱形状变量主要有各个经轴架的截面宽度和高度；尺寸变量主要有各个经轴架及秧箱单元的厚度。