一种考虑振源的多级隔振系统一体化优化设计方法技术方案

本发明专利技术涉及一种考虑振源的多级隔振系统一体化优化设计方法，属隔振领域，包括基于多级隔振系统的各设计变量及搜索空间确定各设计变量的初始参数值，并确定多级隔振系统的目标函数；基于各设计变量的初始参数值及目标函数，将设计变量组合转化为染色体；设置变异算子，变异量变异顺序及选择算子；基于第一适应度函数淘汰不合理的设计变量组合；基于第二适应度函数判断将大于0的最小第二适应度值对应的染色体作为优质基因继续繁殖，直至达到遗传算法终止条件时终止，得到最佳设计参数组合

【技术实现步骤摘要】
一种考虑振源的多级隔振系统一体化优化设计方法


[0001]本专利技术涉及隔振
，尤其涉及一种考虑振源的多级隔振系统一体化优化设计方法
。

技术介绍

[0002]现有技术在设计大型发振设备的气浮式隔振系统时，通常仅对隔振系统本身进行参数化设计
。
如图1所示大型发振设备多级隔振系统，上部第一级为振源，即发振设备，中间第二级为发振基础，即发振系统，下部第三级为围护辅助结构
。
现有技术中通常忽略上部振源的形状，将振源自重简化为作用于隔振基础顶面的静力加载到隔振基础，同时忽略围护辅助结构的隔振作用
。
在进行隔振基础本身的参数化设计时，通常采用人工经验试算的方式进行设计，以隔振性能
、
成本控制等指标项对多方案进行优化比选
。
[0003]经分析，由于现有技术方案仅对隔振系统进行单独设计，未对围护辅助结构的隔振性能进行设计，无法充分发挥二者协同作用下的最优隔振性能，同时无法解决大型发振设备载荷载经多级隔振系统后，难以采用一般动力基础半空间理论进行计算的问题，未能准确评估大推力振动对周围环境的振动影响
。
[0004]现有技术方案以大质量点代替上部发振设备实体建模，实际是忽略上部发振设备刚度矩阵，因此会带来的系统振动特性计算失真问题
。
同时，隔振基础的参数化设计通常采用人工试算的方式，由于设计参数较多且难以将多个优化目标转化为单一的控制优化目标，例如隔振性能和成本，人工试算的设计参数无法高效
>、
准确地优化设计方案
。
特别是在近年来，钢铁等大宗商品价格迅速上涨，导致人工试算的时间成本增大，使隔振系统研制单位在投标报价时所提出的方案无法即时根据实时市场价格进行调整，从而限制了有效的成本控制能力，带来亏损的风险
。

技术实现思路

[0005]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种考虑振源的多级隔振系统一体化优化设计方法，用以解决现有技术在设计大型振动设备的多级隔振系统时，忽略振源刚度矩阵带来的振动计算失真，以及忽略隔振系统与围护辅助结构的协同作用导致的性能优化困难
、
无法有效控制成本的问题
。。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种考虑振源的多级隔振系统一体化优化设计方法，包括如下步骤：
[0007]步骤
S1
，基于多级隔振系统的各设计变量及搜索空间确定各设计变量的初始参数值，并确定所述多级隔振系统的目标函数；
[0008]步骤
S2
，基于各设计变量的所述初始参数值及所述目标函数，将设计变量组合转化为染色体，所述设计变量组合包括各所述设计变量；设置变异算子
、
变异量
、
变异顺序及选择算子；基于第一适应度函数淘汰不合理的设计变量组合；基于第二适应度函数判断，将大于0的最小第二适应度值对应的染色体作为优质基因继续繁殖，直至达到遗传算法终止
条件时终止，得到最佳设计变量组合参数作为最佳设计参数组合
。
[0009]进一步地，所述多级隔振系统的各设计变量包括：
[0010]隔振基础台面厚度，隔振基础下挂尺寸，隔振器参数
、
数量及位置，阻尼器数量及参数，围护辅助结构底板厚度和侧壁厚度；
[0011]将所述各设计变量组合转化为染色体表示形式，每一条染色体包含所述各设计变量作为基因；
[0012]所述搜索空间基于各所述设计变量的取值范围确定
。
[0013]进一步地，所述步骤
S2
包括：
[0014]步骤
S21
，初始化种群，将所述设计变量组合转化为染色体，所述设计变量组合包括各所述设计变量；
[0015]步骤
S22
，设置所述染色体的变异算子
、
变异量及变异顺序，设置选择算子，基于第一适应度函数淘汰不合理的设计变量组合，得到合理隔振器直径的染色体；
[0016]步骤
S23
，基于符合第一适应度函数的设计变量组合，通过有限元模型求解计算得到发振设备最不利工作状态下，距离围护辅助结构边缘
1m
处的1‑
100Hz
频域范围内振动响应幅值
acc
，基于振动响应幅值
acc
逐个计算每个个体的第二适应度值，得到第二适应度值大于0且第二适应度值为最小值的基因作为优质基因继续繁殖；
[0017]步骤
S24
，当达到迭代次数，并且第二适应度值大于零，遗传算法终止，得到最优设计变量组合参数
。
[0018]进一步地，所述步骤
S22
包括：
[0019]将染色体中的隔振基础台面厚度
、
隔振基础下挂尺寸
、
隔振器直径
、
隔振器内压
、
阻尼器数量及参数
、
围护辅助结构底板厚度
、
围护辅助结构侧壁厚度设置为变异算子；
[0020]设置所述变异算子的变异量及变异先后顺序；
[0021]基于隔振器位置得到隔振器位置间距，将所述隔振器位置间距设置为选择算子；
[0022]设置第一适应度函数进行筛选，将满足第一适应度函数的基因对应的设计变量组合继续繁殖
。
[0023]进一步地，所述第一适应度函数为：
[0024]Fitness1
＝所有隔振器直径之和
‑
(
隔振基础台面周长
‑
4d)
；
[0025]如果第一自适应度值
Fitness1
＜0，则将该基因淘汰，不进入后续计算；如果第一自适应度值
Fitness1≥0
，则该基因可继续繁殖
。
[0026]进一步地，所述步骤
S23
包括：
[0027]基于所述符合第一适应度函数的设计变量组合的优质基因，基于
pyhton
语言，自动生成有限元模型进行计算得到
acc
，所述
acc
为染色体代表的设计变量组合下，发振设备最不利工作状态下，距离围护辅助结构边缘
1m
处的1‑
100Hz
频域范围内振动响应幅值；
[0028]计算设计变量组合的成本控制价金额；
[0029]基于振动响应幅值
acc
和成本控制价金额，计算每个优质基因的第二适应度值，将大于0的最小第二适应度值对应的的基因作为优质基因继续繁殖；
[0030]进一步地，所述计算每个个体的第二适应度值为：
[0031]对优质基因进行筛选的第二适应度函数进行计算得到第二适应度值；
[0032]所述第二适应度函数为：
[0033]F本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种考虑振源的多级隔振系统一体化优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤
S1
，基于多级隔振系统的各设计变量及搜索空间确定各设计变量的初始参数值，并确定所述多级隔振系统的目标函数；步骤
S2
，基于各设计变量的所述初始参数值及所述目标函数，将设计变量组合转化为染色体，所述设计变量组合包括各所述设计变量；设置变异算子
、
变异量
、
变异顺序及选择算子；基于第一适应度函数淘汰不合理的设计变量组合；基于第二适应度函数判断，将大于0的最小第二适应度值对应的染色体作为优质基因继续繁殖，直至达到遗传算法终止条件时终止，得到最佳设计变量组合参数作为最佳设计参数组合
。2.
根据权利要求1所述的一体化优化设计方法，其特征在于，所述多级隔振系统的各设计变量包括：隔振基础台面厚度，隔振基础下挂尺寸，隔振器参数
、
数量及位置，阻尼器数量及参数，围护辅助结构底板厚度和侧壁厚度；将所述各设计变量组合转化为染色体表示形式，每一条染色体包含所述各设计变量作为基因；所述搜索空间基于各所述设计变量的取值范围确定
。3.
根据权利要求2所述的一体化优化设计方法，其特征在于，所述步骤
S2
包括：步骤
S21
，初始化种群，将所述设计变量组合转化为染色体，所述设计变量组合包括各所述设计变量；步骤
S22
，设置所述染色体的变异算子
、
变异量及变异顺序，设置选择算子，基于第一适应度函数淘汰不合理的设计变量组合，得到合理隔振器直径的染色体；步骤
S23
，基于符合第一适应度函数的设计变量组合，通过有限元模型求解计算得到发振设备最不利工作状态下，距离围护辅助结构边缘
1m
处的1‑
100Hz
频域范围内振动响应幅值
acc
，基于振动响应幅值
acc
逐个计算每个个体的第二适应度值，得到第二适应度值大于0且第二适应度值为最小值的基因作为优质基因继续繁殖；步骤
S24
，当达到迭代次数，并且第二适应度值大于零，遗传算法终止，得到最优设计变量组合参数
。4.
根据权利要求3所述的一体化优化设计方法，其特征在于，所述步骤
S22
包括：将染色体中的隔振基础台面厚度
、
隔振基础下挂尺寸
、
隔振器直径
、
隔振器内压
、
阻尼器数量及参数
、
围护辅助结构底板厚度
、
围护辅助结构侧壁厚度设置为变异算子；设置所述变异算子的变异量及变异先后顺序；基于隔振器位置得到隔振器位置间距，将所述隔振器位置间距设置为选择算子；设置第一适应度函数进行筛选，将满足第一适应度函数的基因对应的设计变量组合继续繁殖
。5.
根据权利要求4所述的一体化优化设计方法，其特征在于，所述第一适应度函数为：
Fitness1
＝所有隔振器直径之和
‑
(
隔振基础台面周长
‑
4d)
；如果第一自适应度值
Fitness1
＜0，则将该基因淘汰，不进入后续计算；如果第一自适应度值
Fitness1≥0
，则该基因可继续繁殖
。6.
根据权利要求5所述的一体化优化设计方法，其特征在于，所述步骤
S23
包括：基于所述符合第一适应度函数的设计变量组合的优质基因，基于
pyhton
语言，自动生
成有限元模型进行计算得到
acc
，所述
acc
为染色体代表的设计变量组合下，发振设备最不利工作状态下，距离围护辅助结构边缘
1m
处的1‑
100Hz
频域范围内振动响应幅值；计算设计变量组合的成本控制价金额；基于振动响应幅值
acc
和成本控制价金额，计算每个优质基因的第二适应度值，将大于0的最小第二适应度值对应的的基因作为优质基因继续繁殖
。7.
根据权利要求6所述的一体化优化设计方法，其特征在于，所述计算每个个体的第二适应度值为：对优质基因进行筛选的第二适应度函数进行计算得到第二适应度值；所述第二适应度函数为：
Fitness2
＝
[(
ω
1*target1)*|acc|+(
ω
2*target2)*|price|*(target1*target2)]
其中，
target1
为振动性能目标函数，
target2
为成本控制目标函数，

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宁，陈骝，夏艳，颜枫，刘海宏，窦硕，左汉文，金春风，吴耀辉，邢云林，许照刚，彭朝斌，
申请(专利权)人：中国电子工程设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：