【技术实现步骤摘要】
本领域涉及到机床床身设计领域，具体是中小型螺旋桨加工机床床身结构多目标优化设计方法。
技术介绍
1、随着全球经济的发展以及科技的进步，制造业不断更新迭代、快速发展，如汽车制造业、航空航天工业、船舶制造业等，这为数控机床的发展带来了重要的机遇与挑战。一方面，汽车制造业、航空航天工业等快速发展，带动数控机床规模迅速扩大。另一方面，数控机床的技术竞争加剧，制造业对机床的加工精度、动静态性能提出了更高的要求。同时，随着全球气候变暖、环境恶化与资源减少，提高数控机床的材料利用率、实现机床轻量化显得尤为重要。中小型螺旋桨加工机床，是一种适用于航空航天以及船舶螺旋桨制造的数控机床，可以实现复杂零件的高效加工。床身，作为中小型螺旋桨加工机床的最大支撑部件，其动静态性能直接影响机床加工的精度和抗振性，其轻量化对整个机床的轻量化具有重大意义。因此，如何实现床身的轻量化、提高其动静态性能已成为当前中小型螺旋桨制造领域的重要课题。
技术实现思路
1、目前我国的中小型螺旋桨加工机床床身一般是根据经典的材料力学理论再结合经验进行设计，这样的设计方法往往会造成机床床身耗材多、刚度性能差、生产成本过高的问题。针对这些问题，提出一种中小型螺旋桨加工机床床身结构多目标优化设计方法，包括下面步骤：
2、(1)建立床身有限元模型，对床身模型进行静力学分析和模态分析；
3、(2)灵敏度分析确定床身多目标优化设计参数；
4、(3)通过doe试验得到样本数据；
5、(4)根据神经
6、(5)基于熵权法与critic算法确定目标权重；
7、(6)通过粒子群算法得到优化设计方案；
8、(7)对比原始床身与优化后的床身的性能。
9、进一步的，所述静力学分析：利用有限元软件对床身模型进行静力学分析，添加床身模型材料属性，采用四面体网格划分方式对床身进行网格划分，再根据工况施加载荷与约束，求解得到等效应力云图和总位移云图；
10、所述模态分析：利用有限元软件对床身模型进行模态分析，添加床身模型材料属性，采用四面体网格划分方式对床身进行网格划分，添加约束，求解得到床身的各阶固有频率和模态振型。
11、进一步的，所述灵敏度分析确定床身多目标优化设计参数：在建模软件上，根据经验定义可能对床身性能影响较大的结构尺寸为链接参数，利用建模软件与有限元软件进行灵敏度分析，记灵敏度大于20％或小于-20％为床身的性能有显著影响，将灵敏度大于20％或小于-20％的尺寸作为床身优化设计参数。
12、进一步的，所述通过doe试验得到样本数据：通过中心复合设计法(ccd)、box-behnken设计法(bbd)以及拉丁超立方设计法(lhs)这三种常见的试验设计方法来获得不同的分布良好的样本数据，使神经网络算法有足够的样本用于拟合目标函数。
13、进一步的，所述根据神经网络算法拟合目标函数：将doe实验获取的样本导入统计分析软件中，设置隐含层节点数，使用levenberg-marquardt(lm)法，将70％的数据作为训练集，15％的数据作为验证集，15％作为测试集，对每一个目标函数进行拟合。
14、进一步的，所述基于熵权法与critic算法确定目标权重：利用统计分析软件对样本数据进行分析与计算，得到各目标在熵权法与critic算法下的权重，对两种权重取平均，得到每个目标的综合权重。
15、通过各目标函数加权求和得到综合目标函数，如下：
16、
17、优化目标包括床身质量ym、最大总变形最大等效应力第一阶固有频率
18、进一步的，所述通过粒子群算法得到优化设计方案：综合目标函数即为适应度计算函数，具体步骤如下：
19、(1)初始化参数，设定迭代次数t、种群数h、惯性权重ω、个体学习因子c1与社会学习因子c2；
20、(2)通过随机产生的起始位置和速度来创建起始群；
21、(3)计算群中所有粒子的适应度。对于每个粒子，存在当前总体中的局部最佳pkd(t)；
22、(4)根据下式更新下一时刻的位置xkd(t+1)和速度vkd(t+1)：
23、vkd(t+1)＝ωvkd(t)+c1r1(t)(pkd(t)-xkd(t))+c2r2(t)(gd(t)-xkd(t))
24、xkd(t+1)＝xkd(t)+vkd(t+1)
25、其中，r1、r2为(0，1)之间的随机数，gd(t)为t时刻的全局最佳数值；
26、(5)重新计算更新后的适应度，并与局部最佳pkd(t)进行比较，更新全局最佳数值gd(t)；
27、(6)重复步骤(3)、(4)、(5)，直到满足停止标准。
28、优化目标用数学模型表示：
29、
30、m0为优化前的床身质量，σ0为优化前的最大等效应力，δ0为优化前的最大总变形，n为激振频率，xi为优化尺寸，为优化尺寸的上下限值。
31、进一步的，所述对比原始床身与优化后的床身的性能：对比优化前后的床身的质量、最大总变形量、最大等效应力、一阶固有频率，可得：相对于原始床身，优化后的床身质量减少、最大总变形和最大等效应力变小、第一阶固有频率增大，即可证明该多目标优化方案实现了床身轻量化，提高了床身的动静态性能。
32、本专利技术的有益之处在于：
33、1.综合使用熵权法与critic算法，更客观地反映指标的权重，便于选出综合性能最佳的中小型螺旋桨加工机床床身多目标优化设计方案。
34、2.通过中心复合设计法(ccd)、box-behnken设计法(bbd)以及拉丁超立方设计法(lhs)这三种常见的试验设计方法来获得充足的、分布良好的样本数据，使得神经网络对目标函数的拟合效果良好，准确地预估了中小型螺旋桨加工机床床身的性能。
35、3.面对解空间，采用粒子群算法，以床身质量、最大等效应力、最大总变形量、第一阶固有频率作为评价指标，找出综合性能最佳的中小型螺旋桨加工机床床身多目标优化设计方案。
36、4.该方案降低了中小型螺旋桨加工机床床身质量，提升了床身的刚度、强度以及抗振性能，降低了中小型螺旋桨加工机床床身的生产成本。
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1.中小型螺旋桨加工机床床身结构多目标优化设计方法，其特征在于，包括下面步骤：
2.根据权利要求1所述的中小型螺旋桨加工机床床身结构多目标优化设计方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的中小型螺旋桨加工机床床身结构多目标优化设计方法，其特征在于：
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6.根据权利要求1所述的中小型螺旋桨加工机床床身结构多目标优化设计方法，其特征在于：
7.根据权利要求1～6所述的中小型螺旋桨加工机床床身结构多目标优化设计方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.中小型螺旋桨加工机床床身结构多目标优化设计方法，其特征在于，包括下面步骤：
2.根据权利要求1所述的中小型螺旋桨加工机床床身结构多目标优化设计方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的中小型螺旋桨加工机床床身结构多目标优化设计方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的中小型螺旋桨加工机床床身...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘世豪，严宇晴，邱娜，刘进一，林茂，李旭霖，高朝勃，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：
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