CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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基于响应面法的缸梁一体式六面顶压机铰链梁优化

何文斌 姚港生 汪曙光 王良文 明五一 谢贵重 李轲 鲁海霞

何文斌, 姚港生, 汪曙光, 王良文, 明五一, 谢贵重, 李轲, 鲁海霞. 基于响应面法的缸梁一体式六面顶压机铰链梁优化[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2023, 43(4): 523-530. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0204
引用本文: 何文斌, 姚港生, 汪曙光, 王良文, 明五一, 谢贵重, 李轲, 鲁海霞. 基于响应面法的缸梁一体式六面顶压机铰链梁优化[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2023, 43(4): 523-530. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0204
HE Wenbin, YAO Gangsheng, WANG Shuguang, WANG Liangwen, MING Wuyi, XIE Guizhong, LI Ke, LU Haixia. Optimization of hinge beam of cylinder-beam integrated cubic press based on response surface method[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2023, 43(4): 523-530. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0204
Citation: HE Wenbin, YAO Gangsheng, WANG Shuguang, WANG Liangwen, MING Wuyi, XIE Guizhong, LI Ke, LU Haixia. Optimization of hinge beam of cylinder-beam integrated cubic press based on response surface method[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2023, 43(4): 523-530. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0204

基于响应面法的缸梁一体式六面顶压机铰链梁优化

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0204
基金项目: 国家自然科学基金(52075500);河南省揭榜挂帅攻关项目(211110220200);河南省高校科技创新团队项目(20IRTSTHN015)。
详细信息
    通讯作者:

    汪曙光,男,1973年生,机械工程高级工程师。主要研究方向:机械设计及制造。E-mail:sg598@163.com

  • 中图分类号: TH6; TB321; TQ164; TP391

Optimization of hinge beam of cylinder-beam integrated cubic press based on response surface method

  • 摘要:

    六面顶压机是中国生产金刚石的主要设备,其关重件铰链梁在工作中承受连续的交变载荷,易出现失效破损。提出RSM和MOGA相结合的方法,对新型六面顶压机的铰链梁进行优化分析。首先建立铰链梁的参数化模型,以关键部分的尺寸为设计参数,以最大应力和最大位移为目标函数,并对其最大质量进行约束;然后使用DOE获得设计试验点;利用RSM获得代理模型;再通过MOGA法搜索全局最优解,最后对铰链梁的优化结果进行评估。结果表明:优化后的铰链梁在质量略微增加的情况下,刚度和强度有效提高,应力集中现象也明显改善。

     

  • 图  1  铰链梁实体建模

    Figure  1.  Solid modeling of hinge beam

    图  2  铰链梁受力模型

    Figure  2.  Force model of hinge beam

    图  3  简化后的铰链梁有限元模型

    Figure  3.  Simplified finite element model of hinge beam

    图  4  铰链梁边界条件设置

    Figure  4.  Boundary condition settings of hinge beam

    图  5  铰链梁有限元计算结果

    Figure  5.  FEM results of hinge beam

    图  6  实际工况铰链梁易损部位

    Figure  6.  Vulnerable parts of hinge beam under actual working conditions

    图  7  铰链梁结构设计参数

    Figure  7.  Design parameters of hinge beam

    图  8  拟合优度

    Figure  8.  Goodness of fit

    图  9  MOGA基本运算过程

    Figure  9.  MOGA basic operation process

    图  10  优化收敛曲线

    Figure  10.  Optimization convergence curves

    图  11  优化前后对比

    Figure  11.  Comparison before and after optimization

    表  1  材料参数表

    Table  1.   Material parameters

    材料密度
    ρ / (kg·m−3
    弹性模量
    E / MPa
    泊松比
    $ \upsilon $
    屈服强度
    $ \sigma $s / MPa
    42CrMo7.85 × 1032.1 × 1050.3724
    40Cr7.85 × 1032.1 × 1050.3785
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    表  2  设计参数上限与下限

    Table  2.   Upper and lower limits of design parameters

    参数上限值初始值下限值
    凸耳的厚度 D1 / mm 176.00 160.00 144.00
    凸耳的厚度 D2 / mm 99.00 90.00 81.00
    凸耳的厚度 D3 / mm 88.00 80.00 72.00
    销孔半径 r / mm 107.25 97.50 87.75
    底部圆角半径 R / mm 93.50 85.00 76.50
    缸体的外径 φ / mm 1 287.00 1 170.00 1 053.00
    缸底厚度 H / mm 300.00 255.00 235.00
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    表  3  Pareto最优解

    Table  3.   Pareto optimal solution

    优化目标候选点1候选点2候选点3
    最大应力 $ {\sigma }_{\mathrm{emax}} $ / MPa 576.87 570.29 571.71
    最大位移 $ {S}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}} $ / mm 1.37 1.37 1.38
    质量 M / kg 1 719.60 1 739.20 1 726.40
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    表  4  优化结果

    Table  4.   Optimization results

    名称优化前优化后圆整后
    凸耳的厚度 D1 / mm 160.00 171.83 172.00
    凸耳的厚度 D2 / mm 90.00 97.43 97.50
    凸耳的厚度 D3 / mm 80.00 87.27 87.50
    底部圆角半径 R / mm 85.00 92.43 92.50
    销孔半径 r / mm 97.50 88.55 88.50
    缸体的外径 φ / mm 1 170.00 1 071.00 1 071.00
    缸底厚度 H / mm 255.00 295.23 295.00
    最大应力 ${\sigma }_{\mathrm{emax} }$ / MPa 608.71 576.87 579.93
    最大位移 $ {S}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}} $/ mm 1.59 1.37 1.37
    质量 M / kg 1 670.30 1 719.60 1 721.00
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-11-20
  • 修回日期:  2023-01-29
  • 录用日期:  2023-02-10
  • 刊出日期:  2023-08-30

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