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       中山  <黄圃镇、南头镇、东凤镇>  登高车出租      登高车臂架优化设计      1优化设计流程采用ANSYSWorkbench中的优化模块DesignExploration作为优化工具，其优化步骤主要有以下几点：（1）参数化建模对臂架结构进行优化，首先要建立参数化的模型，前面分析所用的模型是在Pro/E5.0中建立的，其可以导入到Workbench中，但没有尺寸驱动，不能进行优化，因此在此选取ANSYSWorkbench自带的三维建模软件DesignModeler进行建模，臂架的油缸铰接支座、耳板结构复杂，在设计时对这些地方都有强化，具有足够的强度，因此建模时将其简化处理，仅仅建立矩形截面的参数化模型。（2）静力学分析优化前首先对臂架进行一次完整的静力分析过程，分析完成后将臂架下臂质量、最大应力和最大变形量参数化，作为输出参数。（3）试验设计点在DesignofExperiments中选择设计变量的范围，随后计算机通过大量复杂的计算获得设计点的输入参数和输出参数。（4）敏感度曲面根据敏感度曲面我们能直观的得到各变量对输出状态量的影响。（5）目标优化结果Workbench根据设置的各个优化目标的重要等级，通过优化算法拟合得到符合条件的设计点。（6）优化设计结果处理通过对比，选择候选优化点作为样本设计点带入程序中重新计算，并对比得到最优的设计点。

  

         2实验设计法DOE（实验设计）分析的时候，点击更新按钮后系统根据输入参数的个数和取值上下限，会自动更新生成27个设计点。观察这些数据比较费时费力，很难得出各设计目标和优化变量之间的相互联系，通过有限元分析软件处理，可以得到各输出参数与设计点之间的变化规律。由臂架下臂质量随着设计点的变化关系可知，臂架下臂质量集中在496kg至572kg之间，其中第2个设计点质量最小，第27个设计点质量最大。臂架下臂最大应力集中在61Mpa至192Mpa之间，第2个设计点最大应力值最大，第27个设计点最大应力最小。最大变形集中在13mm至23mm之间，其中第6个设计点变形量最大，第7个设计点变形量最小。

      3敏感度与响应曲面分析,  各设计变量对优化目标的影响一般是不同的。各设计变量对输出变量的影响大小就称之为敏感度，用ANSYS的LocalSensitivity功能可以得到各输入变量对输出变量的灵敏度图。由敏感度图可以看出，上下盖板的宽度对臂架下臂质量的影响最大，其次是腹板高和腹板厚度，因此上下盖板宽度是影响质量的最敏感参数。对臂架下臂应力影响最大的参数是上下盖板宽度，其次是腹板高度。对臂架最大变形影响最大的参数是腹板高度，其次是上下盖板宽度。从以上分析可看出上下盖板宽度、腹板高度和厚度对臂架下臂性能影响较大，因此选择合适的参数值对臂架优化设计至关重要。响应曲面作为动态显示输入输出关系的一种分析形式是通过有限的设计点拟合而成的。响应曲面分析能够知道在设计区间内的各种变量所对应的输出值。因此为了进一步直观地看到各设计变量对优化目标的影响，在DesignExploration中输出响应曲面。由敏感度图可知，对臂架下臂质量影响最大的三个因素是，因此输出三参数对质量的3D响应曲面。可知任意两种参数变量对质量的作用程度都不一样，不过它们有一个共同点是质量是随着两个设计参数的变大也一直在增大。在任何一种组合方案中都存在一个设计点使得作业臂的质量最优。对最大应力影响最大的参数是P（上下盖板宽度）和P（腹板高度），其他参数对其影响很小。因此输出P、P对最大应力的3D响应曲面。随着任意参数的增大，臂架最大应力越小，当P和P数值同时最大时臂架最大应力最小。由敏感度图可知，对臂架下臂最大变形影响最大的三个因素，因此输出三个参数对最大变形的3D响应曲面。当任意两种参数的数值同时最大时，臂架的最大变形量最小。

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     4多目标驱动优化,  在众多优化设计点里选出最接近优化目标的设计点称为目标驱动优化。进入目标驱动优化分析，设置P（质量）的设计目标为Minimize，优先级为higher，（最大等效应力）设计目标为Minimize，优先级为default，设计范围为14~16.124mm。选择遗传优化算法对优化目标进行优化，最终得到了3组候选优化设计点。候选设计点的质量是最小的，但是其应力值较大，超过了优化前的应力值，候选设计点1的质量、最大应力、最大变形量相对于优化前都有所改善，因此这里选取候选设计点1为最终优化点，优化设计点的结果是由拟合计算获得的，并不是最终的结果，存在一定的误差，不可作为最终的优化方案。还需要把候选点1的各项数据传输到设计点里，然后更新设计点，获得最终的结果。臂架下臂优化后的最大等效应力为63.615Mpa，比优化前减少了11.411Mpa，优化幅度为15.2％，优化后最大变形为15.677mm，比优化前减少了0.447mm，优化幅度为2.77％，优化后下臂总质量为510.28kg，比优化前减少了49.23kg,优化幅度为8.8％。

       利用ANSYSWorkbench软件的优化设计模块，对臂架下臂截面参数进行了多目标的驱动优化设计。以下臂截面的各尺寸作为优化变量，以臂架下臂的质量、最大应力以及最大变形为优化目标，得到了多个优化设计点，通过敏感度和响应曲面分析得到了各参数对优化目标的影响大小，并通过目标驱动优化得到了一组最优化的设计点，结果表明优化后的臂架在最大应力和最大变形都有所减小的前提下，实现了减小质量的目的，节省了材料，减小了臂重，提高了臂架性能，优化效果良好。

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