第42卷第9期 Vol. 42No.9
计算机应用
假压技木
FORGING &STAMPING TECHNOLOGY
换辊小车横移车架结构的多自标优化设计
任学平"，谈艳阳"，田凯1,2
2017年9月 Sep.2017
（1.内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古包头014010；2.包头钢铁有限责任公司，内蒙古包头014010）
架多目标优化设计方法。首先，对横移车架进行了静态特性分析，得到换辑时横移车架的应力分布和变形情况；然后，建立由设计变量所决定的车架重量和刚度的多目标优化数学模型，通过中心复合试验设计法选取合适的分析样本点，并在ANSYS Workbeneh软件中对样本点处的静态特性进行计算和分析；最后，为了降低多目标优化计算量，先通过ShiftedHamersley抽样技术产生一个次优的初始解集，再运用多目标遗传算法对横移车架的质量和最大变形进行多目标优化获得Pareto优化解集。结果表明，优化后横移车架最大变形量减少10%，重量减小3%，并且车架变形及应力分布更加合理。
关键词：响应面法；有限元法；参数法建模；多目标优化设计；横移车架 DOI; 10. 13330/j. issn. 1000-3940. 2017, 09, 029
中图分类号：TG122
文献标识码：A
文章编号：1000-3940（2017）09-0157-06
Multi-objectiveoptimization on the transverse frame of roll change car
Ren Xueping', Tan Yanyang', Tian Kai'-2
( 1. College of Mechanical Engineering, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014000, China:
2. Baogang Group, Baotou 014010, China)
Abstract : In order to satisfy the performance requirements of stiffness and light weight of the transverse frame of roll change car, a design method of multi-objexctive optimization is proposed based on the weight and stffness as the object function. Firstly, the stress distribution and total deformation of the transverse frame were obtained through static analysis. Then, the multi-objective optinization mathematical model of weight and stiffness determined by design variables was established. Furthermore, the appropriate analysis samples were selected by central composite design ( CCD) experiment method, and the static characteristics of the transverse frame at these sanples were calculated and ana lyzed by the software ANSYS Workhench. Finally, subopitimum initial samples were selected by Shifted Hamersley sampling method to re-duce the computational scale, and the multi-objective optimization of getting lighter weight and smaller total deformation were conducted to obtain the Pareto optimal solution by the multi-objective genetic algorithm. The simulation results show that the maximum deformation is re-
duced by 10% , the weight of the traverse frame is decreased by 3% , and the defomation and stress distribution are more reasonable. Key words : response surface method; finite element method; parametric modeling; multi objective optimization; transverse frame
现代工业的高速发展对冷轧钢的数量与质量需求与甘俱增，充其是大型工程及工程机械用钢基至要求使用无缺陷钢。钢材质量出现问题一个很重要的因素是冷轧机换辑过程中换辊轨道变形较为严重，引起结构上受力不均，造成换辑小车跑偏，从而影响换辊过程的正常进行，需要经常进行维护和修
收稿日期：20170330；修订日期：20170630
基金项目：国家自然科学基金资助项目（21366017）；内蒙古高等学校科学研究项目（NJZY16154）；内蒙古自治区研究生教育创新计划资项目（S20161012709）
作者简介：任孕平（1963-），男，博士，教授万方整据ail：rpeimust.en
理1-2)。横移车架是换辑小车的主要承载部件，！具有足够的刚度及强度，使车架上的轨道变形较小，应力分布合理，保证换辑的高效进行，
为了保证换辑小车横移车架刚度在符合要求的前提下达到轻量化的要求，本文提出了基于重量和刚度为目标函数的横移车架多目标优化设计方法。首先通过Pro/E软件建立横移车架参数化的几何模
然后将三维模型导人ANSYSWorkbench中进行型，
静力分析，得到换辑时横移车架的变形及应力分布情况；然后结合设计变量及约束函数，建立多目标优化的数学模型，通过中心复合试验设计法（Cen-tralCompositeDesign，CCD）选取合适的分析样本点；最后，在试验设计和有限元仿真计算的基础上，