[发明专利]基于Krigng代理模型的桥式起重机结构可靠性优化方法

说明书

本发明公开了一种基于Kriging代理模型的桥式起重机结构可靠性优化方法，包括以下步骤：1）确定设计变量和随机变量；2）基于拉丁超立方取样法，抽取样本点并计算对应样本点的有限元仿真响应值；3）构建初始Kriging代理模型；4）基于满足拟合精度的Kiging代理模型，进行桥式起重机结构的可靠性优化设计。本发明将代理模型技术、优化设计和可靠性设计融合在一起，可以以较快的速度、较低的计算成本获取既经济又可靠的起重机结构设计方案。

技术领域

本发明属于起重机械技术领域，具体涉及一种桥式起重机结构的可靠性优化方法，适用于通用桥式起重机箱形结构的可靠性优化设计，也适用于其他类型起重机结构的可靠性优化设计。

背景技术

长期以来，起重机金属结构设计一直沿用经验类比的许用应力设计法。这种设计方法计算繁琐，劳动强度大，只限在少数几个候选方案中进行分析比较，一般很难得到近乎最优的设计方案。

随着计算机技术的快速发展，可以建立设计过程能自动择取最优方案的一种迅速有效的方法，即优化设计，这种设计方法将优化法与计算机技术相结合，成为一种解决复杂设计问题的有效工具。

由于作用在起重机结构上的载荷一般都具有随机性，而且材料特性以及结构本身的几何尺寸也都是不确定的，这些因素的随机性都会影响到结构的可靠性和质量的稳定性，因此，考虑不确定性因素的可靠性设计更符合实际。

但现有起重机结构的优化设计都是基于确定性的，未考虑其内部所存在的不确定性因素，这种确定性的优化设计会导致产生不可靠的产品。而单纯考虑不确定性因素的可靠性设计，因没有进行优化而使产品性能没能达到最优。因此，将可靠性与优化相结合的可靠性优化设计理念才是最合理的设计方法。

但将可靠性集成到优化过程中时，由于需要满足预定义的可靠性需求，而使基于有限元的可靠性优化设计需要消耗昂贵的计算成本而难以承受。而基于传统力学理论的半理论、半经验设计公式的起重机结构可靠性优化设计，由于这些半理论、半经验设计公式不但设计繁琐，而且包含很多来自经验的设计参数，进一步增加了设计的复杂性和额外的不确定性。

目前，一种可以替代仿真计算的代理模型技术以其快速而精准的计算速度而得到业界的认可，并已广泛而成功地应用于很多领域。

发明内容

本发明的目的是解决现有起重机结构设计计算繁琐，计算成本昂贵，计算速度难以承受，难以快速获取符合实际、满足性能需求，具有一定可靠性的最优设计方案的难题，提供一种基于Kriging代理模型的桥式起重机结构可靠性优化方法，以方便而有效地获取满足性能要求并具有一定可靠性的起重机结构最优设计方案。

本发明所述的基于Kriging代理模型的桥式起重机结构可靠性优化方法是按照以下步骤进行的。

1）确定设计变量和随机变量