基于改进布谷鸟搜索算法的桥式起重机主梁轻量化方法研究

摘要

桥式起重机作为现代机械设备中重要的起重设备，在生产制造的各个领域发挥着重要的作用。针对桥式起重机传统设计造成自重大、体积大等问题，采用布谷鸟搜索算法(Cuckoo Search，CS)对起重机结构进行轻量化设计，对桥式起重机的主梁截面积进行优化，使桥式起重机结构更加紧凑，自身重量减轻。 本文主要的研究内容有： （1）分析当前起重机国内外发展现状，介绍了起重机轻量化的方法。通过对元启发式智能算法的分析，确定了改进布谷鸟搜索算法优化起重机主梁尺寸的轻量化思路。 （2）分析起重机主梁结构以及受力、载荷特点，以主梁静刚度、强度、边界尺寸等为约束条件，选取主梁截面6个参数为设计变量，以主梁截面面积为目标函数，建立主梁优化数学模型。并采用基本布谷鸟搜索算法对其进行优化。 （3）在分析基本布谷鸟搜索算法的基础上，针对布谷鸟搜索算法收敛速度慢、种群多样性差、易陷入早熟等问题进行改进。引入步长控制向量的动态调整策略以及自适应发现概率pa，使得改进后的算法收敛速度加快、收敛精度提高；针对算法后期种群多样性差、易陷入局部最优等问题，引入高斯扰动以及遗传算法中的交叉、变异算子。构造本文的改进布谷鸟搜索算法（Improvement ofCuckoo Search，ICS），并用典型函数对改进算法进行测试并与基本算法测试结果进行对比，验证改进算法的可行性和优越性。 （4）以某型号桥式起重机箱型主梁为研究对象，应用基本CS算法以及改进CS算法对主梁截面尺寸进行优化。结果表明在满足使用性能的前提下，基本CS算法优化结果比主梁原始横截面积减少13.65%，改进 CS算法优化结果比原始横截面积减少了15.48%。根据参数建立主梁SolidWorks三维模型，并运用ANSYS软件进行力学仿真分析。从刚度、强度验证了减重结果的有效性和可行性。

目录

声明

1 绪 论

1.1 论文的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要研究内容

1.4 本章小结

2 基本布谷鸟搜索算法主梁轻量化设计研究

2.1布谷鸟算法的提出

2.2基本布谷鸟搜索算法原理与实现步骤

2.3 桥式起重机主梁结构与优化设计

2.4 主梁荷载分析及建立优化模型

2.5 基本算法实例分析

2.6本章小结

3 布谷鸟搜索算法的改进研究

3.1基本CS算法的局限及改进思路

3.2改进方法的实现

3.3改进CS算法流程

3.4 改进算法测试

3.5本章小结

4 改进布谷鸟搜索算法主梁轻量化设计研究

4.1设计原始参数

4.2 确定改进算法基本参数

4.3 改进CS算法实例分析

4.4 有限元分析验证

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及取得的研究成果

致谢