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超声波振动筛减振弹簧多目标优化设计

     以保证超声波振动筛减振弹簧的疲劳安全系数,减小弹簧质量和提高弹簧自振频率为优化日标,建立以弹簧的L径、中径和工作圈数为设计变量的多日标优化数学模型通过在Matlab软件中编写优化设计程序并下进行求解,得出多日标优化函数的有效解最后圆整得到弹簧的最终结构参数并对其约束条件进行验算,结果证明按照此方法得到的设计变量值能够满足超声波振动筛减振弹簧多日标优化设计的要求。
    随着计算机技术的发展和普及,以计算机应用为基础的数值计算方法为各类优化设计提供了先进的手段和方法。本文利用优化数值计算方法建立某型号直线型超声波振动筛减振弹簧的优化数学模型,同时利用Matlab优化工具箱的相关函数进行多目标优化设计,得到超声波振动筛减振弹簧较优设计方案(即较优解)。通过对比优化前后目标要求,给出取整后的较优方案,校核结果表明,优化方案满足设计基本要求。
1、优化计算Matlab程序的编写
    根据超声波振动筛优化内容确定主函数类型,并选择适合的算法模块,编写目标函数和约束函数。    在Matlab平台上编辑M文件,包括定义主函数的M文件,目标函数的M文件和约束函数的M文件。
2、运算结果及分析
    通过利用Matlab工具箱对所选超声波振动筛变量进行优化,优化结果如图2所不,极小极大值点和理想平面如图3所示。
    由表1可知,此次优化在满足设计要求的前提下进行取整计算,虽然疲劳安全系数减小6.21%,但其仍大于1.3,而弹簧的重量则减少50.27%,自振频率相比优化前提高了1.629倍,是弹簧实际工作频率的2.644 1倍。结果表明,本次优化结果满足优化目标综合评定要求。
    对于本次优化,通过利用Matlab编制程序计算弹簧的各约束条件可知,其约束函数g,以及在圆整后的情况下,验算所取的数值也均满足本次优化设计时的约束条件要求范围。优化前后变量值对比如表2所示。
    对比优化前与优化后及弹簧的强度约束结果可知,本文运用优化数值计算方法建立优化数学模型,并利用Matlab优化工具箱相关函数进行超声波振动筛减振弹簧的多目标优化设计,设计结果表明,达到了疲劳安全系数较高,结构紧凑和满足设计刚度等要求。
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