基于拓扑优化和Kriging模型的前中盾结构轻量化设计

摘要：

前中盾是盾构机的重要部件,其结构尺寸大、服役环境复杂,因此,在保证结构强度的前提下进行轻量化设计至关重要.针对某型号泥水平衡盾构机的前中盾,通过拓扑优化和尺寸优化实现轻量化.对现有前中盾结构进行拓扑优化设计,并根据拓扑优化结果进行二次设计;针对二次设计后的前中盾结构,构建尺寸优化模型,利用正交试验和方差分析筛选出对性能响应(前中盾质量、最大变形和最大应力)影响较大的结构参数作为设计变量,并通过最优拉丁超立方采样和有限元分析获得45组样本点,由此构建设计变量-性能响应隐式关系的Kriging代理模型;通过序列二次规划算法对前中盾尺寸优化模型进行求解获得最优的尺寸参数组合.验证结果表明,前中盾经过拓扑优化和尺寸优化后,质量减小约30 t,降幅达3.1％.

关键词：前中盾、有限元分析、拓扑优化、尺寸优化、Kriging模型

所属期刊栏目：33

分类号：U455.3(隧道工程)

资助基金：国家自然科学基金;河南省重大科技专项

在线出版日期：2022-12-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：2888-2897