基于LSTBSVM与蝙蝠算法的桥式起重机主梁的轻量化研究

李玉虎1,2,王宗彦1,2,刘岩松1,2

(1. 中北大学机械工程学院，山西 太原030051）

(2. 山西省起重机数字化设计工程技术研究中心，山西 太原030051)

作者简介：李玉虎（1994—），男，硕士研究生，主要研究方向为起重机数字化设计，625175101@qq.com.

通讯作者：王宗彦，男，教授，22294472@qq.com.

摘要：用最小二乘法的孪生有界支持向量机分析出桥式起重机主梁截面各参数相对于主梁质量的灵敏度，筛选出灵敏度最大的6个参数，运用改进的蝙蝠算法以主梁质量为目标函数对其进行分析计算，结果显示，优化后的桥式起重机主梁的质量减少了13.8%。通过ANSYS软件对优化后的桥式起重机主梁进行有限元分析，结果证明了该方法的可靠性。

关键词：主梁;最小二乘法的孪生有界支持向量机;蝙蝠算法;轻量化

中图分类号：TP391.9   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)01-0015-05

在我国，大型工程的建设越来越多。起重机作为当前使用量最大的起重设备，在港口码头、大型工厂、建筑工地等地方都是不可或缺的。对于起重量大于5 t、跨度大于11 m的起重机，其主梁一般以箱梁为主，具有制造工艺简单、装配方便等优点，但箱梁存在自重大、主梁易变形等缺点,且主梁作为桥式起重机的主要承载结构，其质量占到起重机总质量的60%左右，因此对起重机主梁进行轻量化改进具有重要意义。

在国内，对起重机主梁的轻量化已经进行了大量的研究。文献［1］利用ANSYS软件和非主导排序遗传算法，对桥式起重机结构系统的动力特性进行了多目标优化设计；文献［2］运用ANSYS软件对箱型主梁进行各种工况的受力分析，找出了最危险的主梁截面，然后用导重的优化方法，对主梁进行轻量化设计；文献［3］基于相似理论和弹性力学的知识，用方程分析法推导了相似主梁与原型主梁重力场的相似准则，并对主梁进行了轻量化研究；文献［4］主要分析了主梁的结构，找出了主梁优化的最佳方案，降低了主梁的质量，并且满足使用要求；文献［5］以体积约束下的最小柔度为目标函数，研究了桥梁的周期拓扑优化问题；文献［6］主要对桥式起重机的主梁结构进行优化，首先选择设计参数，然后对桥式起重机的轻量化设计进行了研究。

箱型梁截面包含了多个参数，每个参数的变化对主梁整体的影响各不相同，如果同时考虑所有参数，就会使设计变得复杂，降低了设计效率。为了提高设计效率，灵敏度的引入就显得极其重要。灵敏度反映了设计参数对目标函数的影响程度，也就是说，灵敏度值越大，该参数对目标函数的影响程度就越大。通过选取灵敏度值较大的几个参数，将复杂问题简单化，可以大大简化设计过程，提高设计效率。

本文运用最小二乘法的孪生有界支持向量机(least squares twin bounded support vector machines,LSTBSVM)［7］对桥式起重机的箱型主梁设计参数进行灵敏度分析，依照分析结果，选取灵敏度值较大的设计参数，然后将蝙蝠算法引入到主梁的轻量化设计中，以主梁质量为目标函数，对各尺寸进行优化。针对蝙蝠算法收敛速度慢、精度低的问题，本文对蝙蝠算法的飞行方式进行了改进，然后再次对主梁尺寸进行优化，最后通过ANSYS进行有限元分析，验证本文优化设计的合理性。