【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及模具設計技術，具體涉及一種預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法。
技術介紹
1、預制混凝土樓梯模具是用于工廠生產的基礎構件，由鋼板焊接組裝而成，根據預制樓梯澆筑方式的不同,模具分為立式模具和臥式模具，臥式模具雖然用鋼量較少，但未被模具包裹的實體面積大，表面抹平處理依賴大量人力投入，而立式模具未被模具包裹的實體面積小，澆筑質量可靠，廣泛用于預制工廠。
2、預制樓梯是一種獨立的預制混凝土構件，預制率高，為了保證預制樓梯模具的可靠性，設計師常常依賴項目經驗過度設計，所設計的模具經濟效益差，盡管模具設計單位常通過組合模具、共模等方式來降低生產成本，但實際效果并不好。
3、因此，亟需提供一種新型發預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法來解決上述技術問題。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供一種預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法，采用有限元分析完成模具設計方案的驗證，采用nsga-ii算法根據適應度值進行非支配排序和擁擠度計算，選擇排序靠前的多個個體，按照設計需求自動提供最優的一種或多種設計方案供設計師備選。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用的具體技術方案如下：
3、一種預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法，其關鍵在于，包括以下步驟：
4、s1：按照連接方式將預制混凝土樓梯模具拆分成多個組合件，且將每個組合件拆分成多個模具部件；
5、s2：對每個模具部件的數量和尺寸進行參數化描述；
6
7、s4：建立模具參數化模型；
8、s5：利用有限元軟件對已建立的模具參數化模型進行網格劃分；設置模具部件的幾何特性、材料特性、邊界條件，模擬澆筑混凝土時模具受側向水壓力作用的荷載工況，并在所述荷載工況下進行有限元分析；
9、s6：根據有限元分析結果，獲取模具所有節點的最大側向變形；
10、s7：建立模具多目標優化模型，優化變量為模具設計方案，優化目標為經濟性和加工便利性評價指標，約束條件為模具可靠性評價指標；
11、s8：采用nsga-ii算法求解多目標優化模型的優化設計方案；
12、s9：根據所述優化設計方案，利用opencascade技術建立模具brep模型，然后利用消隱和剖切算法獲取模具各部件平面數據，最后在圖紙模板文件中繪制圖形，即得模具部件生產數據。
13、可選地，所述模具部件由鋼板組成，模具部件之間通過焊縫連接，各個組合件之間通過螺栓連接。以常見的樓梯模具為例，模具外形包括底模、彎折前側模、平板后側模、左端模、右端模、約束構件，彎折前側模和平板后側模相對設置，并通過螺栓、定位釘與底模連接，同時前側模與后側模通過約束構件(槽鋼和拉桿)連接。
14、可選地，步驟s5中進行有限元分析時，有限元模型采用殼單元模型。
15、可選地，步驟s6中根據有限元分析結果，自動提取前側和后側模具側向最大變形值。
16、可選地，步驟s7中的模具設計方案為各部件的幾何尺寸、板厚、數量，模具可靠性評價指標指最大側向變形滿足規范要求，根據《裝配式混凝土建筑技術標準》gb/t51231-2016規范要求，模具最大側向變形不超過最長邊的1/1500，模具加工便利性評價指標是指對肋板的數量、面板的厚度、肋板的厚度種類數目限制要求，通常會考慮模具面板焊接不能穿透和便于彎折的需求，限制模具部件的最小和最大板厚；同時考慮焊接和安裝工作量的需求，限制模具橫向和縱向肋板的數量；此外，為提高鋼部件原始板材的利用率，減少模具不同板厚的種類。
17、可選地，采用nsga-ii算法求解多目標優化模型的最優設計方案時，在每一代中利用選擇、交叉、變異操作，計算所有個體的適應度值，并進行非支配排序和擁擠度計算，將排序靠前的一定數量個體組成新一代種群，通過迭代優化，當滿足最大迭代次數或收斂條件時，輸出排序靠前的一定數量個體即為備選的優化設計方案。nsga-ii算法全稱為非支配排序遺傳算法，該算法本質是一種遺傳算法，其選擇、交叉、變異算子與遺傳算法相同，相比遺傳算法，該算法增加了非支配排序和擁擠度操作，在進行模具多目標優化設計時，采用了四舍五入策略，將個體的每個維度轉化為整數，便于有限元建模和分析。
18、可選地，步驟s9中按照1：1在dxf模板文件中繪制圖形。
19、可選地，根據所述優化設計方案，利用opencascade技術自動生成dxf生產數據，激光切割設備直接讀取所述dxf生產數據完成模具部件切割加工。
20、可選地，步驟s5中有限元按照固定長度和固定間隔數對模具部件進行網格劃分，形成四邊形殼單元。
21、與現有技術相比，本專利技術提供的一種預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法，具有以下有益效果：
22、采用本專利技術提出的方法，能夠對模具設計方案合理性提供理論依據，同時按照不同的設計需求，提供多種備選模具設計方案，通過模具多目標優化設計，可高效地完成模具的設計任務，提供多樣化需求的模具設計方案，降低模具材料和加工成本。
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1.一種預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法，其特征在于：所述模具部件由鋼板組成，模具部件之間通過焊縫連接，各個組合件之間通過螺栓連接。
3.根據權利要求1所述的預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法，其特征在于：步驟S5中進行有限元分析時，有限元模型采用殼單元模型。
4.根據權利要求1-3任一所述的預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法，其特征在于，步驟S6中根據有限元分析結果，自動提取前側和后側模具側向最大變形值。
5.根據權利要求1所述的預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法，其特征在于，步驟S7中的模具設計方案為各部件的幾何尺寸、板厚、數量，模具可靠性評價指標指最大側向變形滿足規范要求，模具加工便利性評價指標是指對肋板的數量、面板的厚度、肋板的厚度種類數目限制要求。
6.根據權利要求5所述的預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法，其特征在于，采用NSGA-II算法求解多目標優化模型的最優設計方案時，在每一代中利用選擇、交叉、變異操作
7.根據權利要求6所述的預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法，其特征在于，步驟S9中按照1：1在DXF模板文件中繪制圖形。
8.根據權利要求6或7所述的預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法，其特征在于，根據所述優化設計方案，利用OPENCASCADE技術自動生成DXF生產數據，激光切割設備直接讀取所述DXF生產數據完成模具部件切割加工。
9.根據權利要求1或3所述的預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法，其特征在于，步驟S5中有限元按照固定長度和固定間隔數對模具部件進行網格劃分，形成四邊形殼單元。
...【技術特征摘要】
1.一種預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法，其特征在于：所述模具部件由鋼板組成，模具部件之間通過焊縫連接，各個組合件之間通過螺栓連接。
3.根據權利要求1所述的預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法，其特征在于：步驟s5中進行有限元分析時，有限元模型采用殼單元模型。
4.根據權利要求1-3任一所述的預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法，其特征在于，步驟s6中根據有限元分析結果，自動提取前側和后側模具側向最大變形值。
5.根據權利要求1所述的預制混凝土樓梯模具多目標優化設計方法，其特征在于，步驟s7中的模具設計方案為各部件的幾何尺寸、板厚、數量，模具可靠性評價指標指最大側向變形滿足規范要求，模具加工便利性評價指標是指對肋板的數量、面板的厚度、肋板的厚度種類數目限制要求。
6.根據權利要求5所述的預制混凝土...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉界鵬，張超，許成然，周緒紅，劉錦禮，
申請(專利權)人：重慶大學，
類型：發明
國別省市：
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