KCI등재
SCIE
SCOPUS
Collaborative optimization of cutterhead for mass, mode frequency and fatigue life
저자
Jun Ma (Zhengzhou University of Light Industry) ; Chunyang Yin (Zhengzhou University of Light Industry) ; Zhonghua Zhou (Zhengzhou University of Light Industry) ; Shiyou Chen (China Railway Engineering Equipment Group Co., Ltd.)
발행기관
학술지명
JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY(Journal of Mechanical Science and Technology)
권호사항
발행연도
2023
작성언어
English
주제어
등재정보
KCI등재,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
3601-3614(14쪽)
DOI식별코드
제공처
To reduce energy consumption and improve service stability and security, various design methods of cutterhead based on lightweight, modal optimization and life prediction were adopted. In the present work, a multi-disciplinary design optimization (MDO) methodology is presented and subsequently applied to the development of cutterhead.
According to the requirements of the cutterhead process and the results of sensitivity analysis, the design parameters of each discipline were determined. To alleviate the computational cost caused by calling the results of finite element method (FEM) in design optimization, the Kriging model was employed to approximate the highly nonlinear implicit relationship between the mode frequency, fatigue life and the design parameters. Then, the system-level optimization model and the subsystem-level optimization model of mass, mode frequency and fatigue life were established based on collaborative optimization (CO). Finally, genetic algorithm (GA) was used for iterative optimization between the system-level and subsystem-level model to obtain the overall optimization results. The results showed that the mass of the cutterhead was finally reduced from 90.4 t to 88.5 t, the first-order modal frequency raised from 32 HZ to 37 HZ, and the fatigue life raised from 3.0E5 cycles to 5.5E5 cycles.
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