斗轮堆取料机是散料装卸中不可或缺的设备。悬臂架是斗轮堆取料机中斗轮和车体的过渡连接部分,同时还是物料运输的载体和决定堆取料位置的结构,是斗轮堆取料机的关键部分,因此在设计过程中必须要保证其稳定性。然而,一味地保证悬臂架的稳定性会导致结构过重的问题,从而造成钢材的浪费、能源损耗的增加和整机重量的增加。针对这个问题,本文在满足结构稳定性的条件下,对悬臂架进行减重优化。在优化过程中,存在以下问题和难点。首先,本文所研究的悬臂架具有数十个设计变量,即本文中的优化问题属于高维问题,优化迭代次数多,效率低。其次,悬臂架减重优化问题中的物理量通过有限元分析计算得到,然而利用有限元模型进行优化会消耗大量时间,大幅度降低优化效率。最后,由于悬臂架复杂的结构和工作条件以及制造加工中存在的误差,实际应用中存在多种不确定性,影响设计的可靠性。针对以上的问题与难点,本文构建斗轮堆取料机悬臂架的参数化有限元模型,利用灵敏度分析筛选主因素,构建各物理量的Kriging模型代替有限元模型参与优化,建立实际应用中存在的多种不确定性的数学模型,在考虑不确定性下对悬臂架进行可靠性分析和优化。本文主要研究工作如下:(1)悬臂架的参数化有限元模型的建立和有限元分析。根据结构特点和实际工况,对悬臂架进行参数化分析和受力分析,利用ANSYS APDL命令流构建悬臂架的参数化有限元模型。在不同俯仰角下对悬臂架进行有限元分析,确定悬臂架最有可能发生失效的具体位置。(2)悬臂架的灵敏度分析和主因素筛选。利用Morris法分析悬臂架的设计变量对其重量、最大应力、最大变形量和固有频率的影响程度,根据结果综合筛选出对优化问题有显著影响的设计变量作为主因素,从而充分实现降维,提高优化效率。(3)悬臂架的高精度代理模型的构建。建立悬臂架重量、最大应力、最大变形量和固有频率的Kriging模型,并对其中精度不达标的Kriging模型通过多点序列加点准则进行改善,获得所有高精度的Kriging模型。(4)不确定性的分析和建模及悬臂架的可靠性分析和优化。为了进一步提高优化效率,在考虑不确定性下对悬臂架进行减重优化之前,首先进行确定性优化。然后,根据各种不确定性的特点建立数学模型。接着,基于不确定性模型,对确定性最优设计进行可靠性分析和优化,获得重量轻且可靠性高的设计。