基于二阶响应面模型车灯灯体注塑工艺优化

以车灯灯体注塑为例,采用计算机辅助工程(CAE)分析和正交试验研究了工艺参数对翘曲变形的影响规律,确定了保压压力和熔体温度是影响灯体注塑质量的关键因素。采用响应面法建立了翘曲变形和顶出时体积收缩与注射压力和熔体温度的二阶相应面模型,获得了优化的工艺参数和优化结果,且通过模拟试验验证了模型的正确性。

基于二阶响应面法的五轴磨床主轴多目标优化

五轴磨床主轴的动态性能和运动精度对精密五轴数控磨床性能有显著的影响,为了保证磨床的转动主轴具有良好的动态性能和最优的运动精度,提出了一种结合各尺寸参数敏感性分析的多目标优化设计方法。首先,在SolidWorks中建立合理的参数化模型,将其导入Workbench中进行模态分析与静态分析,根据分析结果对主轴结构主要参数进行对比;然后,进行BOE试验,通过试验结果数据进行线性回归处理与灵敏度分析,找出对主轴质量、刚度与低阶固有频率这3个目标灵敏度高的结构尺寸;最后,利用Design-Expert软件计算样本点响应值,建立某型号立式五轴磨床的设计输入与响应输出之间的二阶响应面优化模型,并采用多目标遗传算法对优化模型在设计空间内进行求解和分析。分析表明:主轴最大形变位移降低27.35%,质量降低3.81%,低阶固态频率提高了6.03%。

包含噪声因子二阶效应稳健设计响应面GLM研究

引入噪声因子线性作用的GLM(GeneralizedLinearModeling广义线性模型)能够处理传统响应面方法无法处理的由噪声因子线性作用导致的方差不等的情况,但是无法处理因噪声因子交互作用而导致方差不等的情况。通过引入噪声因子的二次效应及其之间的交互作用,将包含噪声因子线性作用的GLM推广到含有噪声因子二阶响应面的GLM,并给出推广模型的参数估计及其假设检验。

基于MOGWO的45#钢表面激光抛光工艺参数多目标优化

目的提高45#钢表面激光抛光后的成形质量,提出一种激光抛光工艺参数多目标优化方法。方法构建基于功率、扫描速度、搭接距离的三因素三水平激光抛光试验,并分别应用粗糙度测量仪、显微硬度计和超景深三维显微镜测试抛光层的粗糙度、显微硬度和抛光层深度。基于试验数据,分别应用指数模型和二阶响应面模型构建抛光工艺参数与表面粗糙度、显微硬度、抛光深度的回归预测模型,并对2种模型的预测精度进行对比分析。采用多目标灰狼优化算法(MOGWO)结合优劣解距离法(TOPSIS)-CRITIC综合评价决策体系对抛光工艺参数进行寻优和多属性决策。结果二阶响应面模型具有更高的预测精度,能够更好地反映激光抛光工艺参数与各响应目标之间的映射关系。当功率为113W、扫描速度为3m/min、搭接距离为0.13 mm时,粗糙度值Ra从11.563μm降至5.713μm,降幅为50.59%,显微硬度从185.9HV0.5升至364.7HV0.5,升幅为96.18%,此时的抛光深度为0.051 mm,最大相对误差为7.84%。结论此方法可以为其他金属材料表面激光抛光质量预测模型的构建及工艺参数寻优提供借鉴。

基于响应面法的加工中心立柱结构多级多目标参数优化设计

立柱是决定精密数控机床性能的关键部件之一,为实现立柱质量、沿主轴方向变形和低阶固有频率的综合优化,提出了一种结合拓扑结构和尺寸优化的多级优化设计方法。在第丨级优化设计中,通过有限元拓扑结构分析,得到部件结构的优化方向,确定了立柱的内部结构方式。第2级优化中,针对高敏感性参数进行优化,以立柱内部肋板的厚度为例确定其最佳尺寸。在第3级优化中,针对决定立柱的重心尺寸和减重孔尺寸等敏感性相对较低的多个参数,采用中心复合设计的试验方法在设计空间内选取合适的分析样本点,并由有限元分析软件计算样本点响应值,运用最小二乘法建立设计输入与响应输出之间的二阶响应面模型,根据该模型进行设计空间内的优化求解。以某型号卧式加工中心的立柱为例,采用文中方法进行优化设计,得到Pareto最优解集。结果表明:经过该方法优化后得到最优的肋板布置方式及其他相关结构尺寸,与初始结构相比,立柱总体质量减少了47.98%,沿主轴方向的变形和低阶固有频率均在允许范围内,且减小了计算量,结果证明了该方法的可行性。

基于响应面模型与多岛遗传算法的高低齿迷宫密封多参数优化

以泄漏量最小为优化目标开展高低齿迷宫密封的多参数优化设计研究,建立高低齿迷宫密封几何参数化模型与二阶响应面模型,并应用多岛遗传算法进行寻优计算。结果表明:高低齿迷宫密封二阶响应面模型的R^2为0.96271,可有效降低优化计算量;由多岛遗传算法获得了一组最优结构参数,与CFD计算结果相符,所得泄漏量误差约为6.8%;密封齿数、凸台高度和凸台的位置对高低齿迷宫密封泄漏特性影响较大,且存在最佳值,是高低齿迷宫密封设计与改造的关键几何参数。

铸铝一体化车门的多目标可靠性优化设计

为提升车门的轻量化水平与性能,采用“材料—结构—性能”一体化集成方法设计铸铝一体化车门。基于构建的铸铝一体化车门有限元模型,以车门的厚度为设计变量,采用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络近似模型和二阶响应面近似模型并分别结合二代非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)、多目标粒子群优化(multi-objective particle swarm optimization,MOPSO)算法以及多岛遗传算法(multi-island genetic algorithm,MIGA)对车门的下沉刚度工况位移、上扭转刚度工况位移、下扭转刚度工况位移、一阶弯曲模态频率、一阶扭转模态频率和质量进行确定性优化设计。在此基础上,考虑材料及加工制造等不确定性因素,对确定性优化解的质量水平进行6Sigma可靠性分析与优化。结果表明,二阶响应面近似模型与MOPSO算法的优化组合方案实现了车门的最佳轻量化,RBF神经网络近似模型与MOPSO算法的优化组合方案实现了车门下沉刚度工况位移的最小化。上述2种组合分别实现了车门轻量化与安全化的设计目标。研究结果可为车身零部件的优化设计提供参考。

基于响应面与遗传算法的汽车前围板拉延工艺参数优化

以某皮卡汽车前围板为目标,研究型面复杂零件成形后全局质量上的控制,避免局部开裂与起皱。基于二阶多项式响应面结合遗传算法进行优化设计。首先,以最大减薄率和成形安全区比率为优化目标,采用灵敏度分析法筛选对材料拉延阶段影响较大的关键工艺参数组合;其次,通过Box-Behnken试验设计在样本空间内获取少量且分布合理的样本点,并采用AutoForm软件模拟拉延+切边工序得到的各样本点的成形质量结果;然后,以二阶多项式拟合设计变量与优化目标的响应面模型,并检验其精度。最后,通过遗传算法寻优工艺参数组合并将其用于指导试生产,最终测量结果表明,零件的最薄厚度为0.64 mm,整体拉延充分,无起皱与开裂现象。

铝合金板件自冲铆接性能的响应面-遗传算法优化

为了改善自冲铆接的接头性能,提出了融合二阶响应面模型和存档微遗传算法的多目标优化方法。介绍了自冲铆接原理和铆接过程,建立了提高接头底切量、剩余厚度、底部厚度的多目标优化模型。选择了待优化的模具参数,基于极差分析和主效应图对模具参数的灵敏度进行了分析。基于中心复合实验设计法与二阶响应面法,对模具参数和质量参数之间的函数关系进行了拟合,经决定系数和修正决定系数验证,二阶响应面的拟合精度较高。使用存档微遗传算法对多目标优化模型进行求解,获得了优化的模具参数。经生产验证并与工厂的自冲铆接接头相比较可知,优化的接头底切量提高了10.00%,底部厚度提高了8.61%,剩余厚度提高了3.11%,抗拉剪能力提高了5.68%。以上数据表明,经过优化后,自冲铆接的接头性能得到了有效提高。

波形套轴向受压仿真与参数优化研究

针对波形套在轴向受压过程中,最佳轴向变形工作段轴向位移长度的优化问题,对波形套进行了轴向受压的有限元仿真研究,并对波形套的轴向力随压缩量的变化曲线进行了分析。根据波形套的几何参数,建立了正交试验组,并用Abaqus进行了数值模拟仿真;以正交试验的数据为基础,构造了波形套在受压过程中0.98倍~1倍的最大轴向力对应的最佳轴向变形工作段轴向位移长度的二阶响应面模型,并利用遗传算法对最佳轴向变形工作段轴向位移长度的二阶响应面模型进行了优化。研究结果表明:优化后的最佳轴向变形工作段轴向位移长度的响应结果与有限元计算结果相对误差为0.31%,说明响应面法可近似代替有限元法分析;通过这一方法,可在实际工程中为波形套驱动桥主动锥齿轮轴承预紧的设计提供依据。

弹性隔套轴向受压仿真与参数优化研究

针对弹性隔套结构优化设计问题,对弹性隔套进行了有限元仿真与压缩实验,对在轴向受压过程中弹性隔套轴向力-压缩量特性曲线及性能进行了研究,提出了一种基于组合优化软件Isight的隔套设计方法。通过建立正交试验组,分析了弹性隔套的结构参数对弹性隔套特性曲线斜率和最大mises应力的影响,并构造了弹性隔套特性曲线斜率和最大mises应力的二阶响应面模型;最后,利用第二代非劣遗传算法对弹性隔套的特性曲线斜率和最大mises应力的二阶响应面进行了多目标优化。研究结果表明:优化后的弹性隔套特性曲线斜率和最大mises应力的响应结果与有限元计算得到的结果相对误差均在4%以下,说明利用响应面法可近似代替有限元法对弹性隔套进行分析,计算得到的结果是可靠的;该分析方法及结果可为实际工程中轮毂单元轴承弹性隔套的设计提供参考。

模态法辨识针刺C/C复合材料弹性模量

针对传统方法测量C/C复合材料弹性模量精度差问题,提出了一种利用模态试验辨识材料弹性模量的新方法。数值仿真结果表明板件材料振动频率与弹性模量之间存在模糊对应关系,利用此关系采用二分法及二阶响应面近似模型对材料弹性模量进行辨识,并分别利用各向同性薄壁板件及正交各向异性薄壁板件对此方法进行验证,计算结果误差最大为16.67%,最小仅为0.5%,表明该方法准确有效。最后将其应用于针刺C/C复合材料,获得了其弹性模量。仿真及试验结果均表明该方法无损、高效且准确度高。

CFRP钢管混凝土轴压承载力灵敏度分析

CFRP钢管混凝土的轴压承载力与很多因素有关,由于材料制造、使用等原因,这些参数并不是一个确定的值。基于此,考虑参数的不确定性,对CFRP钢管混凝土的轴压承载力进行灵敏度分析。考虑了9个参数并生成参数样本值,使用ABAQUS的脚本语言Python对CFRP钢管混凝土进行参数化建模,调用ABAQUS的批处理器计算极限承载力。分析了极限承载力的局部灵敏度和全局灵敏度,针对全局灵敏度计算量大、计算时间长的问题,提出了通过二阶响应面建立拟合的函数关系,运用傅里叶幅值检验扩展法计算其全局灵敏度指数。研究表明:钢管内径对极限承载力的影响最大。对比局部灵敏度和全局灵敏度2种分析方法,参数在小范围内变化,局部灵敏度分析可以快速得到理想的结果。若各参数的变异性相差太大,使用全局灵敏度分析更为准确。

汽车尾气后处理系统铝泵体的精锻工艺智能优化

为了提高铝泵体精锻过程中的材料利用率和模具使用寿命,建立了目标参数与工艺参数的响应面模型,提出了基于人工蜂群算法的参数优化方法。介绍了汽车尾气后处理系统中铝泵体的中间体和坯料,并设计了开式模锻模具。使用中心复合实验法设计了4因素5水平的30组实验,基于Deform-3D有限元软件得到了实验结果。使用二阶响应面模型建立了目标参数与工艺参数之间的回归关系,利用模型的决定系数验证了模型的拟合精度。设计了蜜蜂位置和蜜源适应度函数,成功地将最优参数优化问题转化为人工蜂群搜索最优蜜源问题。经实验验证,优化后的铝泵体锻件填充饱满、力学性能参数满足标准要求。且优化后的材料利用率提高了4.41%,模具使用寿命也得到了极大提高。

大型液压装载机锻造摇臂的降重优化设计

基于ANSYS有限元软件建立了大型液压装载机锻造摇臂的有限元模型,并对其结构进行最大载荷工况下的静力分析,得到了摇臂结构的位移、应力的分布情况。在静力分析的基础上,在既不改变摇臂结构安装尺寸、并又满足摇臂刚度和强度的前提下,采用拉丁超立方实验设计方法与二阶多项式响应面模型,并运用遗传算法进行迭代求解,对锻造摇臂结构进行降重优化设计。根据优化后的结构参数建立摇臂三维几何模型并进行最大载荷工况下的静力分析;静力分析结果表明,优化后摇臂结构的刚度和强度满足工作要求,并且实现减重约59.98 kg,节约了材料,降低了生产成本。