基于灵敏度分析与响应面模型的机床主轴箱优化设计

针对机床主轴箱结构优化设计中模型复杂及计算量大的问题,提出一种将灵敏度分析与响应面模型相结合的优化办法。以箱体壁厚和筋板尺寸为输入参数,主轴箱质量、最大变形、最大应力、1阶固有频率作为目标参数进行灵敏度分析,筛选出6个关键尺寸作为优化参数;采用最佳填充空间设计法和Kriging函数法构建主轴箱响应面模型,通过多目标遗传算法对响应面模型进行求解计算。最后对优化后的主轴箱进行有限元分析来验证求解的准确性,优化后的主轴箱质量减轻了13.58%。

星载InSAR基线构型测量误差模型与灵敏度分析

为避免双天线InSAR系统基线测量动态监测过程中引入误差,影响基线测量精度,对基线长度与角度测量过程中的可能误差进行定性与定量分析。采用坐标变换法建立系统误差数学模型,明确测量系统的误差来源。提出误差灵敏度概念,对误差项进行定量计算,并对每一自由度的误差源进行灵敏度分析,进一步形成综合误差定量合成结果。根据误差灵敏度系数给出一组精度反演误差分配案例。最后,依据蒙特卡洛法在MATLAB平台闭环验证精度量化分配方法的可行性与稳定性。仿真分析结果表明,激光视觉三轴位置的测量精度要求为300μm(3σ),三轴角度的测量精度要求为50″(3σ),即可满足基线长度精度1 mm(1.6σ),基线角度精度2″(1.6σ)。通过本方法可由测量环境条件输入直接获得基线测量的精度,根据灵敏度系数对误差分配进行反演可以得到系统最优布局,其结果可为测量系统的方案设计与精度分解提供有效指导。

考虑动态腐蚀的输流管道时变共振可靠性及灵敏度分析

考虑输流管道受到环境动态腐蚀,壁厚变化引发输流管道固有频率变化,从而可能导致共振。因此,考虑时间变化以及输流管道结构参数、流体参数和外部激励频率的不确定性,采用Galerkin法求解输流管道固有频率,建立时变防共振功能函数,引入基于自适应Kriging模型的时变可靠性算法对时变失效概率进行高效求解,并与MCS法和SL-ALK法对比验证了方法的准确性,采用变量灵敏度指标评估各随机变量对时变失效概率的影响,分析了流体密度和流速对于时变共振失效概率的影响规律。

某型汽车滑移门灵敏度分析与多目标轻量化设计

针对某型汽车滑移门为研究对象,建立以该模态频率及刚度的滑移门综合有限元模型,通过灵敏度分析筛选出相对灵敏度较小的部件作为设计变量,采用哈默斯雷采样试验设计方法对关键部件板厚进行样本试验设计,对计算结果使用Hyper⁃Kriging响应面拟合算法,拟合该滑移门质量、1阶弯曲模态频率、1阶扭转模态频率、扭转刚度、垂向刚度响应的近似模型。在近似模型基础上,以质量最小为主要目标、1阶弯曲频率最大为参考目标,以滑移门扭转刚度和垂向刚度1阶扭转频率为约束,应用Hyperstudy中基于全局响应面法的多目标优化算法进行优化设计,使其实现轻量化目的。

无杆式高压气动弹射器弹射性能参数灵敏度分析

通过对参数进行影响规律及灵敏度分析,得到某无杆式高压气动弹射器弹射性能关键参数的优化计算参考。基于真实气体的热力学参数和动力学理论,建立了精确内弹道模型;并与弹射试验数据、流体仿真曲线进行比较分析,得到相对正确的理论计算模型;利用全局灵敏度法进行分析,得到了内弹道稳定性及离轨速度的7个主要参数影响规律及参数的线性主效应、二阶效应结果。影响内弹道稳定性的最灵敏参数为高压室容积,影响离轨速度的最灵敏参数为环境温度;泄漏率倍数及开阀时间自身的二阶主效应及与其余5个影响因素的二阶交互效应敏感度比较低,可以在设计中提前决定这2项因素的取值,实现设计变量的缩减。该文的研究结果可为内弹道及弹射装置优化提供理论参考。

基于灵敏度分析的同步调相机及其励磁系统参数分类辨识方法

同步调相机及其励磁系统间由于电气耦合而导致参数辨识困难,但目前缺少对待辨识参数量与观察量间耦合特性的分析。对此,提出一种基于灵敏度分析的同步调相机及其励磁系统参数分类辨识方法。分析同步调相机在不同时间尺度下的关键参数,基于轨迹灵敏度信息划分待辨识参数的类型,构建关联参数集合。考虑稳态、次暂态和暂态下同步调相机及其励磁系统响应特性的差异,在不同时间尺度上分别建立参数分类辨识模型。依据关联参数集合进行参数分类辨识,采用基于Tent混沌映射的改进蛇优化算法求解。通过算例分析验证了所提方法的有效性和适应性。

基于接头灵敏度分析的驾驶室刚度模态优化

针对商用车驾驶室接头结构设计不合理的问题,文中提出一种基于接头灵敏度分析的驾驶室刚度模态优化方法。首先,从驾驶室有限元模型中截取所需接头,并采用有限元分析技术对其进行力学特性分析,找出接头结构的关键控制因素;其次,以弹性模量为设计变量进行接头灵敏度分析,找出对驾驶室刚度模态影响较大的接头结构;然后,选用第3代遗传算法对该优化问题进行多目标优化;最后,采用TOPSIS算法从帕累托前沿解中选取更符合用户偏好的驾驶室刚度模态优化方案。优化结果表明:在驾驶室质量基本不变的情况下,驾驶室刚度模态均有较大提升。

基于灵敏度分析的谐波治理设备多目标优化配置方法

在非线性负荷和分布式电源大量接入配电网的背景下,配置有源电力滤波器是解决电压波形畸变、谐波损耗激增、电能质量下降等一系列谐波污染问题的有效措施之一。为合理选择配电网中有源电力滤波器安装位置与容量,协调谐波治理成本和效果之间的关系,文中提出一种基于灵敏度分析的有源电力滤波器多目标优化配置方法,实现了有源滤波器位置和容量的快速求解。建立配电网谐波潮流计算模型,使用灵敏度分析方法处理所有节点,获得了安装节点集合;考虑节点电压的谐波畸变率和投资成本,建立滤波器容量优化模型;通过分解多目标进化算法求解优化模型;对IEEE 18节点配电系统进行仿真计算,结果表明了文章所提方法的有效性。

独塔混合梁斜拉桥参数灵敏度分析

为提高桥梁监控单位复核仿真模型的效率,同时研究施工过程中独塔混合梁斜拉桥不同参数对成桥状态的影响,该文以跨径(200+68+46)m的佛山同济路斜拉桥为工程背景,采用单一控制变量法和响应面‒蒙特卡罗法对斜拉桥进行灵敏分析,以主梁线形、主塔线形、主梁应力及斜拉索成桥索力变化作为控制目标,研究主梁自重、初张索力等参数变化对成桥状态的影响。结果表明:主梁自重和初张索力属于灵敏参数,施工临时荷载属于较灵敏参数,主梁刚度和索弹性模量属于非灵敏参数。

双膜结构FBG土压力传感器优化设计及灵敏度分析

为实现桩基础结构安全及其服役状态的监测和有效评估,提出一种双膜结构土压力传感器,以光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)为传感元件,通过保护结构中增加的温度补偿膜,实现温度作用与外部荷载作用的彻底分离。基于双膜结构土压力传感器的工作原理,讨论了传感器压力灵敏度系数特性。结合有限元分析和实验研究,对灵敏度系数的影响参数展开了系统分析。数值分析结果表明,膜片厚度对压力敏感度系数的影响最大,结构半径和膜片厚度可选取为20 mm和1.8 mm;实验结果表明,在0-2 MPa范围内,压力灵敏度系数达3.32 pm/kPa。

基于灵敏度分析的新能源电力系统同步机组调差系数优化方法

随着新能源的持续并网以及特高压交直流互联电网的形成,电力系统暂态频率稳定事件风险增加。在高渗透率新能源场景下,充分挖掘同步发电机组的调频能力成为提升电力系统频率响应能力的重要手段。针对同步机组的调速器参数,文章利用轨迹灵敏度分析影响最大频率偏差的主导参数,进而通过优化主导参数来提高电力系统的暂态稳定性。通过建立主导参数优化问题的数学模型,解析分析了主导参数对最大频率偏差的影响程度,采用灵敏度分析方法,将非线性优化问题转化为线性规划问题,以减少计算量。在此基础上,文章提出了适用于多机系统的调差系数优化方法,最后通过仿真算例验证了方法的有效性。

基于失效概率的涡轮后机匣全局灵敏度分析

涡轮后机匣作为航空发动机安全的关键部件,具有工况复杂、不确定性因素多的缺点。为了探究输入随机变量的不确定性对涡轮后机匣结构失效概率的影响,建立参数化有限元模型进行确定性分析。考虑材料性能、几何参数及外部载荷的不确定性,对涡轮后机匣两种典型失效模式建立极限状态函数;通过构造自适应Kriging代理模型并结合重要抽样方法评估涡轮后机匣结构失效概率,利用基于失效概率的全局灵敏度方法对涡轮后机匣结构可靠度的不确定性来源进行分析,对各输入随机变量重要性进行排序,构建一种涡轮后机匣全局灵敏度分析框架。结果表明:涡轮后机匣在两种失效模式以及系统失效模式下,发动机推力以及线性膨胀系数对结构失效概率影响最为显著,应对其重点考虑;内外机匣长度以及材料弹性模量对涡轮后机匣结构失效概率影响较小,可对其适当忽略。

进油节流调速回路速度精度的可靠性灵敏度分析

为提升机床产品的工作精度,以进油节流调速回路为研究对象,开展速度精度可靠性及灵敏度的研究。对进油节流调速回路的速度负载特性进行系统分析,推导出液压缸活塞的运动速度;采用随机摄动理论、四阶矩技术建立进油节流调速回路的速度可靠性分析模型;最后通过可靠性灵敏度分析,确定影响运动精度的敏感参数。研究结果表明:节流阀的阀口开度对速度精度可靠性影响最大,因此在设计中应降低设计值并严格控制公差值。

基于灵敏度分析的电气耦合综合能源系统最小切负荷方法

切负荷是保证电力系统电压稳定的最后屏障。但随着电、气耦合程度的加深,电气耦合综合能源系统(integrated electricity-gas system,IEGS)中涌现出气压先于电压失稳的新场景,且切负荷种类已从电延拓为电、气2种。为实现IEGS整体切负荷量最低,需进一步考虑跨电、气2能源系统的最小切负荷需求。对此,提出了基于灵敏度分析的IEGS最小切负荷方法。首先,基于连续多能流定义综合灵敏度指标(comprehensive sensitivity index,CSI),以量化电、气负荷增长对IEGS气压的影响,CSI最大节点的气压最易达到稳定极限,可视为IEGS气压薄弱环节;基于此,构建切负荷灵敏度指标(load shedding sensitivity index,LSSI),评估切除各节点负荷对CSI最大节点气压的恢复效果,在气压临近失稳时按照LSSI由大到小顺序依次切除电/气负荷,使系统气压达到正常运行最低要求,实现负荷削减量最小;基于LSSI,引入切负荷成本形成考虑切负荷成本的灵敏度指标;最后,算例证明了相比切不灵敏节点,优先切灵敏度高的节点负荷可降低近60%的负荷削减量。

基于参数敏度分析的轮毂轴承寿命多目标优化

为提高某型第三代轮毂轴承受载疲劳寿命,以额定动载荷和额定静载荷作为响应指标,采用正交试验设计对轮毂轴承结构参数进行灵敏度分析,以轮毂轴承滚珠数量、滚珠直径、节圆直径及内外沟曲率半径等主要影响因素作为设计变量,建立轮毂轴承疲劳寿命多目标优化数学模型。分别采用非劣排序遗传算法(NSGA-II)、多岛遗传算法(MIGA)和最优化粒子群优化算法(MOPSO)进行优化求解,得到了轮毂轴承最优结构设计参数,采用有限元仿真分析方法对优化前后的旋压铆合装配成形轮毂轴承疲劳寿命进行对比验证。结果表明:上述优化策略实现了由2个目标函数主导的轮毂轴承整体性能提升,改善了轮毂轴承各组件的应力集中情况,提高了轮毂轴承的疲劳寿命,优化后结构最大应力较初始设计降低了约5.1%,寿命较初始设计结构增加了约3.8%,表明轮毂轴承的疲劳寿命多目标优化设计是有效的。

增量网络法矩阵形式的灵敏度分析方法研究

灵敏度是衡量物理仪表输出对所测量参数变化敏感程度的一个重要标志,通过灵敏度的研究可加深对仪表内部的网络构造和电路原理的理解,特别是电学仪表更要注重灵敏度的提高。本中通过灵敏度分析实例,包括问题的提出、问题分析、问题讨论和问题解答,最终说明增量网络法的矩阵形式分析电路灵敏度时,需要掌握电路原理的本质、求解方法的适用范围和分析方法的多样性。

基于两级轨迹灵敏度分析的DFIG动态全过程仿真简化建模方法

双馈感应发电机(DFIG)的简化建模对系统稳定性分析至关重要,现有建模方法往往只适用于单一时间尺度下某一具体问题的分析,缺乏对动态全过程仿真建模的研究。提出一种适用于动态全过程仿真的DFIG简化建模方法。根据多时间尺度模型简化原理建立DFIG各控制的动态模型和简化模型;从控制参数入手,提出两级轨迹灵敏度分析方法,研究在动态全过程仿真中主导DFIG输出特性的关键控制;提出一种模型切换控制策略,根据两级轨迹灵敏度分析结果,通过设置阈值建立可调节的模型切换判据,在动态全过程仿真中分时调用各控制的动态模型和简化模型,在保证模型精度的同时实现模型的降阶和简化。最后,通过仿真对比验证所提建模方法的有效性。

失效模式的模糊风险评估及其评估参数的灵敏度分析

目前失效模式风险评估研究主要集中在给出更为复杂的评估模型,而缺乏对评估模型的工程应用考虑和各评估参数对评估结果影响性质和影响程度的研究。本文首先研究构建失效模式风险因子的模糊置信区间评估模型,通过将模糊置信区间数转化为三角模糊数,实现风险因子评估结果的综合及评估结果的标量度量;以此为基础分析给出风险因子评估模型中各评估参数的概率分布模型,再应用基于高斯径向基函数的全局灵敏度分析方法,确定各评估参数对评估结果的影响性质和影响程度,据此指导制定更为精细的评估参数取值准则。某型飞机发动机安装工艺过程的失效模式及影响分析(FMEA)应用研究结果表明,所给出的模型和基于灵敏度分析结果制定的评估参数取值准则可使评估专家更为客观精细地给出风险因子的评估意见,得到满足工业标准要求的风险评估结果,并显著提升评估结果对失效模式风险的区分度。

电液主动悬架灵敏度分析与自适应跟踪控制

应急救援车辆载重量大、行驶路面复杂,电液主动悬架输出力的响应和控制精度对衰减振动至关重要。建立了电液主动悬架单元数学模型,给出了系统的轨迹灵敏度方程,并得到力阶跃响应对应各主要参数的灵敏度,为悬架性能优化提供理论依据;针对电液主动悬架负载质量大的特点,结合灵敏度分析结果,设计模型参考自适应控制器。最后,通过实验对自适应控制效果进行验证,结果表明所提出的控制方法可有效提高电液主动悬架单元的跟踪性能和对输出力的控制精度,助力整车主动悬架系统实现各种先进控制算法。

汽车摆振系统Hopf分岔及参数灵敏度分析

为了分析汽车摆振系统的失稳机制,以某样车的右前轮为例,基于1/4车辆动力学模型,通过第二类拉格朗日方程建立了三自由度单轮摆振系统动力学模型。在系统状态方程的基础上,应用Hurwitz准则求解得到了摆振系统的临界失稳车速,进而获得了摆振系统在临界失稳车速处的特征值。结果表明,临界车速工况下的系统平衡点是非双曲平衡点,因此,以车速为分岔参数,通过中心流形理论得到了系统在临界车速处的二维中心流形。在此基础上深入分析了摆振系统的Hopf分岔特性,并得到了摆振系统的近似周期解。最后,通过四水平五参数正交实验设计,获得了转向系和悬架系的结构参数对系统临界失稳车速的灵敏度。研究发现,系统临界失稳车速对主销后倾角最为敏感,其次是转向系和悬架系的阻尼。因此,在工程实践中,应该优先考虑通过调整主销后倾角来抑制汽车摆振。