基于响应面法的埋地管道外腐蚀速率预测模型研究

埋地输油管道外腐蚀速率的影响因素非常复杂,且各影响因素之间相互影响,很难对管道的腐蚀速率进行准确预测。而响应面分析法能够对各影响因素之间的交互作用进行分析,为此,考虑埋地输油管道外围土壤中pH值、Cl^(-)浓度、NO_(3)^(-)浓度和SO_(4)^(2-)浓度4种影响因素,利用响应面法设计试验并建立土壤环境下的管道腐蚀速率预测模型,并对模型进行回归和方差分析,评估其有效性和准确性。将建立好的响应面法预测模型与线性回归、PSO-BP预测模型进行对比,结果表明:基于响应面法的预测模型失拟项差异不显著,而模型本身通过了显著性检验,说明模型可信;与其他2种模型相比,响应面法的决定系数R^(2)为0.9418,决定系数最大,其平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差最小,分别为0.0205、4.53%和0.0277,验证了响应面法预测模型预测的准确性,可以较为准确地评估管道外腐蚀速率,为管道的保护措施和维护计划的制定提供可靠的依据。

基于响应面法和ARO算法的桥梁有限元模型修正

针对桥梁结构模型修正过程中计算量大、全局寻优难等问题,提出一种基于响应面法和人工兔优化算法(artificial rabbits optimization, ARO)的桥梁有限元模型修正方法。该方法通过F检验法明确对结构响应影响显著的参数并建立响应面模型作为桥梁有限元模型的代理模型进行迭代计算,然后通过静动力联合修正法基于特征响应的响应面模型计算值和试验值构建目标函数,并通过人工兔优化算法对目标函数进行迭代计算进而获得精确的有限元模型参数。采用该方法对变截面连续刚构黄河特大桥有限元模型进行修正,结果显示:基于显著性分析结果建立的桥梁响应面模型相关系数大于0.98,且平均绝对误差低于0.05;模型修正后主梁关键截面竖向位移最大相对误差由32.97%降至5.72%,平均相对误差由20.67%降至3.61%,桥梁前3阶竖向自振频率平均相对误差仅为0.18%。可见,采用所提方法修正的模型能用于评价桥梁结构实际受力性能。

运用响应面法的Ti-6Al-4V ELI钛合金铣削表面粗糙度预测模型

本研究采用端面铣削方式对Ti-6Al-4V ELI(TC4)钛合金进行加工,结合工艺参数进行建模以预测工件的表面质量并确定最佳切削参数。为了实现对工件表面质量的精确预测,在三轴数控加工中心上进行了相应的试验。试验基于Box Behnken方法(BBD)进行了四因素和三水平的设计,减少了试验所需的数目。试验中选择切削深度、切削宽度、切削速度和每齿进给量作为输入参数,将每次试验所测量的表面粗糙度作为输出参数。最终采用响应面法(Response surface methodology,RSM)建立输入参数和输出参数之间的二次关系,并进行方差分析(Analysis of variance,ANOVA)以评估所建立的模型。同时,利用RSM进行优化分析,确定铣削参数以实现最小表面粗糙度。分析表明,使用RSM建立铣削参数与表面粗糙度的二次回归模型,其校正系数为96.16%,模型能够较好反应输入参数与表面粗糙度的映射关系,该方法能够提供可靠的用于输入参数限制内任何铣削条件的表面粗糙度预测。经优化分析和试验验证,所得铣削参数能够获得较小的表面粗糙度,可应用于实践生产中的工艺优化。

基于响应面法与遗传算法的梁式桥有限元模型更新

为了使自主开发的智能健康监测平台产生的海量监测数据利益最大化,在平台中添加结构分析模块,扩大平台的应用范围。针对有限元模型分析的准确性与可靠性,提出一种将响应面法和遗传算法相结合的有限元模型更新方法。首先,根据设计资料建立结构理论有限元模型并确定结构更新参数;其次,采用中心复合试验设计方法获取样本点并计算结构响应;接着,基于逐步回归分析进行显著性检验并利用最小二乘法拟合得到更新参数与特征响应之间的响应面函数关系;最后,联合结构静动力响应构造目标函数,利用遗传算法对其进行迭代优化求解,并将最优解代入理论有限元模型中,从而实现结构有限元模型更新。以简支梁为例,选择以弹性模量和截面惯性矩为更新参数,以频率和位移为结构响应,结合动静载试验结果,对其进行有限元模型更新,验证所提方法的有效性。结果表明:模型更新后的有限元模型计算分析结果与实测值的相对误差大幅度降低,且计算值更加接近于实测值。基于响应面法与遗传算法的有限元模型更新方法可以为智能健康监测平台提供更加准确的有限元模型,对损伤识别和预警评估等模块提供了便利。

基于自适应响应面法的工程代理模型研究

代理建模,是用于减轻解决具有复杂工程设计问题的有效方法,可广泛使用于机械、航空、航天等各种工程制造领域。本文提出了一种新型工程代理模型:自适应响应面法,通过样本及响应值构建第一次简略的模型;对构建简略模型进行回归分析快速判别模型的阶数;基于所求解的阶数结合遗传算法筛选并更新第二次模型的基函数,以达成以最低计算量的获取最高精度的模型。

正交-响应面法在PBM细观参数标定中的应用

数值模拟作为研究岩石力学特性、再现细观裂纹演化的主要途径,已受到大量关注。现有的数值模拟参数标定方法主要为试错法及正交试验法,但二者都未能充分考虑细观参数交互作用的影响,模拟精度欠佳且宏观破坏形态与室内试验存在较大差异。因此,采用正交-响应面法相结合的数值分析方法,首先通过正交试验筛选出具有显著影响的平行黏结模型(PBM)细观参数,其次应用响应面法(RSM)研究其交互作用对模型试样宏观参量的影响规律,最后结合岩石宏观破坏形态提出一套PBM参数标定流程。结果表明:有效模量E*与刚度比k n/k s对弹性模量E影响显著;k n/k s、接触摩擦系数μ、最小颗粒半径R_(min)对泊松比ν影响显著;黏聚力c与法向黏结强度σc及其交互作用对单轴抗压强度UCS影响显著,应用响应面法计算分析得出的细观参数的模拟值与试验值误差绝对值小于7%,且二者应力应变曲线力学特征相似,宏观破坏形态相同,证明所提出的PBM细观参数标定流程具备科学性和可靠性。

基于响应面法的船舶节能导管优化设计

以水动力节能装置经典伴流补偿导管为研究对象,提出利用响应面模型综合评价导管设计参数并进行优化.以导管结构特征尺寸为设计参数,建立节能导管的参数化模型.以KP505螺旋桨和节能导管耦合的水动力计算结果为响应参数,生成响应面模型.将螺旋桨效率提升比作为优化目标,将导管结构特征尺寸阈值作为约束条件,基于二阶响应面模型对导管进行结构优化设计,并对优化结果进行仿真验证,证明响应面模型的可靠性.结果表明,优化后桨-管系统的效率提升比增大了37.82%,说明利用构建的响应面模型对节能导管进行优化合理有效,可为其他类型的节能导管设计提供参考.

基于响应面法的钢铝压印-粘接复合接头强度预测

为建立工艺参数及其交互作用对接头强度影响的预测模型,采用响应面法对DP590热轧双相钢和AA5052铝合金板材开展了压印-粘接复合连接工艺试验研究。以胶层厚度、冲压力和凹模深度为影响因素,接头失效载荷和能量吸收值为响应值,建立了钢铝压印-粘接复合接头强度预测的回归模型。结果表明,模型预测结果与试验结果误差小于10%,该模型拟合程度较高,可用于钢铝压印-粘接复合接头强度预测。方差分析表明,单因素对失效载荷和能量吸收值的影响从大到小的顺序一致,均为凹模深度>胶层厚度>冲压力,冲压力与凹模深度的交互作用对失效载荷影响最大,胶层厚度与凹模深度的交互作用对能量吸收值影响最大。通过分析模型预测结果可得,在一定范围内,增加凹模深度可以提高失效载荷和能量吸收值,在实际应用中,增加凹模深度、增加冲压力和加入粘结剂均可以提高接头强度。

基于有限元和响应面法的U形弹簧结构参数分析

液压作动器内部密封件的蓄能性能是衡量其可靠性的关键,而U形弹簧作为蓄能密封圈的弹性元件,其压缩刚度和弹性压缩极限是决定其蓄能性能的主要因素。建立基于材料参数的U形弹簧弹塑性有限元模型,计算U形弹簧的压缩刚度、弹性压缩极限和线性压缩临界值,分析典型结构参数对蓄能特性的影响;基于响应面法构建多因素数学模型,比较各结构参数对弹簧压缩刚度和弹性压缩极限的影响程度;通过多次弹簧压缩试验验证了计算模型的准确性。结果表明:弹簧厚度、截面总长、开槽宽度、周期宽度和根部圆弧半径为压缩刚度的主要影响因素,其影响依次减小;弹簧厚度、截面总长和根部弧半径为弹性压缩极限的主要影响因素,其影响依次减小。重复压缩试验证明,弹簧屈服产生的塑性变形会随着压缩次数累加,导致弹簧开口宽度减小,导致密封圈动态密封性能降低;当蓄能密封圈用于动密封时其压缩量不宜超过弹性压缩极限。

基于多岛遗传算法与响应面法的横向磁通感应加热装置参数优化设计

对金属带材进行横向磁通感应加热(TFIH)时,通常会存在加热温度分布不均匀以及加热温度偏离目标值两个问题。该文研究了加热器结构参数与电源参数对45号钢带材回火热处理温度的影响,并对两种参数分别进行优化,使带材在加热器出口处的平均温度达到目标值600℃,同时获得均匀的温度分布。采用Morris法对加热器结构参数进行全局灵敏度分析,选取显著影响相对不均匀度的参数并建立径向基函数(RBF)神经网络预测模型。使用多岛遗传算法(MIGA)对筛选的结构参数进行优化,初步获得均匀的温度分布。最后以降低温度分布的相对不均匀度和达到理想平均温度为目标,在优化后的加热器结构基础上使用响应面法(RSM)优化电源参数,实现多目标优化设计。仿真验证结果表明,45号钢带材在加热器出口处的平均温度为600.06℃、相对不均匀度为2.36%,满足45号钢回火热处理的要求。

基于响应面分析法的碱矿渣砂浆强度和收缩性能影响因素分析

研究了不同影响因素以及因素交互作用对碱矿渣砂浆的抗压强度和收缩性能的影响,通过设定膨胀剂掺量、减缩剂掺量、玄武岩纤维体积掺量等3个因素的不同水平,采用响应面分析法设计试验并建立抗压强度和干燥收缩的预测模型,并对优化结果进行试验验证。结果表明:模型失拟项不显著,试验数据与模型不相关程度不显著,模型可信,且试验的精确度和可信度高;3个因素对抗压强度的影响敏感程度为:膨胀剂>玄武岩纤维>减缩剂;3个因素对碱干燥收缩率的影响敏感程度为:减缩剂>膨胀剂>玄武岩纤维。对比模型最优化预测结果与验证试验结果发现,二者的抗压强度和干燥收缩率相对误差分别为2.2%和2.5%,说明使用响应面分析法进行理论分析获得的预测结果与碱矿渣砂浆的抗压强度和干燥收缩率实测结果相匹配。

基于响应面-遗传算法的印制电路板参数识别

印制电路板装配件(Printed Circuit Board Assembly,PCBA)在航空航天设备中有广泛应用,分析和优化航空设备中电子设备振动可靠性的必要前提是建立准确的PCBA有限元模型。针对PCBA有限元模型物理参数难以通过实验获取的问题,本文以某机载电子设备PCBA为案例,首先通过最小分辨率V(Minimum Run with Resolution V,MRRV)的中心复合设计(Central Composite Design,CCD)建立多因素模型响应面函数样本点;然后根据最小二乘法确定响应面函数系数并完成响应面精度检验,构建响应值与模态试验结果误差的多目标函数;再采用快速分类的非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)进行多目标参数识别,将识别后的参数代入ABAQUS有限元模型进行仿真分析,最后与模态试验和随机振动试验结果进行对比。结果表明:模态频率平均误差减少到2.70%,随机振动响应平均误差为5.83%,验证了此方法对机载振动环境下PCBA模型参数识别的有效性。

响应面法优化3D打印砂浆的性能

用响应面法分析了调凝组分与调黏组分对3D打印砂浆建造性和凝结时间的影响规律.结果表明:快硬硫铝酸盐水泥作为调凝组分能有效缩短砂浆的凝结时间;羟丙基甲基纤维素增稠剂与硅酸镁铝作为调黏组分可以提高砂浆的触变性,但会延缓砂浆的凝结;基于响应面法采用线性模型和二次模型拟合砂浆建造性、开放时间和凝结时间,模型具有显著性;经过响应面优化,可配制出凝结时间可调、建造性良好且开放时间合适的3D打印水泥基材料.

基于实测频率振型的大跨斜拉桥响应面模型修正研究

为了验证基于实测频率和振型的响应面模型修正方法的准确性与可行性,以某大跨斜拉桥为工程背景,分别进行静载试验和环境激励下的模态测试。以竖向前4阶实测频率及振型作为状态变量,选取合理的修正参数,进行中心复合试验设计;采用考虑交互项的响应面模型进行数据拟合,并计算参数R^(2)值的范围,进行精度检验;分析频率及振型的改变率,将修正后模型的挠度与实测挠度进行对比,验证该模型修正的准确性。结果表明:在参数范围内,各响应面模型的R^(2)值均接近于1,拟合精度较高;修正后模型的频率与振型均接近实测值,能准确反映桥梁的动力特性;修正后模型的挠度计算值与实测值最大误差不超过7.98%,满足工程精度要求,能够真实反映大跨斜拉桥的工作状态。研究证明了基于实测频率与振型的响应面模型修正方法对大跨斜拉桥的适用性和可行性,可为实际工程中类似桥梁的模型修正提供参考。

响应面法优化冷冻浓缩处理高盐染料化工废水研究

采用渐进冷冻浓缩法处理染料化工废水,在单因素试验的基础上,依据响应面分析法(RSM)的中心组合设计(BBD)原理,探究了冷却剂温度、搅拌速率和冷冻时间对盐和COD去除率的交互作用,并建立了多元线性回归预测模型。结果表明:在模型分析最佳试验条件(冷却剂温度为-7.7℃,搅拌速率为320 r/min,冷冻时间为55 min)下,盐和COD去除率的预测值分别为72.24%和72.18%。在上述最佳条件下试验测得的盐和COD去除率分别为70.40%和69.90%,与模型预测值的相对偏差均在5%以内,验证了回归模型的准确性和实用性。

基于响应面法的水下不分散混凝土性能影响因素研究

水下不分散混凝土因其具有良好的水下抗分散性、水下自密实等优点,能够适应特定水下部位的施工需求。为优化某水电站集运渔工程水下施工混凝土配合比,基于响应面法的试验设计,开展了絮凝剂掺量、减水剂、水泥三因素三水平配合比试验,建立了三因素与水下不分散混凝土工作性能、抗分散性能、力学性能的预测模型,分析了各因素之间的相互作用及其对目标性能的影响规律。结果表明,各因素间的交互作用中,减水剂和水泥掺量对混凝土坍落度有显著有利影响;絮凝剂和水泥掺量对混凝土溶液悬浮物含量有显著有利影响;减水剂和水泥掺量对混凝土抗压强度有显著负面影响。基于预测模型提出了混凝土配合比的优化路径,可为集运渔工程水下施工提供技术参考。

基于响应面法的堆石体流变模型参数反演

混凝土面板堆石坝具有造价低、抗震性好等优点,但其在蓄水运行后发生流变变形,易造成防渗体结构破坏。为准确预测混凝土面板堆石坝流变变形规律,必须精准确定堆石体的流变参数。为此,首先基于大坝位移监测数据,采用响应面法建立Burgers流变模型参数与堆石坝运行期流变位移之间的响应面函数,通过构造测试样本参数组检验响应面函数的计算精度;其次使用Lev⁃enberg-Marquart算法搜索目标函数最小值,求解出最优参数组合,反演得到流变参数;最后根据反演的流变参数进行有限元正分析,将特征点流变位移与实测值比较,验证响应面函数是否能满足反演要求。算例分析结果表明,各典型监测点有限元法计算位移与响应面函数解析的流变位移的相对误差均小于1.5%,响应面法反演的参数精度较高,响应面法应用于面板堆石坝流变模型参数反演分析是可行的。

基于时间演化响应面模型的JWL状态方程参数标定方法

综合试验数据和建模与模拟结果,标定爆轰产物JWL(Jones-Wilkins-Lee)状态方程中的唯象参数,对理解爆轰膨胀驱动过程和评价做功能力至关重要。时间演化代理模型能构建重要参数与系统响应量(system response quantity,SRQ)之间较为简洁的函数关系,为描述爆轰动力行为和参数标定提供一种快速高精度算法。本文首先利用拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling,LHS)技术对爆轰产物JWL状态方程中的不确定参数进行抽样,选取有效数据并分成两组:第一组进行高分辨率仿真,使用具有自主知识产权爆轰数值软件CFD2D计算得到径向壁位置和径向壁速度,输出结果用于构建不确定JWL参数和SRQ之间的时间演化响应面模型;第二组用于评估时间演化代理模型的精确度。其次,定义代理模型与试验数据之间的残差,进而搜索最小残差获得最优参数。结果表明:将最优参数代入高分辨率模型后导出的SRQ的输出结果和试验数据吻合较好,从而完成了参数标定和模型确认。结果为武器型号设计和装备性能评估提供依据。

45CrNiSiMnMoVA钢钻削轴向力加工参数优化及响应面法预测

为评价国产45CrNiSiMnMoVA钢的钻削加工性能,选择钻削轴向力评价刀具磨损程度及其表面质量影响因素,针对各参数形成的主效应和交互效应分别构建了相应的回归分析模型。实验研究结果表明:主轴转速增大使得进入平稳区时轴向力减小,获得更小摩擦系数并引起轴向力降低。逐渐提高进给量时,轴向力持续增大,进给速度25mm/min确保达到较小切削力,从而实现加工效率的显著提升。轴向力与步进量之间并不存在直接关联性。通过二次多项式对模型实施预测,显著性检验结果接近1,表明此模型具备优异拟合性能。预测结果相对验证结果获得了较小的相对误差,轴向力的误差在5N以内,去除率的误差在2mm^(2)·min^(-1)以内,表明本预测模型能够满足可靠性要求。

基于响应面法的电磁阀响应时间优化

为了缩短喷雾植保用电磁阀的响应时间,提高变量喷雾的精准性,该文引入响应面法优化改进型脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)控制参数。试验采用Box-Behnken设计方法,选取电磁阀驱动电压(10、12和14 V)、PWM延迟时间(15、40和65 ms)及PWM占空比(5%,15%和25%)作为考察因素,以电磁阀开启响应时间、电磁阀闭合响应时间和电磁阀响应时间为响应值,获取了关于3个响应值的二次多项回归模型,并对其进行了验证。经响应面法分析得出,在参数优化区间内,使电磁阀响应时间最短的参数条件为电磁阀驱动电压12 V、PWM延迟时间15 ms以及PWM占空比5%,与试验测量结果差异极小。与普通PWM控制方式相比,使用改进型PWM控制信号并优化控制参数可有效缩短电磁阀响应时间。该研究为合理选择PWM控制参数提供了参考。