磁热耦合下的比例电磁铁热稳健性再设计

针对工程机械比例阀用电磁铁的耐久性问题,为提高在随机载荷条件下抵抗热失效的能力,综合多物理场耦合理论与稳健性优化理论,提出了比例电磁铁的参数化再设计模型。以一种具有盆式吸合结构的比例电磁铁为研究对象,通过稳态电磁测试和温度分布测试,验证了所提出的参数化模型的有效性,并在保证电磁算力精度的前提下,标定了系统中量值模糊的导磁、传热等参数;以电磁铁和线圈主要结构参数为控制因子,以生产工艺条件不确定性导致的线圈漆包铜导线线径随机误差为噪声因子,基于田口方法设计正交试验,定义了多因素加权的比例电磁铁热稳健性再设计评价函数;以挖掘机现场试验获得的比例电磁铁热负载作为响应计算热源,在不导致线圈绝缘破损失效的许用温升约束下,进行关键结构参数在噪声扰动下系统响应变异最小的再设计。研究结果表明:线圈长度和匝数是影响电磁铁热稳健性的主要因素,由绕线工艺决定的线圈窗口形态决定了系统的导磁、传热能力。文中提出的比例电磁铁热稳健性再设计方法对于磁热耦合下的机电产品定制化设计具有工程化参考价值。

基于轻量化与多目标稳健性的可导向防撞垫设计

为降低防撞垫的成本并提高系统的稳健性,使用拓扑优化得到防撞垫吸能单元在多工况耦合的最优传力路径,通过单因素分析得到对防撞垫性能影响最大的因素。随后,进行基于田口方法的稳健性设计,将多工况问题视为多目标优化问题,获得最优参数尺寸。最后,进行仿真验证并与优化前作比较:优化后满意度提升21%,长度比同类型TS级防撞垫减少1/5。研究为基于混合元胞自动机法的拓扑优化在防撞垫初始形状设计中提供严谨的理论依据,设计方法为处理防撞垫的多工况复杂问题折中简化起到指导作用。

概率基多目标优化在化工机械正交试验及稳健设计中的应用

将概率基多目标优化方法与正交试验设计、稳健性设计结合起来,得到概率基多目标正交试验设计和稳健性设计优化方法,并应用于3种化工过程和装置的多目标优化中,即:管壳式换热器折流板结构参数、降黏聚结一体化装置、等距螺旋锥齿轮MIM工艺参数。结果表明,概率基多目标优化方法合理、方便易行,可广泛应用。

结构疲劳寿命稳健性优化设计

由于材料特性、构件的几何特性、载荷历程和环境条件等随机因素的影响,造成结构的疲劳寿命往往偏离结构的设计寿命。为了减少疲劳寿命的分散性,建立一种结构疲劳寿命稳健性优化模型。该模型将结构优化设计理论和随机有限元法相结合,在考虑设计变量和其他随机变量的变异性对结构疲劳寿命影响情况下,将结构疲劳寿命稳健性优化问题构造成包含结构疲劳寿命均值和标准差的双目标优化问题,并通过权因子来平衡结构疲劳寿命的均值和标准差关系,在约束函数中将结构疲劳寿命控制在最低寿命和最高寿命之间。经疲劳稳健性优化设计后的结构疲劳寿命在其均值处波动较小,而且分布曲线远离疲劳寿命底限。最后通过承受脉冲载荷的平面10杆桁架结构疲劳寿命稳健性优化算例显示了此方法的有效性。

基于双响应面模型的碰撞安全性稳健性优化设计

建立稳健的车体耐撞结构是提高汽车碰撞安全性的有效途径。传统的耐撞性优化设计,由于忽视制造工艺、材料特性和边界条件中存在的不确定因素,导致汽车碰撞安全性能不够稳健。近年来,稳健性设计得到广泛的关注,并在汽车工业中得到应用。将稳健性设计方法应用到汽车碰撞安全性设计中,以某轿车的前纵梁为研究对象,运用双响应面方法对其进行稳健性优化设计。采用拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling,LHS)方法和最小二乘方法创建碰撞响应的二阶多项式双响应面模型,将材料特性作为不确定性因素。稳健性优化后,对前纵梁碰撞性能的稳健性与优化前进行对比分析。分析结果表明,该稳健性设计方法精度较高;经稳健性优化后,前纵梁碰撞性能的稳健性获得了显著提高,且质量减少了3.32%。

基于蒙特卡罗法的轨迹再现转向机构稳健性设计

对于转向梯形机构,以转向过程的运动精度为目标函数,以主销中心距、轴距、转向梯形底角和转向梯形臂长度四个参数作为设计变量,以最小传动角及最大角度误差作为约束,建立了基于响应面方法的稳健设计数学模型.应用具有正态分布参数的蒙特卡罗稳健设计方法,对汽车转向机构进行了优化设计.比较了确定性优化方法与蒙特卡罗方法的设计结果.在转向角度误差相差不大的情况下,应用蒙特卡罗方法设计的转向机构最小传动角大,系统的传递性能及运动性能好,并且当设计变量出现微小变化时,能有效保证转向系统的运动轨迹.

基于蒙特卡罗法的动力总成悬置系统稳健性设计

建立汽车动力总成悬置系统6自由度动力学模型，并以其6自由度解耦率最大为优化目标，各悬置的垂向刚度为设计变量，总成激励频率及其固有频率为约束，采用能量解耦法对悬置系统进行优化，获得全局优化解。将优化解视为具有正态分布特征的随机变量，应用蒙特卡罗法对悬置系统进行稳健性分析，以考察设计值的变异对目标函数的影响。分析结果表明，设计变量存在微小变化时，设计值能保证悬置系统的稳健性，提高了产品设计的成功率。

面向制动尖叫抑制的制动盘稳健性设计

在建立盘式制动器复模态有限元模型并通过台架试验验证模型正确性的基础上,提出了一种以加权尖叫倾向性作为稳健性设计指标的方法,以摩擦系数的波动为干扰因素,采用田口方法进行了制动盘弹性模量、帽部高度、帽部直径和通风散热筋数量的尖叫稳健性设计。分析表明,制动盘的弹性模量对制动尖叫稳健性的影响最大且采用所建立的方法能够获得可有效控制试验制动尖叫的稳健的制动盘设计参数组合。

基于田口方法与有限元方法的汽车板料包边稳健性设计

汽车板料包边质量的好坏直接影响汽车的外形美观和板料之间装配,而板料包边产生的边界缩进决定着汽车板料包边质量,因此对板料包边边界缩进控制的是汽车生产中的关键问题之一。将田口方法应用于汽车板料包边稳健性设计中,根据生产经验和积累数据初步设定影响板料包边后缩进值的设计参数,利用有限元分析软件LS-DYNA建立汽车板料包边的有限元模型。采用正交矩阵试验方案,通过该方案确定对包边缩进值的敏感参数,并提出了最优化设计方案,使得板料边界缩进量减少了43.9%。试验结果表明:田口方法结合有限元方法能够在较短时间内,利用少量的试验次数为汽车板料包边缩进值的控制提供一种快速和可靠的解决方案。

基于稳健性设计原理的接触件插拔力质量一致性优化方法

基于简支梁结构理论提出斜线簧接触件插拔力计算模型,通过试验与仿真对比分析,验证了该模型的正确性。利用稳健性设计原理,对斜线簧接触件的关键参数进行参数设计和容差设计,确定设计参数中心值的最优组合和容差最佳分配方案。基于蒙特卡洛思想,通过虚拟装配斜线簧接触件,获得优化前后的斜线簧接触件插拔力的质量特性分布,并选取按优化前后的尺寸要求装配的斜线簧接触件测试插拔力,统计分析得出插拔力合格率,对比优化前后的斜线簧接触件插拔力的质量特性分布,分析表明优化后的插拔力合格率得到很大提升。

面向制动尖叫抑制的制动块稳健性设计

为有效控制制动尖叫,本文中针对制动块背板弹性模量、衬片弹性模量、衬片开槽方式和衬片斜角角度进行了设计。在建立盘式制动器复模态有限元模型并通过台架试验验证的基础上,提出了一种基于尖叫试验结果的加权尖叫倾向性指标作为稳健性设计目标,以摩擦因数的波动为干扰因素,采用田口方法进行了面向尖叫的制动块稳健性设计。结果表明,制动块衬片的弹性模量对制动尖叫的影响最大;所采用的方法能获得有效而稳健的制动块设计参数组合。

圆柱螺旋弹簧刚度的稳健性设计

稳健性设计是一种保证产品质量、降低成本的有效设计方法 ,在工业发达国家受到极大重视。就稳健性设计思想和方法作了概述 ,在此基础上提出了稳健性设计的一般数学模型 ,然后对圆柱螺旋弹簧刚度开展稳健性设计 ,提高了圆柱螺旋的设计质量。

柱下独立基础稳健性设计与分析

岩土工程随机参数统计特征的不确定性,使得岩土工程可靠度设计存在一定风险。岩土工程稳健性设计能够充分考虑随机参数的不确定性结合结构安全性、稳健性和经济性实现最优设计。针对随机参数统计特征的不确定性对柱下独立基础设计的影响,基于可靠度理论和岩土工程稳健性设计方法,考虑岩土参数、混凝土和钢筋材料力学参数统计特征不确定性的影响,以独立基础几何尺寸作为可控设计参数进行设计分析。将独立基础地基承载力、地基变形、基础结构冲切破坏和基础弯曲破坏4种失效模式视为串联系统,进行多失效模式下的结构体系稳健性设计,分析了多失效模式下结构几何参数与结构体系可靠度的关系。结合稳健性和经济性,进行了独立基础多目标优化设计,确定柱下独立基础设计的最优解。

多响应问题的稳健性设计优化

基于双响应曲面方法提出了一种解决多响应稳健设计的优化方案。对多响应稳健设计优化问题进行分析,提出了双响应曲面方法与满意度函数法相结合的稳健优化设计方法。该方法通过引入多响应均值满意度和多响应方差满意度,将可控因素和噪声因素的波动产生的方差结合到满意度函数中,并考虑了优化结果的稳健性。采用该方法对文献实例进行分析,得到了较好的优化结果。

铁路客运列车悬架参数稳健性设计

铁路车辆的悬架参数对车辆运行平稳性和舒适性具有重要的影响。为了保证车辆在动态变化的运行工况下具有良好的稳定性,对车辆悬架参数稳健性进行设计。综合考虑车辆一系悬挂和二系悬挂的车辆六自由度垂向动力学模型与悬架参数对运行平稳性的影响。采用田口方法稳健性设计原理,研究确定了车辆悬架参数稳健性设计流程及悬架设计参数中的可控因素和外界噪声因素。在此基础上,进行悬架参数内外正交表设计,并利用Matlab编程分析计算了在多种典型工况下的运行平稳性指标值。分析结果表明:通过对多种工况下车辆Sperling指标和信噪比的分析比较,得到了稳健性最优的悬架参数组合,较好地解决了变工况下车辆悬架刚度和阻尼的匹配问题。

永磁式缓速器的稳健性设计

基于稳健性设计原则和Taguchi算法,永磁式缓速器的设计分为概念设计、参数设计和容差设计.以性能最稳定,波动最小,信噪比最大为目标,选取合适的参数作为内表,参数波动率为外表.用正交表排列设计参数,用F检验确定系统的最优设计参数和恰当的容差.算例选择制动力矩计算模型中的磁极数N、内半径r1及外半径r2为可控因素,制动力矩波动率作为质量特性输出值.结果表明:采用稳健性设计的永磁式缓速器可以较好地改善制动力矩波动率.

基于稳健性设计的筛分加料工序质量评价和参数优化

为探明各影响因素对工序加工质量的影响,采用田口方法———稳健性设计对筛分加料工序进行了较为系统的质量评价与参数优化。结果表明:1)热风温度对加料后叶片平均含水率和温度的影响均为最大,筒体转速对加料后叶片平均含水率和温度的影响均为最小;2)物料流量对加料后叶片含水率和温度的波动影响均为最大,筒体转速对含水率的波动影响最小,蒸汽压力对温度的波动影响最小;3)为减小加料后叶片含水率和温度的波动,以质量损失最小化为原则,各因素水平最适组合为:热风温度75℃、蒸汽压力0·35MPa、物料流量4000kg/h、筒体转速13·5r/min;4)综合各因素对加料后叶片含水率和温度的影响大小,可将热风温度和物料流量视为重要因素,蒸汽压力视为调节因素,筒体转速视为次要因素。

基于关联度分析的静态和动态稳健性设计

运用关联度分析建立静态特性和动态特性稳健性设计方法。该方法的核心在于由正交试验数据的规范化和关联度的计算得到一个反映产品质量或系统性能的具有望大特性的关联度序列。通过对分辨系数的研究表明,与田口方法相比,该方法具有更高的区分度和适应性,而且对于田口方法中很难处理的具有复杂函数关系的动态稳健性设计问题也能得到很好的解决。此外,该方法简洁明了,避免了复杂的参数估计、假设检验等数理统计过程,实用性更强,结合工程实例进行设计分析验证了方法的有效性。

稳健性设计在转氨酶发酵优化过程中的应用

转氨酶是酶法生产氨基酸工艺中的重要酶种,高产量的酶必须涉及菌体的生长和酶的合成需要.从酶发酵过程的稳健性出发,应用低灵敏度的稳健性设计手段对转氨酶的发酵产酶过程进行了优化设计.通过实验发现通气量和搅拌速度两个工艺参数对发酵产酶结果影响较大,而培养基成分、发酵初始pH值及发酵温度的影响较小.并得到了结果稳定的最优发酵条件:通气量0.6L·min_-1,搅拌速度500 r·min-1,温度35℃,pH值6.5,玉米浆2％.经实验验证,发酵结果稳定且符合最优目标值.

蓄电池充电调节器的稳健性设计分析

为满足卫星电源蓄电池充电调节器(BCR)高可靠的要求,提出了一种BCR稳健性设计分析方法。首先根据BCR的数学模型,设计了电压外环、电流内环控制器,进而在Saber软件环境下建立了BCR仿真模型,获得了标称设计下的系统性能。考虑温度漂移、器件老化等不利因素,依次进行了BCR电路的灵敏度分析、应力分析、参数扫描分析和最坏情况电路分析。分析结果表明设计的BCR母线电压、电路器件降额均满足设计要求,能够保证系统在空间环境中的可靠工作。