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。

基于响应面法的钢管混凝土系杆拱桥有限元模型修正

为探讨将钢管混凝土系杆拱桥有限元模型修正方法应用于实际工程性能评估的有效性,以某80 m单拱面钢管混凝土系杆拱桥为工程背景,采用Midas Civil与ANSYS有限元软件分别建立全桥梁格模型与拱脚精细化数值模型,基于径向基函数网络的响应面法对此多尺度模型进行修正。首先根据结构特点和实桥试验选取修正参数与目标函数,以中心复合试验设计构造不同修正水平下的修正参数样本,通过桥梁有限元模型计算得到对应的目标函数样本,并利用F检验法对修正参数的显著性水平进行判断;然后,以修正参数样本与目标函数样本分别作为响应面的输入输出,对径向基函数网络进行拟合训练;最后在修正范围内随机生成修正参数样本,并利用训练好的径向基网络预测对应的目标函数,采用期望度函数D进行优化处理以完成有限元模型的修正。研究结果表明:对于单拱面钢管混凝土系杆拱桥的有限元模型,可以通过径向基函数网络的响应面法进行修正,对比实测数据,修正后的模型误差有明显下降,可作为结构再分析的基准模型;对于使用不同程序建立的多尺度桥梁有限元模型,模型修正方法依旧有效,修正后的参数具有明确的物理意义,其误差可降到工程实践接受范围之内。研究结果为建立与修正钢管混凝土系杆拱桥的有限元模型提供参考。

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。

基于组合赋权与灰云模型的综合能源系统需求响应效益评价

考虑到当前综合能源系统研究缺乏完善的需求响应量化评估方案,难以在优化运行层面综合评估需求响应效益这一问题,提出了一种基于改进AHP群决策—CRITIC组合赋权与灰云模型的综合能源系统需求响应效益评价方法。首先,从综合能效性、社会经济性和需求侧互动性三个维度构建了需求响应效益评价指标体系。其次,采用一致性和权重拟合性更优的指数标度法构造判断矩阵,降低赋值误差,并通过AHP群决策法确定主观权重,从而削弱主观极值偏差对权重的影响;在由CRITIC法确定客观权重后,基于最小欧氏距离建立组合权重模型,并通过非线性规划求取最优组合权重;针对评价等级信息的模糊性与隶属等级的随机性,采用正态灰云白化权模型确定指标分类等级与场景评分。最后,以北方某综合能源系统为例,根据用户参与需求响应方式设置了4种运行场景,分析了不同需求响应对系统运行的影响与作用,算例结果表明所提指标体系与评价方法科学有效。

基于QCM液体密度响应模型测量油品含水率研究

油田开发中一直存在高含水率和低含水率测量不准确的问题,新型可再生的生物柴油,同样需要控制含水率以保证热值和稳定性。文中提出一种基于石英晶体微天平(QCM)液体密度响应模型的油品含水率测量方法,通过5组标准甘油溶液进行模型验证,结果表明,实验值与理论值的误差小于5%,并且在低含水量和高含水量2种情况下,误差幅度小于1%。重复性实验验证了模型的有效性。现场测量实验结果证实了模型的适用性。

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。

响应耦合子结构法的轴类工件频响函数预测

轴类工件切屑过程中,容易产生颤振影响加工稳定性,快速计算工件频响函数,便能为防止颤振提供依据。由于车削加工工件频繁更换,针对以往测量工件频响函数往往采用锤击法需要重复测量等问题,提出一种改进的子结构划分方法。该方法将主轴-卡盘-工件系统划分为主轴-卡盘-夹持部分、工件悬伸部分,使用子结构响应耦合法(RCSA)、有限差分法、Timoshenko梁模型求取轴类工件任意截面频响函数,并利用该方法探究了尾座对工件频响函数的影响。此划分方法避免了结合面的参数辨识,能够快速方便预测工件任意截面频响函数,与仿真所得频响函数进行对比,预测结果与仿真结果对比误差在5.38%以内,验证了该预测模型的有效性。

基于响应曲面法的切削38CrMoAl材料表面粗糙度预测模型和优化

38CrMoAl材料具有优良的力学性能,被广泛应用在精密传动系统中,其应用工况对零件的表面质量要求较高,机械加工过程中,各因素相互耦合,影响零件的表面粗糙度,很难建立显式的关系式。本文基于响应曲面复合设计方法进行切削加工试验,建立38CrMoAl材料数控车削过程中的预测模型,采用Design-Expert 13软件对表面粗糙度进行回归系数及方差分析,对数控车削加工参数进行优化。通过试验分析得出切削最优参数:切削转速2500mm/s、进给量0.1mm/r、切削深度0.25mm时,38CrMoAl材料表面粗糙度达到最小。该项研究为企业加工此类材料提供了理论依据。

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。

前景理论和灰色关联法下定制公交出行分担率选择模型

为提高公共交通服务水平和定制公交分担率,以定制公交、常规公交、出租车和地铁4种出行方式为对象,考虑乘坐时间、出行费用、便捷性和舒适性4个出行影响因素,基于多项Logit模型构建前景理论和灰色关联相结合的出行选择模型,并以董屿·福建师大地铁站到福州南火车站为例进行研究。结果表明:定制公交、常规公交、出租车和地铁4种出行方式的分担率分别为28.35%、14.63%、23.14%、33.88%,与实际问卷调查的最大误差在5%以内,与运用效用理论计算所得的分担率相比更符合现实情形;定制公交分担率在票价为1元或2元增减时,并没有产生较大变化,而乘坐时间的缩短却使分担率有较大提升。

基于响应曲面法的PCB/WCF改性沥青混合料优化设计

为改善废轮胎热解炭黑(PCB)改性沥青混合料的水稳定性,利用废弃鸡羽毛(WCF)的羊毛状纤维有益于沥青混合料水稳定性提升的特点,制备了AC-13 PCB/WCF改性沥青混合料。首先通过激光粒度仪,扫描电子显微镜与能谱仪分析了PCB与WCF的微观形貌与表面化学元素分布。然后基于响应曲面法(RSM)设计了PCB掺量、WCF掺量以及油石比对沥青混合料AC-13的空隙率、马歇尔稳定度以及冻融劈裂抗拉强度比影响的试验方案。最后通过方差分析(ANOVA)方法研究了3个自变量及其交互作用对沥青混合料的空隙率、马歇尔稳定度以及冻融劈裂抗拉强度比的影响,并建立了PCB/WCF改性沥青混合料AC-13性能预测模型。结果表明:PCB的粒径分布集中在197~358 nm,表面灰分会降低PCB与沥青的相容性;WCF羽轴两侧的羽片呈扇状分布,主要化学元素为碳、氮、氧、硫。由优化模型获得的PCB/WCF改性沥青混合料AC-13最佳优化参数为,PCB掺量0.52%,WCF掺量0.36%以及油石比5.5%;对应预测值为空隙率3.85%,马歇尔稳定度11.79 kN以及冻融劈裂抗拉强度比84.56%;基于最优参数配合比制备的PCB/WCF改性沥青混合料AC-13验证试验结果为空隙率3.69%,马歇尔稳定度11.6 kN以及冻融劈裂抗拉强度比84.9%,且都在95%置信区间内,表明模型具有较好的预测能力;优化设计的PCB/WCF改性沥青混合料AC-13的预测值和试验验证值均满足中国改性沥青混合料的性能要求。

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。

基于响应面法优化SBBR处理城市污水中氨氮的研究

采用序批式生物膜反应器(SBBR)对城市模拟污水进行处理。用接种法对SBBR反应器进行挂膜启动。主要研究了曝气时间、C/N、填料投加量对SBBR反应器去除氨氮的效果。采用响应面法对稳定运行的SBBR反应器中的曝气时间、C/N、填料投加量进行了优化,同时构建回归模型,并进行方差分析。结果表明:挂膜成熟时,SBBR系统出水COD和氨氮去除率分别稳定在88.1%和85.2%以上。单因素实验分析结果表明:曝气时间、C/N、填料投加量对SBBR反应器脱氮效果影响显著,其最优值为6 h、10、30%。经过响应面优化后反应器的最佳工况点为:填料投加量为20.2%、C/N为10.5、曝气时间为6.4h。模型预测COD的去除率为95%、氨氮的去除率为94.14%。模型验证实测结果为COD去除率为92.72%、氨氮去除率为91.53%,与预测值相差小于3%。因此,该模型能较为真实地反映各因素对模拟城市污水中COD去除率和氨氮去除率的影响。响应面法可以优化SBBR反应器处理模拟城市污水。