[發(fā)明專利]高速壓力機(jī)上橫梁可靠性設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510079808.8
• 申請(qǐng)日: 2015-02-14
• 公開（公告）號(hào): CN104636563B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程錦;吳震宇;劉振宇;譚建榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司33200
• 代理人: 邱啟旺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高速壓力機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種高速壓力機(jī)上橫梁可靠性設(shè)計(jì)方法。

技術(shù)背景

高速壓力機(jī)的性能直接影響著沖壓產(chǎn)品的精度、使用性能和生產(chǎn)效率，而上橫梁作為高速壓力機(jī)的重要組成部分，其剛度和強(qiáng)度對(duì)壓力機(jī)的整體工作性能和加工精度具有直接而重要的影響。為了提高壓力機(jī)的加工精度和工作效率，降低生產(chǎn)成本和能源消耗，應(yīng)盡可能地在提高上橫梁剛度與強(qiáng)度的同時(shí)減輕上橫梁的重量，因此，需要對(duì)其進(jìn)行以高剛度輕量化為目標(biāo)的可靠性設(shè)計(jì)。

高速壓力機(jī)實(shí)際設(shè)計(jì)制造中，上橫梁的受力情況和材料屬性存在一定的不確定性波動(dòng)，使得其性能具有一定的變異性，若仍然按照確定性問題求解思路進(jìn)行優(yōu)化，不僅最終的結(jié)果不一定最優(yōu)，甚至可能存在較大的偏差，無法滿足實(shí)際精度需求。因此，為了保證設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性，在設(shè)計(jì)過程必須充分考慮這些客觀存在的不確定性，對(duì)高速壓力機(jī)上橫梁進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，才能獲得真正可靠的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

基于概率可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)是處理不確定性的有效途徑之一，在方法和應(yīng)用上都已有較為充分的研究。概率可靠性分析需要大量的樣本數(shù)據(jù)以得到關(guān)于不確定量的精確概率分布信息，然而工程中往往只能得到非常有限的樣本數(shù)據(jù)，并且，概率可靠性對(duì)隨機(jī)參數(shù)的分布信息可能是敏感的，即概率模型參數(shù)的小誤差可引起結(jié)構(gòu)可靠性計(jì)算的較大誤差。在實(shí)際決策中，不確定量的概率分布雖不易準(zhǔn)確得到，但其變差的界限則易于確定，因此，可以利用區(qū)間數(shù)學(xué)理論對(duì)不確定量的邊界進(jìn)行描述，在不確定量的整個(gè)范圍內(nèi)確定結(jié)構(gòu)的可靠性，這實(shí)際上得到了更為可靠的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。在基于區(qū)間的非概率可靠性設(shè)計(jì)中，一個(gè)變量取值為區(qū)間數(shù)反映了該變量取值的不確定性，因而區(qū)間數(shù)的大小比較應(yīng)該能夠反映出變量取值的不確定性，一般情況下不應(yīng)該將區(qū)間數(shù)的大小關(guān)系絕對(duì)化，而應(yīng)該給出一個(gè)區(qū)間數(shù)大于、等于或小于另一個(gè)區(qū)間數(shù)的程度。故在區(qū)間描述不確定變量的上橫梁可靠性設(shè)計(jì)模型求解中，需要用一種更為通用、客觀、全面的區(qū)間數(shù)比較方法來計(jì)算約束的可靠性指標(biāo)值。

發(fā)明內(nèi)容

為解決實(shí)際工程中高速壓力機(jī)上橫梁高剛度輕量化設(shè)計(jì)中存在的多重不確定性問題，本發(fā)明的目的在于提供了一種高速壓力機(jī)上橫梁可靠性設(shè)計(jì)方法，根據(jù)實(shí)際上橫梁設(shè)計(jì)中的可靠性要求選擇設(shè)計(jì)變量，建立以區(qū)間描述不確定性因素的高速壓力機(jī)上橫梁可靠性設(shè)計(jì)模型，基于均布區(qū)間優(yōu)勢(shì)度計(jì)算可靠性設(shè)計(jì)模型中的可靠性約束值，采用雙層嵌套的遺傳算法和高精度的Kriging代理模型相結(jié)合直接尋找可靠性設(shè)計(jì)模型最優(yōu)解。該方法能在存在多重不確定性的情況下獲得高可靠性和高精度的壓力機(jī)上橫梁設(shè)計(jì)方案。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種高速壓力機(jī)上橫梁可靠性設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

(1)建立以區(qū)間描述不確定性因素的高速壓力機(jī)上橫梁可靠性設(shè)計(jì)模型：根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需求，確定高速壓力機(jī)上橫梁可靠性設(shè)計(jì)中的優(yōu)化目標(biāo)和約束條件、設(shè)計(jì)變量及其取值范圍、設(shè)計(jì)中需考慮的不確定性因素及其波動(dòng)區(qū)間，建立如下基于區(qū)間變量的上橫梁可靠性設(shè)計(jì)模型：

x＝(x₁,x₂,…,x_n)∈Rⁿ；

U＝(U₁,U₂,…,U_q)∈I^q；

其中，x為n維設(shè)計(jì)向量，U為q維區(qū)間向量，f(x,U)為上橫梁可靠性設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)，g_i(x,U)為第i個(gè)需考慮可靠性的力學(xué)性能指標(biāo)，B_i、R_gi和R_si分別為其對(duì)應(yīng)的允許變化區(qū)間、實(shí)際可靠性和給定的可靠性約束值，分別為B_i的下界和上界；h_j(x,U)為第j個(gè)無需考慮可靠性的力學(xué)性能指標(biāo)，C_j為其對(duì)應(yīng)的允許變化區(qū)間，分別為C_j的下界和上界；

(2)采用拉丁超立方采樣法(Latin Hypercube Sampling,LHS)在輸入變量空間內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，獲取擬合樣本點(diǎn)；

在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，根據(jù)設(shè)計(jì)向量x和區(qū)間向量U的波動(dòng)范圍，在由x和U組成的輸入變量空間內(nèi)采用LHS進(jìn)行抽樣，S個(gè)輸入變量、N次試驗(yàn)運(yùn)行的拉丁超立方實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表示為取值范圍為[0，1]的N×S階矩陣，獲得具有空間均布性和投影均勻性的樣本點(diǎn)群，再將其反歸一化到x和U組成的輸入變量空間中，完成對(duì)設(shè)計(jì)向量x和區(qū)間向量U的初始采樣；