基于区间的高速冲压装备关键部件可靠性稳健设计研究

摘要

高速冲压装备在其结构设计、制造、装配及运行过程中广泛存在着各种来源的不确定性因素，这使得传统的确定性设计方法无法满足现代工业对高速冲压装备的高稳健性和高可靠性需求。高速冲压装备设计、制造、装配及运行中不确定因素的概率分布难以获取，但其变化范围却较易确定，因此，可采用区间数描述这些不确定性因素，开展基于区间的高速冲压装备关键部件可靠性稳健设计方法和应用的研究，对于提升高速冲压装备性能及其可靠性和稳健性具有重要意义。本论文的主要内容如下:
　　第一章介绍了高速冲压装备的发展情况，综述了目前稳健性设计、可靠性设计以及近似模型技术的研究现状和不足之处，提出了本论文的研究意义与研究内容。
　　第二章介绍了区间数学理论及其在稳健性指标与可靠性指标中的应用，给出了近似代理模型构建的基本步骤，对优化设计中常用的近似代理模型进行了对比分析，并在此基础上，提出了基于对象反向更新的多项式响应面模型。
　　第三章提出了基于区间序位向量的高速冲压装备关键部件稳健设计方法。建立了高速冲压装备关键部件力学性能稳健设计模型，将基于区间序位向量的排序方法、嵌套遗传算法和近似模型技术相结合实现了稳健设计模型的直接求解，避免了区间模型向确定性模型转化过程中不确定信息的丢失和加权法求解多目标优化问题时权因子选择的主观随意性。最后，以300L4型高速压力机滑块机构的稳健设计为例验证了该方法的有效性。
　　第四章提出了基于区间相对优势度的高速冲压装备关键部件可靠性设计方法。建立了高速冲压装备关键部件力学性能可靠性设计模型，根据均布区间优势度规则计算区间可靠度指标，采用嵌套的遗传算法进行可靠性设计模型的求解，并以高速压力机上横梁可靠性设计为例验证了该方法的有效性。
　　第五章提出了基于区间动态特性的高速冲压装备关键部件可靠性稳健设计方法。根据关键部件初始方案的动态特性分析结果，将所关注的前几阶固有频率的可靠性作为约束，建立了高速冲压装备关键部件动态特性的可靠性稳健设计模型，结合均布区间优势度、区间序位向量和约束违反度实现了关键部件可靠性稳健设计模型的迭代求解，并以高速压力机底座为例验证了方法的有效性。
　　第六章总结了本论文的研究工作，并展望了今后的研究方向。

目录

声明

致谢

摘要

1．绪论

1．1 引言

1．2 稳健性设计研究现状

1．3 可靠性设计研究现状

1．4 近似模型技术研究现状

1．5 研究意义与研究内容

1．6 本章小结

2．高速冲压装备关键部件可靠性稳健设计基础

2．1 区间数学理论

2．2 高速冲压装备区间稳健可靠性指标

2．2．1 高速冲压装备区间稳健性指标

2．2．2 高速冲压装备区间可靠度指标

2．3 高速冲压装备性能指标的近似代理模型及其构建方法

2．3．1 近似代理模型构建步骤

2．3．2 常见的近似代理模型

2．3．3 基于对象反向更新的多项式响应面模型

2．3．4 优化过程中代理模型的选择方法

2．4 本章小结

3．基于区间序位向量的高速冲压装备关键部件稳健设计

3．1 引言

3．2 高速冲压装备关键部件的区间稳健设计模型

3．3 区间约束违反度的概念和计算方法

3．4 基于区间序位向量的设计方案优劣比较

3．5 基于MOGA的稳健设计模型直接求解

3．6 应用实例

3．6．1 高速压力机滑块机构的区间稳健设计建模

3．6．2 预测滑块力学性能的多项式响应面模型构建

3．6．3 滑块机构力学性能稳健设计结果分析与讨论

3．7 本章小结

4．基于均布区间优势度的高速冲压装备关键部件可靠性设计

4．1 引言

4．2 高速冲压装备关键部件的区间可靠性设计模型

4．3 基于区间相对优势度的可靠度计算

4．4 基于嵌套GA的区间可靠性设计模型直接求解

4．5 应用实例

4．5．1 高速压力机上横梁的区间可靠性设计模型

4．5．2 预测上横梁力学性能指标的Kriging模型构建

4．5．3 高速压力机上横梁可靠性设计结果分析

4．6 本章小结

5．基于区间动态特性的高速冲压装备关键部件可靠性稳健设计

5．1 引言

5．2 高速冲压装备关键部件动态特性分析方法

5．3 高速冲压装备关键部件动态特性的可靠性稳健设计模型

5．4 基于MOGA的可靠性稳健设计模型直接求解

5．5 应用实例

5．5．1 高速压力机底座初始方案的动态特性分析

5．5．2 底座动态特性的区间可靠性稳健设计模型

5．5．3 预测底座力学性能指标的RBF近似模型构建

5．5．4 底座区间可靠性稳健设计模型求解与结果分析

5．6 本章小结

6．总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间参与的科研项目