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机械产品分析性稳健设计通用工具及其应用研究

作　者: 王汉涛
导　师: 陈永亮
学　校: 天津大学
专　业: 机械制造
关键词: 质量工程分析性稳健设计符号运算 Kriging代理模型灰色关联分析铣齿机主轴箱
分类号: TH122
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 99次
引　用: 1次
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内容摘要

为了将分析性稳健设计更好的与工程实践相结合,针对其存在的一些不足,将其进行了完善和拓展。在完善了的稳健设计理论的基础上,开发稳健设计软件,实现稳健设计的自动化,在文中对稳健设计软件的结构和操作做了简单介绍。借用稳健设计软件,对YH53200铣齿机的主轴箱进行了稳健设计,验证理论和软件的同时,为进一步提高主轴箱的稳健性提供了理论基础。本文的具体内容如下:1)阐述了分析性稳健设计、Kriging代理模型的研究现状,简述了课题的提出和研究意义,提出了本课题的研究内容。2)介绍了分析性稳健设计的一般流程,通用模型。将噪声变量融入到分析性稳健设计理论,完善了稳健设计模型,并讨论了各变量间相关度的处理方法。对多目标求解策略和面向分析性稳健设计的Kriging代理模型构建方法进行了介绍。3)基于完善了的稳健设计理论开发了稳健设计软件,文中介绍了稳健设计软件的的结构、流程、数据库结构、关键技术及集成方法能等。对基于符号运算的均值和方差公式推导、多目标Pareto解的自动处理、Kriging代理模型的自动构建等技术做了重点介绍。4)介绍了稳健设计软件的功能特点,按模块划分的顺序介绍了界面操作,并以张健的论文为例分别对软件的方差模型稳健设计、边界模型稳健设计及公差模型稳健设计进行了验证,验证结果表明软件所得结果完全可信并可靠。5)以YH53200铣齿机的主轴箱的稳健设计为例,借用稳健设计软件分别采取解析法和代理模型法进行稳健设计。解析法可以快速定位主轴箱的稳健性,但精度较低,代理模型法设计周期长,但精度较高,符合工程实践的要求。在验证稳健设计理论和软件的同时,两种方法的设计结果均对进一步提高主轴箱的稳健性提供了理论依据。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-17
  1.1 课题研究的背景  9
  1.2 课题研究的现状  9-14
    1.2.1 稳健设计研究现状  9-13
    1.2.2 代理模型及其在稳健设计中的应用研究现状  13-14
  1.3 课题的提出及研究意义  14-15
    1.3.1 课题的提出  14
    1.3.2 课题的研究意义  14-15
  1.4 主要研究内容  15-17
第二章分析性稳健设计方法基本原理  17-35
  2.1 分析性稳健设计总体流程  17-18
  2.2 分析性稳健设计通用模型  18-26
    2.2.1 方差模型  19-22
    2.2.2 边界模型  22-25
    2.2.3 公差模型  25-26
  2.3 多目标稳健优化模型的处理技术  26-29
    2.3.1 加权法  27
    2.3.2 灰色关联度法  27-29
  2.4 面向分析性稳健设计的Kriging 代理模型构建技术  29-33
    2.4.1 Kriging 代理模型构建  30-33
    2.4.2 Kriging 代理模型精度检验  33
  2.5 本章小结  33-35
第三章稳健设计软件系统设计与集成实现  35-56
  3.1 软件结构  35-43
    3.1.1 模块划分  35-37
    3.1.2 软件操作流程  37-41
    3.1.3 数据库结构  41-43
  3.2 软件关键技术实现  43-50
    3.2.1 基于符号运算的稳健设计模型建立  43-46
    3.2.2 多目标Pareto 解的自动处理  46-47
    3.2.3 Kriging 代理模型的自动构建  47-50
  3.3 软件集成  50-55
    3.3.1 数据库接口：JDBC  51-52
    3.3.2 进程调用及数据通讯  52-55
  3.5 本章小结  55-56
第四章稳健设计软件功能简介及测试  56-74
  4.1 软件系统的组成模块和支撑环境  56-58
  4.2 软件界面简介  58-63
    4.2.1 数据编辑区  58-60
    4.2.2 项目管理区  60-61
    4.2.3 稳健处理区  61-62
    4.2.4 工具栏简介  62-63
  4.3 软件测试准确性测试  63-70
    4.3.1 方差模型测试  63-66
    4.3.2 边界模型测试  66-68
    4.3.3 公差模型测试  68-70
  4.4 软件多目标处理测试  70-72
    4.4.1 MOGA 算法参数设置  70
    4.4.2 Pareto 解获取及相关度计算  70-71
    4.4.3 最优解及灵敏度分析  71-72
  4.5 本章小结  72-74
第五章 YH53200 内齿铣主轴箱分析性稳健设计应用实例  74-101
  5.1 YH53200 主轴箱简介  74-79
    5.1.1 YH53200 简介  74
    5.1.2 主轴箱结构简介  74-78
    5.1.3 主轴箱设计要求  78-79
  5.2 解析法稳健设计  79-92
    5.2.1 固有频率和变形公式推导  79-85
    5.2.2 解析公式的精度验证  85-87
    5.2.3 稳健性分析  87-88
    5.2.4 稳健优化模型  88-90
    5.2.5 稳健优化及结果分析  90-92
    5.2.6 优化结果的有限元验证  92
  5.3 代理模型法稳健设计  92-100
    5.3.1 正交试验  92-94
    5.3.2 主轴箱代理模型建立  94-96
    5.3.3 代理模型精度检验  96-98
    5.3.4 稳健优化模型  98
    5.3.5 稳健优化及结果分析  98-99
    5.3.6 优化结果的有限元验证  99-100
  5.4 本章小结  100-101
第六章结论与展望  101-103
  6.1 结论  101
  6.2 展望  101-103
参考文献  103-107
附录Ⅰ：dmodel.beta 表  107-108
附录Ⅱ：dmodel.gama 表  108-109
发表论文和参加科研情况说明  109-110
致谢  110

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