[发明专利]一种复杂装备关键部件结构动态特性的稳健均衡设计方法

说明书

本发明公开了一种复杂装备关键部件结构动态特性的稳健均衡设计方法，该方法包括以下步骤：建立复杂装备关键部件结构动态特性的稳健均衡设计模型；采用拉丁超立方法进行采样，通过协同仿真技术获取样本点，建立预测目标和约束函数中复杂装备关键部件结构各动态特性指标值的Kriging模型；利用基于约束性能近似区间与给定区间常数的区间角度重合系数及整体稳健偏离距离的遗传算法进行迭代寻优，直接求得使复杂装备关键部件结构动态特性稳健均衡的设计方案。本发明建立了由关键部件结构目标和约束性能稳健性系数组成的集合，通过该集合中的最小稳健性系数来定义整体稳健偏离距离，实现了混合不确定条件下复杂装备关键部件结构动态特性的稳健均衡设计。

技术领域

本发明涉及一种复杂装备关键部件结构动态特性的稳健均衡设计方法。

背景技术

复杂装备工作过程中，其关键部件结构的受力往往十分复杂，除强度、刚度必须足够外，还需考虑关键部件结构的抗振性，保证结构的固有频率远离激振频率。以高速压力机为例，在实际冲压过程中，冲压机滑块受到高频冲裁力作用在导柱方向做往复的运动，冲压频率为1.33-4Hz，此外，冲压机滑块的工作频率为50Hz。在高速压力机设计阶段需对滑块的动态特性提出稳健性要求，确保其固有频率能够避开冲压频率、工作频率及其倍频。

另一方面，由于热处理和机械加工误差，复杂装备关键部件结构的材料属性及加工尺寸均存在不确定性，这些不确定性会导致其动态特性指标产生波动。因此，复杂装备关键部件结构动态特性设计中必须充分考虑这些客观存在的不确定性。而这些不确定性因素的数据样本数量不同、分布特征不同，为此，本发明采用概率区间变量来描述这些不确定性，提出了一种基于概率区间混合不确定性的复杂装备关键部件结构动态特性的稳健均衡设计方法，利用基于约束性能近似区间与给定区间常数的区间角度重合系数和整体稳健偏离距离的遗传算法进行迭代寻优，获得了在混合不确定性影响下抗振性能良好，整体性能稳健均衡的复杂装备关键部件结构设计方案。

发明内容

为解决实际工程中复杂装备关键部件结构的抗振设计问题，本发明提供了一种复杂装备关键部件结构动态特性的稳健均衡设计方法，采用概率区间混合变量来描述影响复杂装备关键部件结构动态特性的不确定性因素，建立复杂装备关键部件结构动态特性的稳健均衡设计模型；采用拉丁超立方采样法对设计变量和不确定参数进行采样，通过协同仿真技术获取样本点，建立预测目标和约束函数中复杂装备关键部件结构各动态特性指标值的Kriging模型；利用基于约束性能近似区间与给定区间常数的区间角度重合系数和整体稳健偏离距离的遗传算法进行迭代寻优，直接求得复杂装备关键部件结构动态特性整体稳健均衡的设计方案。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种复杂装备关键部件结构动态特性的稳健均衡设计方法，包括以下步骤：

1)建立复杂装备关键部件结构动态特性的稳健均衡设计模型：将复杂装备关键部件结构的关键尺寸作为设计变量，考虑关键部件尺寸及材料属性的不确定性，将尺寸属性不确定性描述为区间变量，将材料属性不确定性描述为概率变量；分析初始设计方案各阶固有频率中最接近激振频率的固有频率具体阶数，同时考虑这些固有频率在概率区间混合不确定性影响下变化区间中点和宽度的均值及标准差，以使其尽可能远离激振频率且在区间不确定性影响下的波动范围小和在概率不确定性影响下的离散程度小为目标，建立目标函数的表达式；根据复杂装备关键部件结构动态特性设计的其它要求，采用6σ稳健性准则建立约束函数的表达式，进而建立复杂装备关键部件结构动态特性的稳健均衡设计模型：

其中,

s.t.

其中，

x＝(x₁,x₂,…,x_n)；