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基于神经网络的机械零件可靠性稳健设计

基于神经网络的机械零件可靠性稳健设计

作者：高娓东北大学

学位级别：硕士

结构的安全与可靠是机械结构设计的主要目的之一。在结构设计过程中,不确定性因素是固有的,如果不考虑其材料、外载荷及几何尺寸等参数的随机性,仅将它们看作是确定性变量进行优化设计,结构的安全性能将得不到充分的保障,产品的质量就... 详细信息

结构的安全与可靠是机械结构设计的主要目的之一。在结构设计过程中,不确定性因素是固有的,如果不考虑其材料、外载荷及几何尺寸等参数的随机性,仅将它们看作是确定性变量进行优化设计,结构的安全性能将得不到充分的保障,产品的质量就会受到影响。而将可靠性设计方法和优化设计技术有机地结合在一起,可以帮助设计人员建立合理的机械结构的安全容限并控制随机参数对机械结构安全的影响,使所预测的机械结构的工作性能与实际工作性能更加符合,得到既有足够的安全可靠性,又具有一定经济性的优化结构。因此进行可靠性优化设计方法的研究具有十分重要的意义。本文在总结国内外结构可靠性研究现状的基础上,将神经网络技术应用于机械零件可靠性稳健设计领域。BP神经网络是目前研究和应用最为广泛的一种网络模型,并且在不同的研究领域取得了大量成果,本文充分利用其函数逼近功能、非线性映射功能、鲁棒性和容错能力,较好地解决了可靠性研究中的一些难点问题,为结构可靠性分析和可靠性稳健优化设计的求解提供了一种新途径。本文的主要研究内容为：针对在工程实际应用中很难给出极限状态函数的具体显性表达式,以及随机有限元法和响应面法的缺陷问题,本文将有限元数值分析、神经网络技术、可靠性优化设计理论、可靠性灵敏度技术和稳健设计方法有机结合,提出了机械零件可靠性稳健设计的神经网络方法。本文采用均匀试验设计法来确定有限元分析的样本和试验方案,通过有限次有限元数值分析计算获得的最大应力的准确数值解,将他们作为神经网络模型的样本数据,利用神经网络模型模拟获得最大应力之间的关系,将神经网络模拟确定的最大应力与可靠性理论相结合,并以训练好的神经网络模型来替代有限元程序进行分析计算,最后将可靠性优化理论、可靠性灵敏度技术和稳健设计方法相结合,进行基于神经网络的可靠性稳健优化设计,这将提高计算效率和节省试验成本。本文提出的基于神经网络的可靠性稳健设计方法,利用神经网络的非线性映射能力和泛化能力,可以任意精确地逼近结构参数与结构响应之间的函数关系。因此,通过在实际结构可靠性分析中的应用,可以有效解决复杂结构可靠性分析中没有给出功能函数显式表达的问题,简化了计算过程,同时可以获得较高的计算精度,具有很好的工程实用价值。

关键词：有限元数值分析神经网络可靠性优化设计可靠性灵敏度可靠性稳健设计极限状态函数

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具有应力集中的机械零件可靠性稳健设计

工程力学 2008年第11期25卷 237-240页

作者：张义民高娓宋相强黄贤振东北大学机械工程与自动化学院

针对在工程中很难给出带有应力集中的机械零件的显式功能函数的问题,将有限元方法、神经网络技术和可靠性理论相结合,给出了带应力集中的机械零件的可靠性稳健设计方法,数值模拟得到随机设计变量与机械零部件结构响应之间的函数关系式,... 详细信息

针对在工程中很难给出带有应力集中的机械零件的显式功能函数的问题,将有限元方法、神经网络技术和可靠性理论相结合,给出了带应力集中的机械零件的可靠性稳健设计方法,数值模拟得到随机设计变量与机械零部件结构响应之间的函数关系式,结合随机摄动法和可靠性灵敏度技术,进行结构可靠性稳健设计,从而解决了工程实际中很难给出极限状态函数显式的问题,为结构可靠性稳健优化设计提供了一种新方法。

关键词：有限元法可靠性稳健设计神经网络应力集中极限状态函数

基于SFS-SVR的高速铣削刀具剩余使用寿命预测

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东北大学学报（自然科学版） 2023年第6期44卷 824-831页

作者：黄贤振孙良仕高娓李禹雄东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 中国重汽集团济南卡车股份有限公司山东济南250116

在高速铣削加工中,为了判断更换刀具的最佳时间,迫切地需要对刀具的剩余使用寿命进行准确地预测,但预测中常常会存在历史数据不足的问题.因此,本文提出了一种解决小样本空间的刀具剩余使用寿命预测方法.该方法基于支持向量回归(SVR)方法... 详细信息

在高速铣削加工中,为了判断更换刀具的最佳时间,迫切地需要对刀具的剩余使用寿命进行准确地预测,但预测中常常会存在历史数据不足的问题.因此,本文提出了一种解决小样本空间的刀具剩余使用寿命预测方法.该方法基于支持向量回归(SVR)方法,通过随机分形搜索(SFS)算法优化模型中的关键参数.相比于传统方法,本文所采用的方法可获得更优的模型参数和更快的收敛速度.最后,将所采用的方法与隐马尔可夫模型(HMM)方法进行比较,平均精确度由0.6277提高至0.8199,为刀具的更换提供了可靠的参考.

关键词：高速铣削刀具磨损剩余使用寿命随机分形搜索支持向量回归

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突破结构瓶颈建设工业强省——河北省工业结构调整优化问题研究

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统计与管理 2012年第1期27卷 106-109页

作者：高娓河北省统计局

工业结构调整优化，是当前河北经济工作的重要任务和主线，是提升河北竞争力、建设工业强省的关键。改革开放30多年来，全省工业规模和效益都取得了长足发展，工业结构一定程度上有所改善，特别是近年来，结构调整步伐有所加快。但是工... 详细信息

工业结构调整优化，是当前河北经济工作的重要任务和主线，是提升河北竞争力、建设工业强省的关键。改革开放30多年来，全省工业规模和效益都取得了长足发展，工业结构一定程度上有所改善，特别是近年来，结构调整步伐有所加快。但是工业结构深层次矛盾没有从根本上解决，产业层次低级化、产品结构低端化的格局尚未得到根本改变，结构问题越来越成为制约工业可持续发展的瓶颈。为此，“十二五”期间，应加大结构调整力度．突破结构瓶颈，推进河北由工业大省向强省迈向。

关键词：工业结构调整工业强省河北省优化问题深层次矛盾可持续发展 “十二五” 调整优化

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基于神经网络的机械零部件可靠性稳健设计

应用力学学报 2009年第1期26卷 172-175+219-220页

作者：张义民高娓贺向东宋相强黄贤振东北大学

将可靠性优化设计理论、可靠性灵敏度技术和可靠性稳健设计方法相结合,利用神经网络的非线性映射功能,模拟得到随机设计变量与机械零部件结构响应之间的关系,以训练好的神经网络模型为基础,结合随机摄动技术,进行结构可靠性稳健设计。... 详细信息

将可靠性优化设计理论、可靠性灵敏度技术和可靠性稳健设计方法相结合,利用神经网络的非线性映射功能,模拟得到随机设计变量与机械零部件结构响应之间的关系,以训练好的神经网络模型为基础,结合随机摄动技术,进行结构可靠性稳健设计。从而解决了工程实际中很难给出极限状态函数的显性表达式问题,并有效地克服了目前随机有限元法和响应面法存在的缺陷。

关键词：可靠性优化设计可靠性稳健设计神经网络随机摄动技术

任意分布参数平面连杆机构运动精度可靠性灵敏度设计

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机械科学与技术 2008年第5期27卷 684-687,691页

作者：张义民黄贤振贺向东高娓东北大学机械工程及自动化学院沈阳110004

将可靠性设计理论与灵敏度分析方法相结合,讨论了任意分布参数平面连杆机构运动精度可靠性灵敏度设计问题。首先,结合机构精确度理论和可靠性理论,提出任意分布参数平面机构运动精度可靠性评估方法。然后,引入灵敏度设计理论,推导出任... 详细信息

将可靠性设计理论与灵敏度分析方法相结合,讨论了任意分布参数平面连杆机构运动精度可靠性灵敏度设计问题。首先,结合机构精确度理论和可靠性理论,提出任意分布参数平面机构运动精度可靠性评估方法。然后,引入灵敏度设计理论,推导出任意分布参数平面机构运动精度可靠性灵敏度设计方法。最后,以平面四杆机构为例,详细阐述了设计参数的改变对平面连杆机构运动精度可靠性的影响,为平面连杆机构的运动精度可靠性设计和可靠性维护提供了理论依据。

关键词：连杆机构可靠性灵敏度任意分布参数

促强扶弱成效显现——全省七大主要工业行业发展状况分析

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统计与管理 2010年第6期25卷 59-60页

作者：和大水高娓韩红

近年来,河北省多措并举,加快推进产业结构优化升级,突出在做大做强装备制造业、改造提升传统优势产业等方面不断加大工作力度。特别是在国家出台十大产业振兴规划后,我省立足本省实际,陆续出台了河北钢铁。

关键词：装备制造业主营业务收入行业发展产业结构优化升级加快推进工业增加值规模以上工业工业企业钢铁工业发展滞后

提升工业产业竞争力如何着力——工业产业竞争力对比分析研究及思路建议

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统计与管理 2010年第5期25卷 76-78页

作者：和大水高娓韩红河北省统计局

提升产业竞争力，促进结构优化升级，是当前乃至“十二五”时期河北经济工作的主题。工业产业竞争力是整体产业竞争力的核心，也是建设经济强省的突破口和切入点。本研究报告运用系统科学理论，通过建立工业产业竞争力评价指标体系和综... 详细信息

提升产业竞争力，促进结构优化升级，是当前乃至“十二五”时期河北经济工作的主题。工业产业竞争力是整体产业竞争力的核心，也是建设经济强省的突破口和切入点。本研究报告运用系统科学理论，通过建立工业产业竞争力评价指标体系和综合评价方法，深人剖析河北工业产业竞争力状况、缺失点和矛盾链，从而提出提升竞争力的发展思路、路径选择及措施建议。

关键词：工业产业竞争力对比分析竞争力评价指标体系结构优化升级系统科学理论综合评价方法 “十二五” 经济工作