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混合动力装载机复合储能系统6σ稳健设计

重庆理工大学学报（自然科学） 2024年第5期38卷 187-194页

作者：刘振博林慕义白宇成恺北京信息科技大学机电工程学院北京100192 北京电动车辆协同创新中心北京100192

复合储能式混合动力装载机可以降低车辆燃油消耗,实现能量高效回收,但由于系统组成较为复杂、装载机工作环境恶劣且存在较多不确定性因素,使得整车运行的经济性无法达到最佳状态。为此,采用6σ稳健优化设计理论,对影响复合储能系统性能... 详细信息

复合储能式混合动力装载机可以降低车辆燃油消耗,实现能量高效回收,但由于系统组成较为复杂、装载机工作环境恶劣且存在较多不确定性因素,使得整车运行的经济性无法达到最佳状态。为此,采用6σ稳健优化设计理论,对影响复合储能系统性能的参数进行优化设计,得到可靠性较高的优化参数;在4种常见工况下通过装载机的整车后向仿真模型对6σ算法的优化结果进行验证,发现整车燃油消耗量明显下降,4种工况的平均节油率分别为11.14%、10.30%、10.40%、11.38%;利用dSPACE硬件在环的试验方式验证了仿真结果与试验结果基本一致,误差在0.5 g内,证明6σ优化效果切实有效。

关键词： 6σ理论稳健设计动态工况复合储能

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一种扭摆式双稳态机构的稳健设计研究

一种扭摆式双稳态机构的稳健设计研究

作者：岳诗迪北方工业大学

学位级别：硕士

柔顺双稳态机构由于具有较好的定位精度、无摩擦、无间隙、可无源控制以及能够通过应变能的形式将能量存储在内部等优点,因此被研究人员广泛关注,并与多种MEMS器件联合工作,已成为MEMS领域中的研究热点。为此本文以一种扭摆式双稳态机... 详细信息

柔顺双稳态机构由于具有较好的定位精度、无摩擦、无间隙、可无源控制以及能够通过应变能的形式将能量存储在内部等优点,因此被研究人员广泛关注,并与多种MEMS器件联合工作,已成为MEMS领域中的研究热点。为此本文以一种扭摆式双稳态机构作为研究对象,该机构结合了机械锁定与磁致锁定两种驱动方式的优点,并且在与微电热驱动器联合作用时,能够提升其响应速度并有效降低驱动器的功耗,具有很好的应用前景。但双稳态机构在加工生产时会受到如加工环境、工艺误差以及设备误差等一些不确定性因素的影响,而且本文中的双稳态机构属于MEMS器件中的一种,在受到不确定因素的干扰下,其质量特性会产生一定幅度的波动,因此本文将稳健设计理论与方法应用于扭摆式双稳态机构的设计中,在保证其质量性能,即令扭摆式双稳态机构具有一定的等效刚度的同时提高其稳定性。首先,本文在对扭摆式双稳态机构的结构组成与工作原理进行分析的基础上,通过对双稳态机构的力学性能推导分析与MATLAB参数化编程处理,得到此双稳态机构整体的等效刚度表达式即优化设计的目标函数、设计变量以及约束条件,进而对此双稳态机构进行优化设计,并为后续的稳健设计研究奠定研究基础。其次,在优化设计的基础上,依据稳健设计理论将对此机构产生影响的可控因素以及不可控因素考虑在内,同时赋予设计变量合理的容差,对此机构进行基于随机模型法和基于容差模型法的稳健设计研究,并通过编写两种稳健设计方法的对应算法程序,分别对每种设计方法下的数学模型进行求解,将求解出的结果与原方案进行对比分析,从而进一步证明稳健设计方法的实用性。最后,应用ABAQUS仿真软件对稳健与优化设计方案下的扭摆式双稳态机构模型进行仿真分析,以及对每种设计方案下的双稳态机构模型进行施加不同作用力情况下的仿真分析并将最终得到的仿真结果与理论设计结果进行比较分析,结果表明将稳健设计理论方法应用在扭摆式双稳态机构的设计当中是可行且有效的,不仅提高了机构整体的等效刚度,并且保证了机构的稳健性,继而降低了生产成本,对推动MEMS器件的设计研究具有重要意义。

关键词：扭摆式双稳态机构稳健设计随机模型容差模型优化设计

使用Monte Carlo模拟的铝合金冲压工艺稳健设计

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塑性工程学报 2023年第8期30卷 42-48页

作者：符文雯校文超路伟中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083

以7075铝合金盒形件冲压成形为例,结合Monte Carlo模拟分析了冲压工艺参数(坯料温度、冲压速度、摩擦因数和压边力)的变化对盒形件减薄率和增厚率的影响,并采用Python代码进行了自动模拟。首先,设计盒型件三维尺寸并在Pam-Stamp建立了... 详细信息

以7075铝合金盒形件冲压成形为例,结合Monte Carlo模拟分析了冲压工艺参数(坯料温度、冲压速度、摩擦因数和压边力)的变化对盒形件减薄率和增厚率的影响,并采用Python代码进行了自动模拟。首先,设计盒型件三维尺寸并在Pam-Stamp建立了该铝合金盒形件的有限元模型;其次,在设置好的4个工艺参数范围内随机生成100组参数并在FEM中进行自动模拟,从100次模拟结果中获得了最佳工艺参数的Pareto前沿;最后,对工艺参数变化范围中的参数进行了1000次自动模拟,并通过Monte Carlo模拟进行了结果分析。从结论可知,对工艺参数的随机变化性进行分析可以更好地预测参数偏离程度,并通过重新调整工艺参数保证产品质量,同时该方法提高了铝合金冲压工艺过程中的稳健性。

关键词：稳健设计蒙特卡罗模拟自动模拟铝合金冲压工艺

基于稳健设计的双向长短期记忆神经网络模型的调优方法

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应用概率统计 2022年第3期38卷 317-332页

作者：曹学飞李济洪王瑞波牛倩王钰山西大学软件学院太原030006 山西大学现代教育技术学院太原030006

双向长短期记忆神经网络模型在自然语言处理中广泛使用,但其调优问题是使用中的难点.本文以自然语言处理中的语义角色识别任务为例,在双向长短期记忆神经网络模型的调优中,将4个候选特征(词、词性、目标词和位置)和2个超参数(网络的层... 详细信息

双向长短期记忆神经网络模型在自然语言处理中广泛使用,但其调优问题是使用中的难点.本文以自然语言处理中的语义角色识别任务为例,在双向长短期记忆神经网络模型的调优中,将4个候选特征(词、词性、目标词和位置)和2个超参数(网络的层数和是否在顶层添加CRF分类器)看作稳健设计中的因子,设置各因子的水平,进行实验来选择特征和超参数的最优配置组合.本文在小数据集(6692条带有语义角色标注信息的例句)上以3×2交叉验证来做完全实验,以稳健设计的望大特性信噪比为优化目标,选出了模型的最优配置组合,并采用因子的方差分析,定量分析了各因子对模型性能的影响,使得模型有一定的可解释性.为了验证本文选出的最优配置组合的优良性,采用传统方法,在大数据集(约4万条例句)上以自然语言处理中常用的标准切分8:1:1,基于传统的贪心策略调优方法选出最优配置组合,并与本文方法在测试集进行比较,验证了本文的调优方法优于传统的调优方法.

关键词：稳健设计语义角色识别长短期记忆神经网络 3×2交叉验证

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弧齿锥齿轮动态稳健设计方法研究

弧齿锥齿轮动态稳健设计方法研究

作者：狄琳杰陕西科技大学

学位级别：硕士

随着先进制造业的高速发展,弧齿锥齿轮的应用越来越广泛,各行业在追求数量的同时对于弧齿锥齿轮的质量也有了较高要求,希望弧齿锥齿轮在运行过程中传动平稳,噪声小且使用寿命长。但是弧齿锥齿轮在加工过程中会存在加工误差,安装过程中... 详细信息

随着先进制造业的高速发展,弧齿锥齿轮的应用越来越广泛,各行业在追求数量的同时对于弧齿锥齿轮的质量也有了较高要求,希望弧齿锥齿轮在运行过程中传动平稳,噪声小且使用寿命长。但是弧齿锥齿轮在加工过程中会存在加工误差,安装过程中会出现安装误差,运行过程中会由于支撑元件的弹性变形而产生误差,这些误差激励都会影响弧齿锥齿轮的啮合轨迹,使其接触迹线偏离预期的位置,最终导致弧齿锥齿轮在运行过程中产生噪音,引起较大的振动,严重降低弧齿锥齿轮的使用寿命。基于此,本文研究了弧齿锥齿轮在实际啮合过程中的动态承载接触分析,为了简化计算过程,将所有的误差等效到安装误差上,考虑安装误差对弧齿锥齿轮的动态承载进行了接触分析,并基于深度学习法进行了弧齿锥齿轮动态稳健设计,目的是为了设计出对安装误差灵敏性低的齿面,为我国航空弧齿锥齿轮的精准设计和减震降噪研究提供借鉴和参考。本文的主要工作内容如下所示:(1)建立弧齿锥齿轮齿面方程并进行计及安装误差的轮齿接触分析。首先,基于局部综合法,建立了弧齿锥齿轮大轮与小轮之间的加工坐标系,通过各个子坐标系之间的相互转化,完成了大轮与小轮的切削加工过程;而后借助计算机辅助设备,在MATLAB中运行程序,得到了传动误差曲线与接触印痕图形;最后考虑到两齿轮啮合过程中支撑元件引起的变形以及存在的误差激励,在接触分析过程中引入了安装误差,并对其进行定义,分析了计及安装误差的弧齿锥齿轮轮齿接触分析。(2)弧齿锥齿轮动态承载接触分析研究。首先,建立了弧齿锥齿轮动力学模型,提出了一种新的计算方法,来求解时变啮合刚度;其次,将求解得到的结果与已知的一些参数代入编写的动力学程序中,运行MATLAB,得到弧齿锥齿轮相互啮合的法向动态力;最后,将法向动态力带入到轮齿接触分析中,获得了动态承载接触分析结果。(3)量化传动误差曲线并建立灵敏度矩阵。首先,为了建立灵敏度矩阵以反映弧齿锥齿轮啮合时对四种安装误差影响因素的灵敏性,对传动误差曲线进行了量化处理;其次,将传动误差曲线所表达的对称性、陡峭度以及边缘化以数学公式的形式来展现,从而建立了 3×4的灵敏度矩阵;最后,分析了传动误差曲线对单一切齿参数变化时的灵敏性影响。(4)采用深度学习算法优化切齿参数。本文运用深度学习算法来优化切齿参数,以期设计出对安装误差低灵敏性的齿面。首先,本文以切齿参数为设计变量,以灵敏性为目标函数;其次,通过优化之后与优化之前的结果对比,发现优化之后的切齿参数加工出来的齿面,进行动态承载接触分析之后,得到的齿面对安装误差的灵敏性相较于未优化之前的敏感有所下降;最后,通过调整大轮切齿参数获得较为合理的接触齿面,从而为我国弧齿锥齿轮的精准设计以及提高使用寿命提供借鉴和参考。本文研究了弧齿锥齿轮动态承载接触设计的方法,分析了安装误差对弧齿锥齿轮接触区域啮合性能的灵敏性影响,基于深度学习算法优化弧齿锥齿轮的切齿参数,从而设计出对安装误差低灵敏性的齿面,为实际加工应用提供理论技术支撑。

关键词：弧齿锥齿轮副安装误差动态承载接触分析稳健设计灵敏度矩阵

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稳健设计理论在公差分析中的应用

北京理工大学学报 2003年第5期23卷 557-560页

作者：周恺蔡颖张振家李湘媛北京理工大学机械与车辆工程学院北京100081 北京动力机械研究所北京100074

为了分析尺寸链中组成环公差对封闭环公差的影响程度,在公差分析过程中引入稳健设计理论,提出尺寸合格率灵敏度和产品合格率灵敏度概念.采用灵敏度公差分析方法开发出相应的计算软件,定量分析了组成环公差对封闭环公差的影响程度.通过... 详细信息

为了分析尺寸链中组成环公差对封闭环公差的影响程度,在公差分析过程中引入稳健设计理论,提出尺寸合格率灵敏度和产品合格率灵敏度概念.采用灵敏度公差分析方法开发出相应的计算软件,定量分析了组成环公差对封闭环公差的影响程度.通过计算得知,尺寸合格率灵敏度较小的组成环公差对封闭环公差的影响较小,产品合格率灵敏度较小的尺寸链稳健性较好.

关键词：稳健设计公差分析 β分布灵敏度

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稳健设计中的稳健可行性分析

清华大学学报（自然科学版） 2007年第z2期47卷 1721-1724页

作者：许焕卫黄洪钟何俐萍大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116023 电子科技大学机械电子工程学院成都610054

针对稳健设计中的约束可行稳健性问题,提出了一种新的稳健优化设计方法。通过分析不确定因素对约束的影响,提出了利用最大波动分析计算在不确定性因素影响下约束的最大波动量,将该变化量作为惩罚项添加到原约束中,构造了两级优化数学模... 详细信息

针对稳健设计中的约束可行稳健性问题,提出了一种新的稳健优化设计方法。通过分析不确定因素对约束的影响,提出了利用最大波动分析计算在不确定性因素影响下约束的最大波动量,将该变化量作为惩罚项添加到原约束中,构造了两级优化数学模型。顶级优化是在原有常规优化的数学模型基础上添加了稳健可行性的判断指标,次级优化用来判断稳健性指标的值。与其他方法比较,该方法不需要知道不确定因素的概率分布和约束的梯度信息。实例结果证明该方法是可行的。

关键词：约束稳健可行性不确定性因素最大波动分析稳健设计

考虑非晶合金应力敏感特性的高速永磁电机稳健设计

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考虑非晶合金应力敏感特性的高速永磁电机稳健设计

作者：邬烔华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

高速永磁电机相较于普通电机具有功率密度高、运行效率高、动态响应快等优点,广泛应用于航空航天、飞轮储能、高速空压机、高速数控机床等领域。但是随着电机转速与频率的不断升高,硅钢材料的铁心损耗也会急剧增加,导致电机运行效率下... 详细信息

高速永磁电机相较于普通电机具有功率密度高、运行效率高、动态响应快等优点,广泛应用于航空航天、飞轮储能、高速空压机、高速数控机床等领域。但是随着电机转速与频率的不断升高,硅钢材料的铁心损耗也会急剧增加,导致电机运行效率下降。非晶合金作为一种新型的软磁材料,具有高磁导率、低损耗等特点,非常适用于高速电机。但非晶合金较为轻薄、脆,对机械应力非常敏感。因此,本文对非晶合金高速永磁电机进行优化设计,以减低谐波对铁心损耗的影响,计算其运行损耗与效率,同时借助稳健设计方法对定子结构参数进行优化,减小定子齿根部应力脉动及轭部应力均值,降低非晶合金定子铁心的运行应力对高速电机性能的影响,并针对永磁转子进行转子动力学性能分析,对高速永磁电机在实际工程中的安全运行具有重要意义。本文通过对比平行充磁、传统三段式Halbach、Halbach+组合磁极、组合磁极平行充磁4种方案的充磁效果,选取了性能最好的Halbach+组合磁极结构作为转子永磁结构。然后将多目标遗传算法与田口法相结合,对永磁转子结构参数进行优化,减小气隙磁密谐波含量以降低反电动势中的谐波以及对铁耗的影响。根据非晶厂家实测数据,拟合得到三项式铁损模型系数,然后依次计算了非晶合金高速电机的定子铁损、绕组铜损、转子涡流损耗、机械损耗,得到运行效率。具体计算了一台35kW、48000r/min高频硅钢电机的损耗与效率,并与非晶合金电机数据进行对比。建立了非晶合金定子铁心应力分析模型,比较了电机空载运行与负载运行时,电机定子上的应力与应变变化。并在负载运行的条件上,借助稳健设计方法对定位孔半径、槽底倒角、槽口宽度3个定子结构参数进行了稳健设计,以减小非晶合金定子铁心的应力对高速电机性能的影响,提升运行稳定性。建立了转子动力学分析模型,对初始转子设计方案进行校验。通过改变轴承支撑刚度,得到了轴承支撑刚度与临界转速之间的变化关系,并根据空气轴承的支承刚度大小,初步判断使用空气轴承作为转子支撑的方案可行性。本文的研究内容对于非晶合金高速永磁电机的优化设计与定子应力分析具有重要意义。

关键词：高速电机非晶合金优化设计稳健设计转子动力学

基于高阶响应面法的涡轮发动机动力学稳健设计研究

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基于高阶响应面法的涡轮发动机动力学稳健设计研究

作者：宋卓城南京航空航天大学

学位级别：硕士

涡轮发动机整机结构优化设计是研制工作中的重点环节。良好的结构设计可以提升发动机性能、延长发动机寿命和保障发动机性能稳健性。在实际使用中,涡轮发动机可能面临大过载,大机动或外物打伤等临界状态。为保证涡轮发动机动力学性能的... 详细信息

涡轮发动机整机结构优化设计是研制工作中的重点环节。良好的结构设计可以提升发动机性能、延长发动机寿命和保障发动机性能稳健性。在实际使用中,涡轮发动机可能面临大过载,大机动或外物打伤等临界状态。为保证涡轮发动机动力学性能的稳定,采用涡轮发动机整机结构效率系数作为设计水平的评价指标,采用影响涡轮发动机力学性能的7个结构参数作为设计变量,对整机动力学性能做稳健设计优化。由于涡轮发动机真机模型结构复杂且测试困难,传统直接实验方法难以进行分析,本文建立涡轮发动机的参数化有限元模型,用仿真方法研究结构参数对整机结构效率系数的影响。基于前人在复杂工程问题中研究的代理模型法,拟合得到相应的高阶响应面代理模型。并研究基于子集模拟法的稳健设计优化方法,将代理模型应用于稳健优化过程中。本文主要研究内容如下:(1)参数化有限元模型的建模研究。涡轮发动机的有限元模型应完整体现涡轮发动机的结构参数与力学性能的关系,且能尽量避免复杂的计算过程。本文研究涡轮发动机的简化方法,应用于有限元模型的建模过程中,并校核验证模型的可行性。(2)高阶响应面代理模型对涡轮发动机动力学响应逼近研究。涡轮发动机的有限元模型计算速度仍不能满足优化算法中大量迭代计算的需求,用代理模型方法提升计算效率就是研究的重点。本文将高阶响应面法应用于力学性能响应的逼近,分别搜索每个变量的最高阶数,研究不同随机变量的重要性,构建重要随机变量的交叉项。最大限度降低有限元模型计算工作量,同时满足代理模型的拟合精度。(3)基于子集模拟的稳健设计优化理论研究。在稳健设计优化过程中,本文选用子集模拟方法作为优化的基础途径,提出稳健设计优化的四标准排序方法,将优化点的6σ稳健性和方差加入排序。应用于涡轮发动机结构效率的稳健设计优化过程中,优化后的发动机动力学性能有显著提升,稳健性得到显著改善。

关键词：涡轮发动机有限元方法参数化建模高阶响应面子集模拟稳健设计