汽車覆蓋件成形工藝的穩(wěn)健優(yōu)化與容差分析.pdf

1、在實(shí)際生產(chǎn)中，板料性能和工藝參數(shù)的波動(dòng)是汽車覆蓋件廢品率居高不下的關(guān)鍵因素。近年來，基于數(shù)值模擬的穩(wěn)健優(yōu)化與容差分析逐漸得到重視，然而穩(wěn)健優(yōu)化過程中隨機(jī)模擬與反復(fù)迭代優(yōu)化相結(jié)合的傳統(tǒng)方法需要大量的數(shù)值模擬，還難以應(yīng)用。雖然許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者已提出一些響應(yīng)面模型與非隨機(jī)模擬方法以降低模擬次數(shù)，但是當(dāng)設(shè)計(jì)變量和參數(shù)個(gè)數(shù)增多時(shí)模擬次數(shù)激增，導(dǎo)致穩(wěn)健優(yōu)化與容差分析仍然局限于分析和優(yōu)化簡(jiǎn)單零件。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：50475020)和科

2、技部863項(xiàng)目(編號(hào)：2007AA042130)的資助下，研究和建立了高效的穩(wěn)健優(yōu)化與容差分析模型，并成功應(yīng)用于復(fù)雜汽車覆蓋件成形工藝的優(yōu)化。主要研究?jī)?nèi)容如下： (1)基于單項(xiàng)式容積法和混沌多項(xiàng)式展開，構(gòu)造了簡(jiǎn)約配點(diǎn)響應(yīng)面模型。采用加權(quán)余量法建立響應(yīng)面模型殘差與基函數(shù)正交的積分形式，并給出與積分形式等價(jià)的配點(diǎn)法。針對(duì)高斯積分點(diǎn)個(gè)數(shù)隨變量維數(shù)增加而呈冪次遞增的特性，采用單項(xiàng)式容積法代替高斯積分法，減少并合理配置了配點(diǎn)個(gè)數(shù)，提高了響

3、應(yīng)曲面模型的建模效率。研究結(jié)果表明，當(dāng)變量維數(shù)增加時(shí)同等階次的單項(xiàng)式容積法積分點(diǎn)個(gè)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于高斯積分點(diǎn)個(gè)數(shù)，而且計(jì)算精度滿足工程要求。該方法是本文的核心理論，在此基礎(chǔ)上針對(duì)汽車覆蓋件成形工藝的特點(diǎn)建立了穩(wěn)健優(yōu)化與容差分析模型。 (2)穩(wěn)健優(yōu)化的關(guān)鍵是利用設(shè)計(jì)變量與設(shè)計(jì)參數(shù)的相互作用以及設(shè)計(jì)變量與響應(yīng)量之間的非線性效應(yīng)。為了應(yīng)用簡(jiǎn)約配點(diǎn)響應(yīng)面模型求解穩(wěn)健優(yōu)化問題，提出在簡(jiǎn)約配點(diǎn)響應(yīng)面模型中同時(shí)包含設(shè)計(jì)變量和設(shè)計(jì)參數(shù)以及它們之間的交

4、叉項(xiàng)。研究結(jié)果表明，該方法可以避免雙響應(yīng)面法只考慮設(shè)計(jì)變量與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的一階交互作用以及假設(shè)響應(yīng)量為正態(tài)分布的局限。此外，該方法還允許設(shè)計(jì)變量圍繞均值波動(dòng)，具有更廣的應(yīng)用范圍。 (3)當(dāng)輸入?yún)?shù)波動(dòng)比較大時(shí)，復(fù)雜汽車覆蓋件成形的數(shù)值模擬可能產(chǎn)生數(shù)值不穩(wěn)定，容易導(dǎo)致異常響應(yīng)，所以在建立穩(wěn)健優(yōu)化和容差分析模型時(shí)需要考慮異常點(diǎn)的影響。為了降低和消除樣本點(diǎn)的異常響應(yīng)對(duì)響應(yīng)面模型精度的影響，提出了一種構(gòu)造簡(jiǎn)約配點(diǎn)響應(yīng)面模型的穩(wěn)健回歸方法

5、，從而允許在響應(yīng)量中存在異常響應(yīng)。將該方法應(yīng)用于汽車行李箱外板成形工藝的容差分析，成功預(yù)測(cè)了沖壓件拉裂的概率。 (4)針對(duì)設(shè)計(jì)變量與響應(yīng)量呈強(qiáng)非線性關(guān)系的問題，建立了逐步縮小設(shè)計(jì)變量取值范圍的優(yōu)化搜索方法，提高了混沌多項(xiàng)式的擬合精度和簡(jiǎn)約配點(diǎn)響應(yīng)面模型的自適應(yīng)性。研究結(jié)果表明，該方法允許設(shè)計(jì)變量在大區(qū)間內(nèi)尋求工藝參數(shù)的最優(yōu)值。將該方法應(yīng)用于汽車行李箱外板成形工藝的穩(wěn)健優(yōu)化，驗(yàn)證了其求解強(qiáng)非線性穩(wěn)健優(yōu)化問題的可行性。 (5