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新型化肥专用管的多目标稳健性设计

发表时间:2020-05-22 10:32:12

       一般性的参数优化设计并未考虑噪声因子对试验结果的影响,为了提高新型化肥专用管结构的稳健性,根据正交试验的方差分析结果,选择对试验结果影响较大的3个因素(A、C、E)作为稳健性设计的可控因素,落石的质量以及碰撞速度为噪声因素进行多目标稳健性设计。

       选取可控因素水平时,水平间隔范围过大可能导致结果不理想。因此,在正交试验所得***参数值上下范围各取一个水平,以确定可控因素水平取值。

       在进行落石碰撞新型逃生管道正交试验分析时,碰撞条件为:速度v=11.7m/s,落石质量m=0.30t。噪声因素的水平范围选择过大也可能导致结果不理想。确定噪声因素水平取值在初始值上下浮动10%。

       结合田口稳健性设计方法,经过多目标稳健性设计后得到新型化肥专用管多响应试验观测值的均值、信噪比以及满意度。

       新型逃生管道***凹陷变形值和质量的总满意度的极差分析结果如表8所示,经过多目标稳健性设计后各可控因素水平的***组合为:A1C2E3,即新型逃生管道的圆管壁厚为6mm,支撑板厚度为4mm,圆管与薄壁外壳之间的间距为100mm。

       同时,通过方差分析可计算出新型逃生管道稳健性设计各可控因素对应的总体满意度响应的贡献率(见图10),从而确定出各因素的主次关系。由图10可知,可控因素C对应的总体满意度的贡献率***,各可控因素按对应的总体满意度的贡献率从大到小排序,依次为C、A和E。对于次要的可控因素,根据正交试验结果确定,最终得到稳健性***的设计方案为:圆管壁厚为6mm、薄壁外壳壁厚为3mm、支撑板厚为4mm、两支撑板之间的夹角为30°和圆管与薄壁外壳之间的间距为100mm。

       为了验证多目标稳健性设计结果的准确性,将它与正交试验的***结果进行对比分析,以落石的质量以及碰撞速度为变量,分别对稳健性优化设计前后的结果进行二因素三水平的正交试验,然后计算相应的响应平均值和响应值的标准差,***对稳健性设计前后的响应均值和响应值的标准差进行对比分析,从而判断多目标稳健性设计结果的准确性。根据因素水平值,选用正交表分别对稳健性设计前后的新型逃生管道进行9组仿真试验。

       由结果可知,经过多目标稳健性设计后,在噪声因素的影响下,新型化肥专用管的***凹陷变形值△6的响应平均值由原来的36.242mm减小到36.016mm,减小了0.6%;响应值标准差a由原来的18.502mm降低到17.658mm,降低了4.6%;信噪比由原来的-31.733增大到-30.065,提高了53%;新型逃生管道的质量由原来的0.906t减小到0.819t,减小了9.6%。上述结果说明,采用基于满意度函数的多目标稳健性设计方法对新型逃生管道进行稳健性设计后,其***凹陷变形值对落石质量以及碰撞速度波动的敏感性降低,说明碰撞安全的稳健性得到了定程度的提高,抗干扰能力增强。同时,稳健性设计后实现了新型逃生管道轻量化的目的。

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