[发明专利]一种高速压力机底座动态特性的可靠性设计方法

说明书

本发明公开了一种考虑概率和区间不确定性的高速压力机底座动态特性的可靠性设计方法。包括以下步骤：选择在区间变量影响下可靠度的最小值作为可靠性指标，建立高速压力机底座动态特性的概率‑区间混合可靠性设计模型；采用拉丁超立方采样和协同仿真技术获得足够样本点；构建高速压力机底座动态特性对应的功能函数的多项式响应面模型；结合遗传算法和验算点法对概率‑区间混合可靠性设计模型进行双层嵌套优化，当在区间变量影响下可靠度的最小值达到可靠性要求且功能函数达到精度要求时，输出概率‑区间混合可靠性设计模型的最优解。本发明方法不仅可以满足底座的可靠性设计要求，也可以保持较高的计算效率，获得准确可靠的计算结果。

技术领域

本发明涉及一种考虑概率和区间不确定性的高速压力机底座动态特性的可靠性设计方法。

背景技术

在高速压力机工作过程中，高频冲裁力始终作用在底座上，其设计优劣直接影响着高速压力机的冲压精度和配套模具的使用寿命。因此，在高速压力机的可靠性设计过程中，对底座的动态特性提出较高的可靠性要求。在高速压力机底座的可靠性设计过程中普遍存在着各种不确定因素，如材料特性、边界条件和载荷等，这些不确定因素只存在单一类型变量的结构并不多见，混合变量共存的现象往往更为普遍。其中，一部分不确定因素能够获得足够的信息来描述其精确的概率分布情况，另一部分不确定因素由于缺乏足够的数据信息等原因不能确定其概率分布，只能确定其变化范围。若仅用一种概率模型或非概率模型对这些不确定因素进行描述难以得到满意的结果。此时，利用概率-非概率混合模型可以获得更加客观合理的优化结果。目前，国内外已有不少学者对基于概率-非概率混合不确定性模型的结构设计进行了研究。E1ishakoff等人于1993年在《Computer Methods inApplied Mechanics& Engineering》(1993,104(2):187-209)上发表的论文“Combinationof probabilistic and convex models of uncertainty when scarce knowledge ispresent on acoustic excitation parameters”中提出一种将概率模型和凸模型相结合的混合模型来处理随机振动系统的参数不确定性问题。郭书祥等人于2002年在《机械强度》(2002,24(4):524-526)上发表的论文“结构可靠性分析的概率和非概率混合模型”中建立用于结构可靠性分析的概率-非概率混合模型并通过逐次构建两级功能方程，提出结构可靠性分析的概率度量方法。Luo等人于2009年在《Computers& Structures》(2009,87(21–22):1408-1415)上发表的论文“Structural reliability assessment based onprobability and convex set mixed model”中基于概率和凸集混合模型，提出一个由最小嵌套优化问题得到的可靠性指标来评估结构的安全性。然而，概率-非概率混合不确定性优化设计的研究仍然存在许多技术问题和难点需要解决，例如概率-区间混合可靠性设计模型的求解问题以及混合模型中可靠性指标问题等。另外，现有的方法对高速压力机底座进行结构可靠性设计时，往往忽略了对其动态特性进行可靠性设计研究。因此，有必要提出一种考虑概率和区间不确定性的高速压力机底座动态特性的可靠性优化设计方法。

发明内容

为了解决实际工程中不确定因素混合共存情况下高速压力机底座动态特性可靠性设计问题，本发明提供了一种考虑概率和区间不确定性的高速压力机底座动态特性的可靠性设计方法，选择在区间变量影响下可靠度的最小值作为可靠性指标，建立高速压力机底座动态特性的概率-区间混合可靠性设计模型，构建高速压力机底座动态特性对应的功能函数的多项式响应面模型，结合遗传算法和改进的一次二阶矩法对概率-区间混合可靠性设计模型进行双层嵌套优化，内层进行区间分析，外层进行基于概率的可靠性分析，这样不仅可以使概率可靠度满足可靠性要求，也可以保证区间可靠度即最差情形下也能够满足可靠性要求，同时也可以保持较高的计算效率，获得准确可靠的计算结果。