基于自动改进Kriging方法的导弹舱体结构可靠性分析
发布时间：2021-10-26 05:54
为了开展导弹舱体结构可靠性分析,将有限元软件ANSYS Workbench中的六西格玛（Six Sigma）模块和可靠性理论相结合。首先利用参数化建模方法在ANSYS Workbench中构建导弹舱体结构模型,然后通过最优空间填充设计抽样得到多组样本点,结合自动改进Kriging（Auto-Refinement Kriging,AR-Kriging）方法生成响应面进而开展参数灵敏度分析,最后根据Six Sigma分析方法评估了舱体结构的强度以及刚度可靠性。分析结果表明,与Kriging方法相比,AR-Kriging方法能够有效提高响应面的全局拟合能力;灵敏度分析表明,舱体内径对舱体结构可靠性的影响最大。
【文章来源】：导弹与航天运载技术. 2020,(06)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
导弹舱体结构示意
图1 导弹舱体结构示意在铸造加工舱体结构过程中，由于仪器设备与量具的精度以及工艺人员的技术水平等外部因素的影响，即使是同一批次舱体结构，在加工成型后仍会存在一定的尺寸差异。因此在对舱体结构开展可靠性分析时将舱体关键尺寸参数考虑为随机变量，包括舱体长度Y1、中部开孔长度Y2、宽度H以及内径X等。此外，在考虑舱体材料性能以及加载不均匀性对其结构功能的影响情况下，将材料的弹性模量E以及加载力F亦作为随机变量。一般情况下，产品尺寸被认为服从正态分布，而在实际情况中，由于装配关系，产品的尺寸存在上限值及下限值，因此属于截断正态分布；通过加载系统可以将外载荷很好地控制在上、下限范围内，因此认为其也服从截断正态分布；一般认为材料的弹性模量服从正态分布。本文涉及的6个输入随机变量的数字特征如表1所示。
本节将最大应力及最大变形同时作为输出变量，分析AR-Kriging方法在拟合响应面时的性能。采用AR-Kriging方法对舱体结构进行分析时，输出变量相对误差随改进样本点数的变化曲线如图3所示。由图3可以看出，Kriging模型对最大变形的拟合误差始终能够保持在误差要求范围内，但是当增加到第19个样本点时，该输出变量的误差从0.5%跳跃至4.5%，此后随着样本点的增加有缓慢下降的趋势。另一方面，最大应力的拟合误差总体上呈现出下降的趋势，当改进样本点增加到第78个的时候，最大变形的拟合误差降低到4.6259%，满足收敛要求，此时Workbench停止继续迭代。
【参考文献】：
期刊论文
[1]采用响应面法的圆盘造球机可靠性优化设计[J]. 晏远志,杨金堂,万欢,侯作义. 组合机床与自动化加工技术. 2018(02)
[2]基于优化设计的门式卸车机结构可靠性分析[J]. 李永华,梁校嘉,周峰,陈秉智. 中国工程机械学报. 2017(03)
[3]基于ANSYS的甘蔗切割器上臂轴的可靠性影响因素分析[J]. 尹志宏,袁洁,朱佳明,王浩. 中国工程机械学报. 2016(04)
[4]基于蒙特卡罗法的主轴可靠性虚拟试验研究[J]. 周森,何晓聪,袁胜万,窦炜. 新技术新工艺. 2014(09)
[5]导弹吊挂寿命可靠性分析的自动化实现[J]. 何新党,刘永寿,魏涛,高宗战. 强度与环境. 2012(03)
[6]某型导弹舱段连接结构强度可靠性灵敏度分析[J]. 周红,刘永寿,高宗战,岳珠峰. 固体火箭技术. 2011(06)
[7]基于动态径向基函数代理模型的优化策略[J]. 彭磊,刘莉,龙腾. 机械工程学报. 2011(07)
[8]基于PCL的导弹吊挂强度分析的参数化方法[J]. 何新党,刘永寿,高宗战,岳珠峰. 航空计算技术. 2011(02)
[9]飞航导弹弹体结构可靠性分析[J]. 张兴有. 战术导弹技术. 2010(05)
[10]地(舰)空导弹弹体结构可靠性分析[J]. 曲之津. 现代防御技术. 2001(02)
本文编号：3458965
【文章来源】：导弹与航天运载技术. 2020,(06)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
导弹舱体结构示意
图1 导弹舱体结构示意在铸造加工舱体结构过程中，由于仪器设备与量具的精度以及工艺人员的技术水平等外部因素的影响，即使是同一批次舱体结构，在加工成型后仍会存在一定的尺寸差异。因此在对舱体结构开展可靠性分析时将舱体关键尺寸参数考虑为随机变量，包括舱体长度Y1、中部开孔长度Y2、宽度H以及内径X等。此外，在考虑舱体材料性能以及加载不均匀性对其结构功能的影响情况下，将材料的弹性模量E以及加载力F亦作为随机变量。一般情况下，产品尺寸被认为服从正态分布，而在实际情况中，由于装配关系，产品的尺寸存在上限值及下限值，因此属于截断正态分布；通过加载系统可以将外载荷很好地控制在上、下限范围内，因此认为其也服从截断正态分布；一般认为材料的弹性模量服从正态分布。本文涉及的6个输入随机变量的数字特征如表1所示。
本节将最大应力及最大变形同时作为输出变量，分析AR-Kriging方法在拟合响应面时的性能。采用AR-Kriging方法对舱体结构进行分析时，输出变量相对误差随改进样本点数的变化曲线如图3所示。由图3可以看出，Kriging模型对最大变形的拟合误差始终能够保持在误差要求范围内，但是当增加到第19个样本点时，该输出变量的误差从0.5%跳跃至4.5%，此后随着样本点的增加有缓慢下降的趋势。另一方面，最大应力的拟合误差总体上呈现出下降的趋势，当改进样本点增加到第78个的时候，最大变形的拟合误差降低到4.6259%，满足收敛要求，此时Workbench停止继续迭代。
【参考文献】：
期刊论文
[1]采用响应面法的圆盘造球机可靠性优化设计[J]. 晏远志,杨金堂,万欢,侯作义. 组合机床与自动化加工技术. 2018(02)
[2]基于优化设计的门式卸车机结构可靠性分析[J]. 李永华,梁校嘉,周峰,陈秉智. 中国工程机械学报. 2017(03)
[3]基于ANSYS的甘蔗切割器上臂轴的可靠性影响因素分析[J]. 尹志宏,袁洁,朱佳明,王浩. 中国工程机械学报. 2016(04)
[4]基于蒙特卡罗法的主轴可靠性虚拟试验研究[J]. 周森,何晓聪,袁胜万,窦炜. 新技术新工艺. 2014(09)
[5]导弹吊挂寿命可靠性分析的自动化实现[J]. 何新党,刘永寿,魏涛,高宗战. 强度与环境. 2012(03)
[6]某型导弹舱段连接结构强度可靠性灵敏度分析[J]. 周红,刘永寿,高宗战,岳珠峰. 固体火箭技术. 2011(06)
[7]基于动态径向基函数代理模型的优化策略[J]. 彭磊,刘莉,龙腾. 机械工程学报. 2011(07)
[8]基于PCL的导弹吊挂强度分析的参数化方法[J]. 何新党,刘永寿,高宗战,岳珠峰. 航空计算技术. 2011(02)
[9]飞航导弹弹体结构可靠性分析[J]. 张兴有. 战术导弹技术. 2010(05)
[10]地(舰)空导弹弹体结构可靠性分析[J]. 曲之津. 现代防御技术. 2001(02)
本文编号：3458965
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