基于蒙特卡洛法的公差分析及优化设计方法研究

发布时间：2017-05-31 14:18

  本文关键词：基于蒙特卡洛法的公差分析及优化设计方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：装配过程中的变形对设计阶段的公差分析有较大的影响，传统蒙特卡洛法存在需进行大量抽样模拟、优化设计中质量损失难以赋值及收敛速度慢等问题。本文建立了面向装配的并行公差模型，进行了基于低偏差序列的蒙特卡洛公差分析及成本和模糊质量损失约束下的公差优化，最终得到组成环的公差。主要研究内容如下： 首先，分析了新一代产品几何技术规范下零件几何实体的几何特征，并以空间运动理论和小位移旋量理论为基础，建立了基于三维几何造型的公差域模型，以形位公差和尺寸公差中的直线度和平面尺寸单独举例，，并分别进行了描述。将小位移旋量的引入装配序列内零件间的偏差传递模型，引入并行思想来处理装配所带来的微小变形对于尺寸链中关键尺寸公差的偏差传递问题。另外，验证了所建立形位公差与尺寸公差其在数学模型求解过程中的一致性。 其次，研究了蒙特卡洛模拟法的特点及其在公差分析过程中的应用方法。对公差分析中所用到的加工尺寸分布特性进行研究，完成对非标准正态尺寸分布的转化，构造了低偏差序列并替换传统蒙特卡洛法中的随机数列，利用尺寸分布特性以关断类阀门闸板截面尺寸链为例，进行实例公差分析，以验证基于低偏差序列的蒙特卡洛法公差分析的有效性和优越性。 最后，研究提出了线性尺寸公差和制造成本函数模型以及基于小位移旋量的形位公差成本函数，并通过工序能力指数来描述工序能力。为解决质量函数难以赋值的问题，利用模糊质量损失将其代替，并与工序能力指数共同建立模糊质量损失成本函数，以遗传算法进行了多目标的优化求解进行最后的优化设计方案输出，然后以全量型安全阀阀杆周向与阀瓣顶端截面尺寸链设计计算为例进行验证，验证了基于制造成本与模糊质量损失函数的公差分析方法的可行性和有效性。
【关键词】：公差建模 公差分析 蒙特卡洛法 低偏差序列 模糊质量损失
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG802;TG95
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题背景及意义11-12
• 1.2 相关问题的国内外研究现状12-16
• 1.2.1 新一代 GPS 中公差建模技术研究12-13
• 1.2.2 并行公差分析及偏差传递研究13-14
• 1.2.3 基于蒙特卡洛法的公差分析研究14-15
• 1.2.4 公差优化设计理论研究15-16
• 1.3 主要研究内容16-17
• 第2章 面向装配的并行公差建模17-33
• 2.1 产品几何描述17-26
• 2.1.1 零件几何实体及表面特征描述17-19
• 2.1.2 三维几何造型的公差建模19-21
• 2.1.3 小位移旋量的形状公差模型21-24
• 2.1.4 小位移旋量的平面尺寸公差模型24-26
• 2.2 考虑装配变形的偏差传递分析26-29
• 2.2.1 偏差元建立及偏差传递关系确定26-27
• 2.2.2 齐次坐标变换的累计偏差计算27-29
• 2.3 公差一致性验证29-31
• 2.3.1 公差原则29
• 2.3.2 公差一致性验证及实例29-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第3章 低偏差序列的蒙特卡洛公差分析33-48
• 3.1 公差数值分析33-34
• 3.2 公差模拟实验分析法34-40
• 3.2.1 蒙特卡洛模拟35
• 3.2.2 蒙特卡洛法公差分析35-38
• 3.2.3 尺寸非正态分布处理38-40
• 3.3 低偏差序列的蒙特卡洛公差分析40-44
• 3.3.1 装配公差计算分析模型41-42
• 3.3.2 低偏差序列的构造42-43
• 3.3.3 低偏差序列的公差分析流程43-44
• 3.4 公差分析实例验证44-47
• 3.4.1 问题描述44-45
• 3.4.2 公差分析计算结果45-46
• 3.4.3 装配成功率估算46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 成本和模糊质量损失约束的公差优化48-67
• 4.1 公差成本模型48-52
• 4.1.1 公差与制造成本关系48-49
• 4.1.2 制造成本模型49-52
• 4.1.3 小位移旋量参数成本模型52
• 4.2 工序能力指数52-55
• 4.2.1 工序尺寸的分布特性52-53
• 4.2.2 工序能力指数53-54
• 4.2.3 工序能力评价标准及改进措施54
• 4.2.4 综合工序能力指数54-55
• 4.3 模糊质量损失成本模型55-60
• 4.3.1 田口质量损失模型55-56
• 4.3.2 模糊质量损失及模糊质量损失率56-58
• 4.3.3 模糊质量损失成本58-60
• 4.4 成本和质量损失约束的公差优化模型60-64
• 4.4.1 优化目标函数60-61
• 4.4.2 约束条件61-62
• 4.4.3 遗传算法的公差优化求解62-64
• 4.5 实例验证及分析64-66
• 4.5.1 问题描述及算法设定64-65
• 4.5.2 优化结果65-66
• 4.6 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-72
• 攻读学位期间发表的学术论文72-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 曹衍龙,刘保军,杨将新;基于模糊神经网络的公差-成本模型研究[J];工程设计学报;2004年02期

2 林忠钦,胡敏,米新民,陈关龙;轿车白车身点焊装配过程有限元分析[J];焊接学报;2001年01期

3 王晶;石宏;黄笑飞;刘明明;;基于蒙特卡罗模拟法的航空发动机装配公差分析[J];沈阳航空工业学院学报;2010年04期

4 孙丽;陈立龙;;我国阀门行业现状与发展趋势[J];机电工程;2009年10期

5 蔡敏,杨将新,吴昭同;基于数学定义的圆柱要素形状公差数学模型的研究[J];机械工程学报;2003年12期

6 赵家黎;郭伟;牛占文;于鸿彬;;基于误差流理论的多工位装配过程质量稳定性[J];机械工程学报;2006年11期

7 孛朝旺;杨志宏;王林博;陈鸿倩;;尺寸工程技术综述与展望[J];计算机集成制造系统;2014年03期

8 张岩;莫蓉;;基于低偏差序列样本的装配公差分析方法[J];计算机集成制造系统;2014年03期

9 袁贵星;王平;;蒙特卡洛模拟及其在公差设计中的应用[J];天津科技大学学报;2008年02期

10 金秋;莫帅;;基于改进成本公差模型的并行公差优化设计[J];天津科技大学学报;2010年05期

  本文关键词：基于蒙特卡洛法的公差分析及优化设计方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：409738