[发明专利]基于Kriging模型的滑动轴套结构优化设计方法

权利要求书

1.一种基于Kriging模型的滑动轴套结构优化设计方法，其特征是一种利用Kriging模型的无偏最优估计理论，预测并求解滑动轴套最优设计方案的方法，其步骤包括：

（1）确定滑动轴套的基本外形：

在满足滑动轴套的所有承载、运动功能的前提下，依循整个滑动轴套的受力情况，初定滑动轴套的外形及尺寸，其包括焊接形式、方法、铸件厚度、高度、开口坡度以及倾斜角度，完成滑动轴套的初步概念设计；

（2）分析并定义影响滑动轴套结构设计变量、定义域及其相互约束关系：

初定滑动轴套的外形及尺寸后，分析哪些设计变量会对滑动轴套结构形式产生重要影响，定义那些对结构产生重要影响的设计变量，并根据实际设计经验与重型机械标准确定这些设计变量的定义域，及其相互几何约束关系；

（3）采用拉丁超立方实验设计方法进行采样，尽可能的全方位覆盖整个设计空间：

具体是：将                                                维设计空间中的每一维均匀划分为个等量区间，并在每个等量区间内随机采样，实现对每一维坐标轴进行均匀覆盖，最终实现通过个采样点覆盖整个滑动轴套的设计空间；

（4）有限元软件仿真计算滑动轴套应力、应变：

利用采样数据建三维模型，采用有限元方法进行应力计算，得到样本数据所对应的结构形式的应力应变，其为整个设计空间中样本数据的响应值；

（5）构建Kriging模型并进行评估：

用样本数据及仿真应力响应值，构建Kriging模型，并对该模型的精度进行评估，Kriging模型的表达式为：，

式中：表示采用有限元方法得到的样本数据响应值，表示组采样数据值，表示与之间的函数关系，为样本点的相关矩阵，由构成，为第个样本点的第维坐标，为样本点和预测点所组成的相关向量，，是样本点的个数，； 

（6）构建数学优化模型并求解确定最终方案：

构建数学优化模型，求解滑动轴套最优化设计方案，并采用有限元方法进行验证；

经过上述步骤，实现基于Kriging模型的滑动轴套结构优化设计。

2.根据权利要求1所述的基于Kriging模型的滑动轴套结构优化设计方法，其特征在于实现步骤（3）的方法是：每一维坐标轴代表一个设计变量，因此，个设计变量即组成维设计空间；设计人员按照设计规范和要求，确定个采样点，然后分别对维的坐标均匀划分为段区间，整个设计空间就被划分为个子空间，从中选择个子空间，个采样点分别随机分布在这个子空间内部，并且保证每个子空间内部只有一个采样点，在这种机制的规范下，只采用个采样点即可覆盖整个滑动轴套的设计空间，每维坐标的采样点为个。

3.根据权利要求1所述的基于Kriging模型的滑动轴套结构优化设计方法，其特征在于实现步骤（4）的方法是：采样获得的组数据，是滑动轴套设计变量尺寸值，依照这些采样获得的设计变量值，进行三维实体建模，完成滑动轴套的空间模型设计；再对三维实体模型设定边界条件及约束，采用有限元方法进行应力响应计算，得到样本数据所对应的结构形式的应力应变，即整个设计空间中样本数据的响应值。

4.根据权利要求1所述的基于Kriging模型的滑动轴套结构优化设计方法，其特征在于实现步骤（5）的方法是：对应滑动轴套设计变量采样数据，在确定的边界条件及约束后，得到的应力、应变值，特别是对于结构较为复杂的分析对象，之间是一种未知的高度非线性关系，采用经典的材料力学无法求得其函数关系；在建立Kriging模型过程中，应从滑动轴套设计变量采样点的变量相关性和变异性出发，在有限区域内对区域化变量的取值进行无偏、最优估计，并对该模型的精度进行评估。

5.根据权利要求4所述的基于Kriging模型的滑动轴套结构优化设计方法，其特征在于所述Kriging模型，其适用条件是区域化变量存在空间相关性。

6.根据权利要求4所述的基于Kriging模型的滑动轴套结构优化设计方法，其特征在于Kriging模型建立后，采用包括最大绝对误差，最大真实误差，平均绝对误差、平均真实误差和平均误差指标，评估Kriging近似模型的精度。