[发明专利]一种面向船用柴油机机身质量特征加工可靠性评估方法

权利要求书

1.一种面向船用柴油机机身质量特征加工可靠性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、分析确定影响柴油机机身质量特征加工质量的关键影响因素，

所述步骤(1)中分析确定影响柴油机机身质量特征加工质量的关键影响因素的具体步骤包括：

(1.1)、切削加工有限元分析：

使用Deform-3D软件对柴油机机身切削加工过程开展切削有限元分析，将在UG中建立的刀具模型以.stl格式导出后再导入到Deform-3D中，工件模型则截取刀具附近材料的外层部分，建立刀具模型后，配合刀具形成工件模型；对刀具模型和工件模型分别划分网格模型；设立边界条件、切屑分离准则和本构模型，以切削速度、切削深度、进给量和环境温度为影响参数，通过正交试验设计多组切削仿真试验；待仿真试验完成后，分别输出各组数据的切削力与切削温度；

(1.2)、切削加工变形分析：

应用有限元软件HyperMesh对柴油机机身模型划分网格，对于加工位置划分六面体网格并局部加密，而其他位置则划分四面体网格；将划分后的网格文件导入ABAQUS软件中，定义机身的材料参数、弹性模量、泊松比、密度、热膨胀系数，并设置装夹载荷和自身重力载荷；将Deform-3D中得到的切削力和切削温度以静载荷的方式施加到装夹后的工件上，得到质量特征的变形量；随后将正交试验数据输入数据分析软件minitab15中进行均值分析，由minitab15软件输出的均值响应表中Delta大小与排秩顺序确定影响质量特征加工质量的关键影响因素；

(1.3)、基于环境温度的变化对柴油机机身平面或孔的切削加工过程中的机床加工精度的影响大，将环境温度设定为影响质量特征加工质量的关键影响因素；

(2)、使用响应曲面法建立质量特征与关键影响因素之间的响应面模型，

(3)、通过蒙特卡罗仿真评估质量特征加工可靠性，获取质量特征的加工可靠度。

2.根据权利要求1所述的一种面向船用柴油机机身质量特征加工可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤(1.1)中柴油机机身切削加工过程为平面或孔的加工过程。

3.根据权利要求1所述的一种面向船用柴油机机身质量特征加工可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤(2)中得到质量特征与关键影响因素之间的响应面模型的具体步骤包括：

(2.1)、对质量特征与关键影响因素进行正交试验设计，得到正交试验表和试验结果；

(2.2)、构建质量特征与关键影响因素之间的响应面模型：

常用响应面模型有一阶模型与二阶模型，依据质量特征加工特性，选择采用二阶响应面模型，其一般形式为

式中：y为质量特征的值，x_i为关键影响因素的值，n为关键影响因素的个数，β为响应面模型回归系数，ε为随机误差项；

二阶响应面模型回归系数β的计算公式为：

式中：k为正交试验次数；y_j为所有响应面的函数值；为响应面的平均值；y_i为同一因素的响应面函数值；

将质量特征与关键影响因素的正交试验数据输入minitab15软件中，选择使用软件中的响应曲面模块拟合质量特征与关键影响因素之间的近似关系表达式即为质量特征与关键影响因素之间的响应面模型；

(2.3)、对建立的质量特征与关键影响因素之间的响应面模型进行拟合优度检验，其计算公式为：

式中：

响应的总平方和

回归平方和

残差平方和

通过minitab15软件输出的均值分析表得到拟合优度R²即R-Sq的值，拟合优度越接近于1说明拟合程度越高，拟合优度达到0.8即表明该响应面模型能够使用，若出现拟合优度不足的问题，则需增加数据量或检验现有数据有无异常值。

4.根据权利要求1所述的一种面向船用柴油机机身质量特征加工可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤(3)中得到加工可靠度的具体步骤包括：

(3.1)、确定各关键影响因素参数值的分布规律：

对正交试验表中各参数的分布规律进行计算确认各影响因素的参数值是否皆服从独立的正态分布，若符合则得到其正态分布形式；

(3.2)、计算各关键影响因素的均值与方差，对总体区间生成N组正态分布随机数；

(3.3)、对各关键影响因素参数值的波动区间取随机数：

在实际加工过程中，关键影响因素参数值的波动会导致加工质量与预期存在差距，需要考虑因参数的波动造成的影响；假设存在m个关键影响因素，各关键影响因素的波动范围为[a₁,b₁]、[a₂,b₂]、…、[a_m,b_m]，由于参数服从正态分布，不同参数值波动区间内所生成的随机数数量存在较大差异，某些区间内的随机数数量不一定能够满足概率统计的要求，在生成随机数后，将所有位于关键影响因素参数波动区间内的随机数提取出；将各参数的波动区间视为总体，各参数在其波动区间内的概率分布视为正态分布，以提取出的参数值作为样本数据，计算出在该波动区间的均值与方差后，再次对各参数取M组随机数；

(3.4)、将生成的M组随机数代入质量特征与关键影响因素之间的响应面模型中进行计算，对仿真计算的结果绘制关键特征的概率密度分布曲线；

(3.5)、计算在概率密度分布曲线中合格区域的面积即可获取在某组参数下某质量特征的加工可靠性，即加工可靠度。