[发明专利]基于Kriging模型的滑动轴套结构优化设计方法

摘要

本发明涉及基于Kriging模型的滑动轴套优化设计方法，其利用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，其具体步骤为：确定滑动轴套的基本外形；分析并定义影响滑动轴套形状的设计变量、定义域；采用拉丁超立方实验设计方法进行设计空间采样；采用有限元方法进行滑动轴套应力响应计算；构建Kriging模型，并进行精度评估；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。本发明利用Kriging模型的设计变量相关性和变异性特性，进行无偏最优估计，对滑动轴套的结构最优化设计进行指导。较传统设计方法，具有计算时间快，方案设计最优以及可信度高的特点。

主权项

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。