响应面法在结构优化应用上的研究

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1、学校代码：10264研究生学号：M150650740上海海洋大学硕士学位论文题目：响应面法在结构优化应用上的研究Theresponsesurfacemethodin英文题目：structuraloptimizationstudyontheapplication专业：机械工程研究方向：响应面法姓名：王立原指导教师：陈洪武，曹守启二O一八年五月三十日上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。

2、论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日上海海洋大学硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名工作单位职称备注董达善上

3、海海事大学教授主席李雷上海电机学院教授委员刘龙上海海事大学副教授委员委员委员委员委员赵煜上海海洋大学讲师秘书答辩地点3109答辩日期2018.5.24上海海洋大学硕士毕业论文响应面法在结构优化应用上的研究摘要由于计算机技术的迅猛发展，最优化技术最近也急速兴起,当要求解最优值时，通常要先拟合出因子跟响应之间的函数关系式，这个函数关系大多是隐函数形式，较为复杂，求解这个最优值变得非常困难。响应面法，是最优化技术新出现的一种方法，它通过不断改变设计参数来修改实验模型，创新的将统计学与优化相结合，避免了优化过程中对函数关系式复杂的求解过程，直接通过大量实验数据，统计出所要拟合的函数。响应面法的

4、出现，为最优化问题提供了一种新思路。本文根据响应面法的原理，总结归纳出响应面法的一般过程，并对响应面法整个过程进行了仔细的研究，响应面法对变量进行设计，加中心点来进行析因分析，通过筛选试验寻找优化方向，用一阶模型快速逼近最优邻域，通过有无弯曲效应来判断模型是一阶还是二阶模型。如果简单的一阶模型就可以拟合，直接通过一阶模型就可以得到最优解，要是没有弯曲效应，一般就采用二阶模型，除去影响效果小的因子，有效减少试验次数，用正交设计找出大致范围，用BBD中心复合设计或CCD设计找出最佳邻域，在最佳邻域内求最优解并验证。探究了近年来还很少人研究的响应面法在形状优化方面的应用。在传统的设计概念当中

5、，形状优化非常复杂，往往一个点的改变，会导致一连串连锁反应，计算量非常大，优化非常困难。本文就这一问题进行了研究，以桁架结构这种成熟的结构作为案例。进行了实物模型的构建，利用Ansys进行仿真可以减少实验消耗并简化实验操作，应用响应面法可以有效减少试验次数，而利用以往经验数据更可以简化响应面法寻找路径的过程，对其进行数学模型的构架，以专业统计软件Minitab求解我们所需要目标的最优解（本例子约束是位移小于0.5mm，目标是质量最小）对比Minitab和DesignExpert优化结果并分析。优化的结果，桁架总体积为112.72dm3,与常规设计相比（位移0.723mm,体积117.9

6、0dm3），位移减少37.7%质量还下降4.4%，响应面法不但满足了我们的要求（位移约束），而且降低了材料的使用（目标质量），这表明了其在工程上能节约时间与成本，有其实际价值。在尺寸优化方面进行了探究。滑槽设备在现今物流运输行业与生产自动化行业起着不可或缺的作用,是实现物流行业自动分拣与自动化运输中心部件。一般滑IV上海海洋大学硕士毕业论文槽都对形状有特定的要求，进行结构优化时通常从尺寸优化方面入手。本文研究了响应面法对直滑槽的尺寸优化，从经验分析，受力分析等来确定尺寸合适范围，以此来减小响应面法搜寻范围，从而减少实验迭代次数，用Solidworks中的Simulation模块对直滑槽

7、模型进行迭代优化，用响应面法来与Simulation模块优化法对比研究，在尺寸优化方面进行探索，响应面法不但在相同迭代次数下，效果更加出色，而且它方法较为灵活，不像Simulation模块优化法只是有限选项下的优化，响应面法可以在每一个步骤都进行实验调整。，最后优化结果为：质量64kg，位移1.42e-8m。比初始数据质量70.21kg，位移3e-8m，质量下降8.84%，位移减少52.67%，满足设计要求质量为目标质量64kg。这表明了其在工