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基于响应面法的弹簧冲击器校准装置冲击端优化设计

高建卓 陈龙 汪宁溪 骆昕 陈辉

高建卓,陈龙,汪宁溪,等. 基于响应面法的弹簧冲击器校准装置冲击端优化设计[J]. 计量科学与技术,2022, 66(9): 40-46 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0002
引用本文: 高建卓,陈龙,汪宁溪,等. 基于响应面法的弹簧冲击器校准装置冲击端优化设计[J]. 计量科学与技术,2022, 66(9): 40-46 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0002
GAO Jianzhuo, CHEN Long, WANG Ningxi, LUO Xin, CHEN Hui. Optimal Design of the Impact Structure of Spring Impactor Calibration Device Based on Response Surface Method[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(9): 40-46. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0002
Citation: GAO Jianzhuo, CHEN Long, WANG Ningxi, LUO Xin, CHEN Hui. Optimal Design of the Impact Structure of Spring Impactor Calibration Device Based on Response Surface Method[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(9): 40-46. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0002

基于响应面法的弹簧冲击器校准装置冲击端优化设计

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0002
基金项目: 北京市计量检测科学研究院自主科研项目(KJ2021-21);北京市科技计划项目(Z201100009319003)。
详细信息
    作者简介:

    高建卓(1992-),北京市计量检测科学研究院工程师,研究方向:力学计量、机械设计,邮箱:gaojz@bjjl.cn

Optimal Design of the Impact Structure of Spring Impactor Calibration Device Based on Response Surface Method

  • 摘要: 为了提升弹簧冲击器校准装置的检测能力,减少碰撞过程的能量损失,以最小化冲击端结构的变形量和构件质量为优化目标,提出了基于响应面法的冲击端结构优化设计方法。优化结果表明:冲击端结构尺寸与最大变形量的关系呈非线性变化,与质量的关系呈部分线性变化;摆杆冲击端结构在满足强度要求的同时,最大变形量降低了24.59%,质量减少了12.97%,兼顾高强度和轻量化的要求,证明了所提出的基于响应面曲线拟合和多目标变量优化的冲击端结构件优化设计方法的有效性。响应面曲线的优化方法在保证精度的同时提高了优化效率,为弹簧冲击器校准装置的优化提供了新路径。
  • 图  1  弹簧冲击器校准装置原理图

    Figure  1.  Schematic diagram of spring impactor calibration device

    图  2  冲击端结构示意图

    Figure  2.  Structure diagram of impact structure

    图  3  冲击端实际工况

    Figure  3.  Working condition of impact structure

    图  4  优化前的冲击端有限元分析结果图

    Figure  4.  Finite element analysis results of impact structure before optimization

    图  5  P7随P1和P2的变化图

    Figure  5.  P7 variation with P1 and P2

    图  6  P8随P1和P2的变化图

    Figure  6.  P8 variation with P1 and P2

    图  7  P7随P1和P3的变化图

    Figure  7.  P7 variation with P1 and P3

    图  8  P8随P1和P3的变化图

    Figure  8.  P8 variation with P1 and P3

    图  9  P8随P3和P4的变化图

    Figure  9.  P8 variation with P3 and P4

    图  10  P8随P1和P4的变化图

    Figure  10.  P8 variation with P1 and P2

    图  11  P7随P1和P6的变化图

    Figure  11.  P7 variation with P1 and P6

    图  12  P8随P1和P6的变化图

    Figure  12.  P8 variation with P1 and P6

    图  13  P8随P4和P5的变化图

    Figure  13.  P8 variation with P4 and P5

    图  14  P8随P3和P5的变化图

    Figure  14.  P8 variation with P3 and P5

    图  15  P7随P2和P4的变化图

    Figure  15.  P7 variation with P2 and P4

    图  16  P8随P2和P4的变化图

    Figure  16.  P8 variation with P2 and P4

    图  17  优化后的冲击端有限元分析结果图

    Figure  17.  Finite element analysis results of impact structure after optimization

    表  1  初始结构参数

    Table  1.   Initial structural parameters

    参数P1P2P3P4P5P6
    数值/mm61205020104
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    表  2  CCD法自变量与试验点数量的关系

    Table  2.   The relationship between the independent variable and the number of test points with CCD

    设计变量m12345678
    析因系数ζ00001112
    试验点n59152527457981
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    表  3  各优化参数的初始值和变化范围

    Table  3.   Initial value and variation range of each optimization parameter

    参数P1P2P3P4P5P6
    初始值
    /mm
    61205020104
    变化范围
    /mm
    5.4~6.6108~13245~5518~229~113.6~44
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    表  4  优化前后各参数对比

    Table  4.   Comparison of parameters before and after optimization

    参数初始值优化后变形量
    P166.09180.0918
    P2120108.222911.7771
    P35045.44394.5561
    P42018.92361.0764
    P5109.80070.1993
    P643.94660.0534
    P70.0524920.0456810.006811
    P80.0112520.0084850.002767
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  • 网络出版日期:  2022-09-23
  • 刊出日期:  2022-09-30

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