[机械模具数控自动化专业毕业设计外文文献及翻译]【期刊】可靠性建模及压铸现有的认知不确定性的优化-中文翻译（定）

可靠性建模及压铸现有的认知不确定性的优化 压铸是一种制造金属部件的既经济又有效的技术。铸件质量是由铸造的工艺参数所决定，如注射速度，注射压力，模头温度，注入温度等。现在，计算机辅助工程在铸造工业中起着重要的作用，因为基于数值分析的铸造仿真可以帮助工程师理解铸造的过程。为了提高生产率和防止铸造的缺陷，工程师们努力采取各种优化方法来优化铸造工艺参数，如田口方法，神经网络和线性规划。霍姆斯特姆提出了一种基于细节层次的概念的优化策略来开发具有成本效益的部件。一些研究者也将反分析应用到铸造产业的优化上。 压铸本质上是一个多学科的问题。有压铸涉及到许多学科，如流体力学，传热和弹塑性力学，并且该工艺参数以一种复杂的方式相互依赖和冲突。优化这些工艺组合很费时的。 Eschenauer认为铸造部件的优化布局的发现是一个多学科优化（ MDO）任务。只有 Krimpenis称，尽管不同的研究者已经对压铸参数进行了研究，但是能就一个标准或标准组合同时优化工艺参数的统一的方法仍处于起步阶段。实际上，压铸中存在许多不确定性，如工艺参数和材料特性。铸件质量对许多不确定变量很敏感。例如，注射速度或温度的变化会引起诸如孔隙度、充填缺陷以及形成热裂纹的缺陷。因此，可靠性建模，可靠性分析和基于可靠性的优化对于压铸来说是必不可少的。 然而，很少有研究人员研究可靠性建模及压铸的基于可靠性的优化。 Choi等考虑了设计鲁棒性并探讨机器人铸造质量工程的优化。在他们的研究中，材料的容差和材料特性的变化被考虑在基于设计优化的质量中。并且有两种质量工程方法被用来研究同一个机器人铸造 并对两者进行了比较。实际上，对压铸来说，获得精确且完整的信息来定义所有不确定变量的概率密度函数始终是不可能的。因此，不精确概率或非概率理论可能会被应用到可靠性建模，可靠性分析和基于可靠性的设计中去，如证据理论（ ET，也命名为DS证据理论），区间模型和模糊集理论。 Oberkampf ， Helton 和 Bae 等已指出 ET有一种能处理偶然和认知不确定性的内在的能力。近年来，一些研究者调查了基于 ET的可靠性设计及其工程应用。正如刚刚所讨论的，压铸是一个多学科的问题，其中涉及到了许多不确定的变量。此外，获取所有不确定变量的精确概率分布是很难的。因此，具有认知不确定性的压铸的优化及可靠性建模是一项有意义并富有挑战性的工作。 接下来我们先将讨论压铸的限元模型和多学科模型。 1 压铸有限元模型 铸造部分是盖形的且其有限元模型示于图 1。 有限元模型包括浇道，横浇口，模具和 4片铸件。在该模型中元件的数量是 80372。铸造和模具的材料分别是铝合金 A356AL和 H13钢。有限元分析软件 PROCAST被用来模拟铸造过程，并计算温度场，流场和压力场。初始过程参数设置为铸造压力 1bar，灌装速度0.25m/s，液态铝合金的温度为 700摄氏度和预热模具的温度为 250摄氏度。 图 2示出了仿真结果，其中包括铸件的温度，充填时间和凝固时间。图 2a显示铸造温度处于 243.2和 273.6之间。这表明模具填充是完美的。在图 2b中，可见填充时间是 1.96s，而在图 2c中，凝固时间是从 3.38至 28.99s。此模拟结果为压铸 MDO和 RBMDO提供了基础。 2. 压铸的多学科模型 压铸涉及到了许多学科，如流体力学，传热和弹塑性力学学科。此外，学科之间的耦合关系是复杂的，这可以通过设计结构矩阵来表示。虽然模拟软件可以被应用于分析流体场，温度场等，但学科间的耦合关系是隐含的。 我们利用一个设计结构矩阵来说明如图 3所示的压铸的耦合关系。 图 3中的箭头指示日期的流动，这说明学科之间数据的交换。这里涉及到系统中的三个学科，包括流体力学学科，传热学科和性能学科（生产力效率）。 Ti， T0， Pr和 v是输入参数，分别代表浇注温度，模具预热温度，填充压力和速度。 v， t n和 t代表耦合变量，分别代表流体的平均速度，凝固时间和填充时间。 P是生产力的效率，并且被选择作为目标函数。 在流体动力学学科的输入参数为 Ti， T0， Pr和 v，并在本学科的输出参数包括： v， Re和 t。在热传递的输入参数为 Ti， T0， Pr, 并且这个学科接收流体动力学学科计算出的 Re 和 v。性能学科接收传热学科计算出的 t n和流体动力学学科中的 t. 性能学科的输出参数为 P. 因此，压铸是一个典型的多学科的问题，在这种学科之间的耦合关系是复杂的。 为了解决这个学科之间的耦合关系，二次响应面（ RS）被应用于此多学科系统。拉丁超立方抽样方法应用于抽样。 基于第 1部分中显示的 仿真结果和工程实验，取样的间隔区的设置如下：浇铸温度为（ 680， 720），模型的温度为（ 220， 280），浇注速度为（ 0.2m/s， 0.3m/s），铸造的压力为（ 0.8 bar， 1.2 bar） . 根据拉丁超立方抽样方法 , 选取 23个样品构建 RS并列于表 1中。有限元分析的结果也示于表 1中。 二次响应面以最小二乘法为基础构造二次响应面并表现在方程1， 2， 3中。 多个复相关系数 R2和调整后的复相关系数 R2 adj 显示在表 2中。 R2和 R2 adj