非线性机械系统分析性稳健设计.pdf

第 45 卷第 10 期 机 械 工 程 学 报 Vol.45 No.10 2009 年 10 月 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Oct. 2 0 0 9 DOI ：10.3901/JME.2009.10.207 非线性机械系统分析性稳健设计** 1 1, 2 1, 3 4 张 健 顾佩华 包能胜 张国军 (1. 汕头大学工学院 汕头 515063 ； 2. 卡尔加里大学机械与制造工程系 卡尔加里 T2N 1N4 加拿大； 3. 汕头轻工装备研究院 汕头 515021 ； 4. 华中科技大学机械科学与工程学院 武汉 430074) 摘要：提出非线性条件下系统功能需求与结构特征参数、设计参数以及不可控因素之间的关系模型，按照该模型对系统敏感 性进行了分析，给出系统敏感性指数 S 2 具体的数学表达式。按照稳健设计的基本思想，建立分析性稳健设计的优化模型， v 根据该优化模型结合 TAGUCHI 稳健性设计方法对系统稳健性实现的内在本质从理论上做出分析。基于各因素(系统结构特 性、设计参数以及不可控因素)对系统稳健性影响程度的分析，提出稳健灵敏性矩阵 RS 。研究发现，在非线性条件下，系统 本身的结构特性、设计参数以及外在的不可控因素与系统敏感性之间存在着直接的函数关系，并且它们均以各自不同的形式 影响着系统的稳健性。系统本身的结构特性决定了设计参数对系统功能目标的作用形式，从而对系统功能目标的分布产生影 响。设计参数的不同选择对系统稳健性影响的实质在于利用系统的非线性效应，以使设计功能靠近目标值，并使得变异达到 最小。如果在合理的结构设计以及适当设计参数的选取仍然达不到系统稳健性要求的条件下，对不可控因素的控制则是一种 从源头减小功能目标变动以提高系统稳健性的有效途径。 关键词：产品设计 稳健性设计 非线性系统 敏感性 中图分类号：TH122 Analytical Robust Design of Non-linear Mechanical Systems ZHANG Jian1 GU Peihua1, 2 BAO Nengsheng1, 3 ZHANG Guojun4 (1. College of Engineering, Shantou University, Shantou 515063; 2. Department of Mechanical and Manufacturing Engineering, University of Calgary, Calgary T2N 1N4, Canada; 3. Shantou Institute for Light Industrial Equipment Research, Shantou 515021; 4. School of Mechanical Science ＆ Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074) Abstract ：A m