一种三步统计学实验设计的铆接过程工艺参数优化方法
【专利摘要】本发明涉及一种三步统计学实验设计的铆接过程工艺参数优化方法，特点是：首先以铆接质量实际监测指标——铆钉墩头高度和直径为优化目标，利用析因实验设计对显著影响铆钉墩头高度和直径的铆接过程工艺参数进行筛选，并判断相应参数初始设计范围的有效性；其次，通过梯度实验设计对敏感铆接过程工艺参数的无效初始设计范围进行修正；进而由中心复合实验设计推衍敏感铆接过程工艺参数相对铆钉墩头高度与直径的统计学模型；最终，以可行域叠加方式，实现对同时满足铆钉墩头高度与直径目标取值范围约束的各敏感铆接过程工艺参数组合可行域搜索，并基于提高铆钉与铆钉孔尺寸的可制造性与降低铆接力控制难度的角度，对铆接过程工艺参数组合可行域进行优化。
【专利说明】一种三步统计学实验设计的铆接过程工艺参数优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种三步统计学实验设计的铆接过程工艺参数优化方法，用于工艺铆 接过程工艺参数优化。
【背景技术】
[0002] 铆钉搭接关节广泛地被应用于飞行器的结构设计中。铆接过程也就意味着铆钉受 压的塑性变形过程。长期以来铆接质量分析的思维定势使得研究人员习惯于直接研究不同 铆接过程工艺参数对铆接质量的影响，如铆接残余应力分布、铆接裂纹产生和生长，疲劳寿 命预测等。然而，在实际铆接质量监测过程中，为所有铆接结构进行应力和裂纹检测显然是 不可行的，考虑到铆接质量与源于铆钉墩头外形的铆接板夹紧约束的相关性，铆钉墩头高 度和直径往往应被作为铆接质量最为直接和重要的检测指标。
[0003] 基于铆钉墩头高度和直径取决于多铆接过程工艺参数组合影响的事实，多铆接过 程工艺参数的组合设计正成为工业界更为喜爱和关注问题。因此，如何破解"满足铆钉墩头 高度和直径目标取值范围约束前提下的多铆接过程工艺参数组合设计"这一难题，正是目 前铆接工艺设计中所欠缺的，同时其研究也是滞后的。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种三步统计学实验设计的铆接过程工艺参数优化方法，该 方法解决了多铆接过程工艺参数的组合选择问题，破解了多铆接过程工艺参数对铆接质量 的交叉影响。
[0005] 发明的技术方案是： (1)选择并确定铆钉墩头高度和直径为铆接质量表征最为直接和重要的指标，即优化 目标，其目标取值范围可依据铆钉具体型号查阅航空手册获得；同时，依据铆钉压缩过程及 其搭接结构特征，确定影响铆钉墩头高度和直径的铆接过程工艺参数。
[0006] (2)利用析因实验评估铆接过程工艺参数对铆钉墩头高度和直径的影响。
[0007] -两水平析因实验设计被用来筛选影响铆钉墩头高度和直径的敏感铆接过程工 艺参数。其中，响应量为铆钉墩头高度和直径；独立变量为铆接过程工艺参数；实验规划完 全遵循统计学两水平析因实验设计规则。实验计算结果的分析采用基于一阶多项式的多元 回归技术，其表达为：
【权利要求】
1. 一种三步统计学实验设计的铆接过程工艺参数优化方法，包括以下步骤： 选择铆钉墩头高度和直径为铆接质量表征最为直接和重要的指标，即优化目标，并确 定其目标取值范围；同时，依据铆钉压缩过程及其搭接结构特征，确定影响铆钉墩头高度和 直径的铆接过程工艺参数； 设计析因实验，评估铆接过程工艺参数对铆钉墩头高度和直径的影响，筛选影响铆钉 墩头高度和直径的显著性铆接过程工艺参数，并判断相应敏感铆接过程工艺参数的有效范 围是否包含于其初始设计域； 设计梯度实验，对有效范围并不在其初始设计域内的敏感铆接过程工艺参数进行修 正； 设计中心复合实验，分别构建铆钉墩头高度与直径关于对应敏感铆接过程工艺参数的 统计学模型，并以三维图形分别显示满足铆钉墩头高度与直径目标取值范围约束的敏感铆 接过程工艺参数组合可行域； 基于提高铆钉与铆钉孔尺寸的可制造性与降低铆接力控制难度的角度，对同时满足铆 钉墩头高度与直径目标取值范围约束的各敏感铆接过程工艺参数组合可行域进行优化。
2. 根据权利要求1所述的一种三步统计学实验设计的铆接过程工艺参数优化方法，其 特征在于，铆钉墩头高度和直径目标取值范围的构造：考虑到源于铆钉墩头外形的铆接板 夹紧约束与铆接质量的相关性，以及实际铆接质量监测中对所有铆接结构进行应力和裂纹 检测的可行性，确定铆钉墩头高度和直径为表征铆接质量最为直接和重要的指标，其目标 取值范围可依据铆钉具体型号查阅航空手册获得。
3. 根据权利要求1所述的一种三步统计学实验设计的铆接过程工艺参数优化方法，其 特征在于，敏感铆接过程工艺参数的筛选：设计两水平析因实验，其中响应量为铆钉墩头高 度与直径，独立变量为铆接过程工艺参数；采用多元回归方法对相应实验计算结果进行分 析，进而通过方差回归分析F检验指标检验独立变量对响应量影响的统计学显著性。
4. 根据权利要求1所述的一种三步统计学实验设计的铆接过程工艺参数优化方法，其 特征在于，敏感铆接过程工艺参数初始设计域有效性的判断：通过计算两水平析因实验的 组间统计学指标，以变量平均数观测值的r检验指标判断对应显著性铆接参数的有效范围 是否包含于其初始设计域。
5. 根据权利要求1所述的一种三步统计学实验设计的铆接过程工艺参数优化方法，其 特征在于，敏感铆接过程工艺参数初始设计域有效性的修正：若敏感铆接过程工艺参数的 有效范围并不包含于其初始设计域，则沿其变化的梯度路径方向设计梯度实验，最终提取 对应铆钉墩头高度与直径目标取值范围约束的敏感铆接过程工艺参数变化，并以此修正对 应参数的初始设计域。
6. 根据权利要求1所述的一种三步统计学实验设计的铆接过程工艺参数优化方法，其 特征在于，满足铆钉墩头高度与直径目标取值范围约束的各敏感铆接过程工艺参数组合可 行域的三维图形化显示：基于梯度实验修正后的敏感铆接过程工艺参数有效范围，设计五 水平中心复合实验，采用多元回归方法分析铆钉墩头高度与直径相对敏感铆接过程工艺参 数的响应，以此构造敏感铆接过程工艺参数相对钉墩头高度与直径的统计学模型，并三维 图形化显示分别满足铆钉墩头高度与直径约束的各敏感铆接过程工艺参数组合可行域。
7. 根据权利要求1所述的一种三步统计学实验设计的铆接过程工艺参数优化方法，其 特征在于，同时满足铆钉墩头高度与直径目标取值范围约束的各敏感铆接过程工艺参数组 合可行域的优化：对分别满足铆钉墩头高度与直径目标取值范围约束的各敏感铆接过程工 艺参数组合可行域进行逻辑与运算，以此构建同时满足上述约束的各敏感铆接过程工艺参 数组合可行域，基于提高铆钉与铆钉孔尺寸的可制造性与降低铆接力控制难度的角度，对 其进行优化。
【文档编号】G06F17/50GK104217067SQ201410394342
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】王少锋, 洪军, 高琳, 张恩慧 申请人:内蒙古科技大学