CN102360402A - 基于响应面的揭盖机液压缸支承座优化设计方法 - Google Patents

基于响应面的揭盖机液压缸支承座优化设计方法 Download PDF

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CN102360402A
CN102360402A CN201110328429XA CN201110328429A CN102360402A CN 102360402 A CN102360402 A CN 102360402A CN 201110328429X A CN201110328429X A CN 201110328429XA CN 201110328429 A CN201110328429 A CN 201110328429A CN 102360402 A CN102360402 A CN 102360402A
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China
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hydraulic cylinder
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cylinder supporting
response surface
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CN201110328429XA
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褚学征
谭辉
康晓鹏
田兆营
张华军
陈方元
尉强
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Wisdri Engineering and Research Incorporation Ltd
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Abstract

本发明涉及基于响应面的揭盖机液压缸支承座优化设计方法，其是一种基于响应面的差值拟合理论，预测优化液压缸支承座最优化设计方案的方法，其步骤为：(1)确定液压缸支承座的基本外形及初步尺寸；(2)分析并定义影响液压缸支承座形状的尺寸变量、定义域及其相互约束关系；(3)采用拉丁超立方实验设计方法对空间进行采样；(4)采用有限元方法分析液压缸支承座的应力响应；(5)构建响应面模型，并对模型精度进行评估；(6)构建数学优化模型，求解最小应力值，并采用有限元方法进行验证，确定支承座最优化设计方案。本发明能够大量缩减计算时间，降低计算成本，并且能够获得高质量、可靠的揭盖机液压缸支承座设计方案。

Description

基于响应面的揭盖机液压缸支承座优化设计方法
技术领域
本发明涉及一种揭盖机液压缸支承座的优化设计方法，尤其涉及一种基于响应面的揭盖机液压缸支承座优化设计方法，属于高炉冶炼技术领域。
背景技术
高炉冶炼的环保要求越来越高，目前新建的高炉基本上都要求使用揭盖机。揭盖机的作用是移动沟盖，在高炉出铁时盖上沟盖（避免扬尘、喷溅、热辐射等），铁水出完后将沟盖移走。检修时，揭盖机需要将沟盖移动到检修吊车能够作业的区域。
旋转式揭盖机（专利公开号：CN 101445846A）具有整体设计小巧，高度矮，能适应高炉“顶吸+侧吸”的抽尘要求等特点。在实际应用中，由于采用液压缸提升杠杆臂并和旋转座一起做旋转提升的动作时，液压缸支承座受到复杂的交变载荷作用力，会产生应力集中，是整个旋转式揭盖机受力的支撑关键部件，其结构设计极为重要。因此，在保障液压缸运动与支承座不发生干涉的情况下，对液压缸支承座进行优化设计在整个揭盖机的设计至关重要。
检索现有专利发现上海交通大学朱平等申请专利“基于响应面法的轿车车身零件轻量化方法”（公开号：CN 1758255A）将响应面方法应用于汽车零件轻量化中，取得很好的减重效果。本发明与其不同之处在于，针对揭盖机的液压缸支承座设计特点，提出基于响应面的揭盖机液压缸支承座优化设计方法，首先，高炉冶炼设备属于重工业设备，不以轻量化为主导，而注重于在各种复杂交变载荷作用下的应力分布设计优化。其次，本发明采用拉丁超立方实验设计方法，能够以较少的采样点最大限度的覆盖整个设计空间，具有较好的计算性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对揭盖机液压缸支承座受复杂交变载荷的作用易产生应力集中的问题，提供一种基于响应面的快捷、智能的液压缸支承座结构优化设计方法。其中，采用了实验设计方法、有限元计算技术、响应面近似模型技术和优化算法技术等，使得整个设计优化过程快速、有效，并且易于工程人员掌握。
本发明提供的基于响应面的揭盖机液压缸支承座优化设计方法，是一种基于响应面的差值拟合理论，预测优化揭盖机液压缸支承座最优设计方案的方法，其步骤包括：
（1）确定液压缸支承座的基本外形及初步尺寸：
分析揭盖机液压缸支承座的受力与应力分布，确定支承座的外形及初步尺寸，完成概念设计；
（2）分析并定义影响液压缸支承座形状的尺寸变量、定义域及其相互约束关系：
在保证支承座承载能力的基础上，分析影响其形状的尺寸变量，包括：钢板长、宽、倾斜角度，过渡圆角半径，以及焊缝坡口尺寸等，定义变量的相互几何约束，并给定这些变量的定义域；
（3）采用拉丁超立方实验设计方法对设计空间进行采样：
将                                               
Figure 201110328429X100002DEST_PATH_IMAGE002
维设计空间中的每一维均匀划分为
Figure 201110328429X100002DEST_PATH_IMAGE004
个等量区间，并在每个等量区间内随机采样，实现对每一维坐标轴进行均匀覆盖，最终实现通过
Figure 965015DEST_PATH_IMAGE004
个采样点覆盖整个液压缸支承座的设计空间；
（4）有限元软件仿真计算油缸支承座的应力、应变：
依据样本数据进行实体建模，利用有限元方法分析液压缸支承座的应力响应，得到样本数据所对应的结构形式的应力，即为整个设计空间中样本数据的响应值；
（5）构建响应面模型并进行评估：
用样本数据及应力值构建响应面近似模型，得到模型，并对响应面模型的精度进行评估，式中，
Figure 201110328429X100002DEST_PATH_IMAGE008
表示采用有限元方法得到的样本数据响应值，
Figure 201110328429X100002DEST_PATH_IMAGE010
表示
Figure 293229DEST_PATH_IMAGE004
组采样数据值，表示
Figure 902064DEST_PATH_IMAGE010
与
Figure 731349DEST_PATH_IMAGE008
之间的函数关系；
（6）构建、求解数学优化模型并确定最终方案：
构建数学优化模型，求解最小应力值，并采用有限元方法进行验证，确定支承座最优化设计方案；
经过上述步骤，实现基于响应面的揭盖机液压缸支承座优化设计。
本发明实现步骤（3）的方法可以是：每一维坐标轴代表一个设计变量，因此，
Figure 742030DEST_PATH_IMAGE002
个设计变量即组成
Figure 709986DEST_PATH_IMAGE002
维设计空间。设计人员按照设计规范和要求，确定个采样点，然后分别对
Figure 48881DEST_PATH_IMAGE002
维的坐标均匀划分为段区间，整个设计空间就被划分为
Figure 201110328429X100002DEST_PATH_IMAGE014
个子空间，从中选择
Figure 459451DEST_PATH_IMAGE004
个子空间，
Figure 42879DEST_PATH_IMAGE004
个采样点分别随机分布在这个子空间内部，并且保证每个子空间内部只有一个采样点，在这种机制的规范下，只采用
Figure 277868DEST_PATH_IMAGE004
个采样点即可覆盖整个揭盖机液压缸支承座的空间，每维坐标的采样点为
Figure 118785DEST_PATH_IMAGE004
个。
本发明实现步骤（4）的方法可以是：获得的组采样数据，是相关结构的外形变量尺寸值，根据这些尺寸值，完成揭盖机液压缸支承座三维实体建模。然后对此三维实体模型添加边界条件及相关约束，采用有限元方法进行计算，得到样本数据尺寸所确定的结构形式的应力。得到的应力值即为整个液压缸支承座设计空间中样本数据的响应值。
本发明实现步骤（5）的方法可以是：对应支承座尺寸变量
Figure 201110328429X100002DEST_PATH_IMAGE016
，在确定的边界条件及约束后，得到应力值，然后构建响应面方法，对实际得到的相关数据做多项式逼近处理以获得尺寸变量与结构应力之间的近似模型
Figure 898708DEST_PATH_IMAGE006
，最后采用包括最大绝对误差，最大真实误差，平均绝对误差、平均真实误差和平均误差指标，评估响应面近似模型的精度。
本发明实现步骤（6）的方法可以是：构建响应面近似模型后，以支承座的外形参数的几何关系和重型机械设计相关标准为约束，以支承座所受应力为优化目标，建立数学优化模型进行函数优化，获取整个设计空间中的最优数值解，最后，采用有限元计算方法对优化得到的最佳方案进行验证，确定支承座的最优化设计方案。
所述数学优化模型为：前面所述的基于变量
Figure 738488DEST_PATH_IMAGE016
与应力值建立的响应面模型，表示出了液压缸支承座变量与应力之间的非线性函数关系
Figure 511589DEST_PATH_IMAGE006
。由于液压缸支承座的结构设计影响其工作时的应力变化，所以，以优化模型以
Figure 899845DEST_PATH_IMAGE006
为目标函数，以变量之间的几何关系、相关重型机械设计标准为约束，建立数学优化模型。
本发明采用有限元计算方法对优化得到的最佳方案进行验证的方法可以是：由于采用数学优化模型得到的最优解是在近似模型的基础上计算获得，存在一定误差，所以本发明在计算获得最优解后，采用有限元模型对数值计算的最优方案进行分析，验证基于响应面的数值优化计算得到的应力值是否真实，保证整个发明计算过程与结果的可信度。
所述支承座的最优化设计方案是：传统的有限元计算方法，只能试算整个液压缸支承座设计空间中的几个设计方案，采用手工设计的方法很难得到全局最优方案。本发明采用基于响应面模型的数学优化模型为指导，保证计算结果为整个设计空间的最优解，即在揭盖机液压缸支承座设计方案中，这种设计变量所确定的结构受交变载荷后应力最小。
本发明与现有技术相比，具有以下的主要有益效果：
1. 计算速度快，缩短揭盖机的开发设计时间。即使是采用先进的有限元计算软件能够较为准确并快速的仿真支承座的受力情况，但是对于不同的变量，工程设计人员需要进行大量的方案仿真计算，时间花费大。本发明在实验设计采样的基础上，经过少量采样计算，即可确定支承座最优化设计方案。
2. 设计方案最优。传统手工计算的方法，即使经过大量的变量修改，也不能保证整个支承座的设计方案最优。本发明通过智能优化方法能够得到液压缸支承座的整个设计空间的最优设计方案。便于指导工程设计人员对进行最优结构设计。
3. 计算精度高。采用先进的响应面模型对支承座的变量值和应力响应值进行近似建模，能够通过选择响应面模型的阶数保证整个计算过程的精度，误差控制在10-6mm以内，足够满液压缸足支承座设计要求。
4. 在液压缸支承座的设计中，采用了拉丁超立方实验设计方法，实现了利用有限采样点最大限度的覆盖整个支承座设计变量组成的设计空间。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为揭盖机液压缸支承座的结构示意图。
图3为图2的俯视图。
图4为，
Figure 201110328429X100002DEST_PATH_IMAGE022
相对于y的三维图。
图5为等高线图。
图6为，
Figure 201110328429X100002DEST_PATH_IMAGE024
相对于y的三维图.
图7为等高线图。
图8为实验采样点处近似值与真实值误差图。
图9为实验采样点处近似值与真实值残差百分比图。
图中：1.提升液压缸； 2.液压缸支承座； 3.旋转座。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
本发明提供的基于响应面的揭盖机液压缸支承座优化设计方法，其流程如图1所示，步骤包括： 
1. 确定液压缸支承座的基本外形；
在满足揭盖机液压缸支承座的所有功能的基础上，分析整个支承座的受力与应力分布，根据设计规范及经验，确定支承座的外形及初步尺寸等，完成初步概念设计。
具体是：旋转式揭盖机通过提拉旋转将沟盖移动到工作位或者检修位，提拉沟盖的动作主要是通过提升液压缸推动杠杆臂完成。因此液压缸支承座是整个揭盖机完成其揭盖功能的关键部件，极易产生应力集中。支承座上的开孔用于将液压缸固定于支承座上。由于整个提升过程会产生1.06×106N的交变载荷，根据设计经验需要在支承座的上部做成斜拉式的结构。但是，由于受到液压缸行程摆动的影响，标准的直线式斜拉结构受到限制，所以初步确定方案为图2所示，带圆弧过渡的斜拉式结构，其中各个变量如何最终确定需要进行优化设计，如果采用人工组合各种方案需要大量的人力和计算时间。
2. 分析并定义影响液压缸支承座形状的尺寸变量、定义域及其相互约束；
经过概念设计，在保证支承座有足强度的基础上，确定影响其形状的尺寸变量如钢板长、宽、倾斜角度，过渡圆角以及焊缝坡口尺寸等，定义这些变量的相互约束。并根据重型机械标准以及设计规范，确定这些变量的定义域。
例如：如图2和图3所示，提升液压缸1固定在液压缸支承座2上，液压缸支承座焊接到旋转座3筒壁上。根据实际设计需要，定义四个支承座的主要设计尺寸变量，
Figure 652218DEST_PATH_IMAGE020
：支承座上横向倾斜角度；
Figure 697534DEST_PATH_IMAGE022
：支承座上竖向倾斜角度；：支承座上过渡圆弧半径；
Figure 201110328429X100002DEST_PATH_IMAGE026
：支承座总高度。图2和图3中D为固定值275mm。
定义各个变量的定义域
Figure 201110328429X100002DEST_PATH_IMAGE028
，单位：度（
Figure 201110328429X100002DEST_PATH_IMAGE030
）；
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，单位：度（
Figure 828487DEST_PATH_IMAGE030
）； 
Figure DEST_PATH_IMAGE034
，单位：mm；
Figure DEST_PATH_IMAGE036
，单位：mm，并确定四个变量的初始值为，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
，。
3. 采用拉丁超立方实验设计方法对空间进行采样；
拉丁超立方方法是一种均匀采样的实验设计方法，能够实现以较少采样点最大限度覆盖整个设计空间特点的目的。在揭盖机液压缸支承座设计优化过程中，定义每一维坐标轴代表一个设计变量，因此，
Figure 447687DEST_PATH_IMAGE002
个设计变量即组成
Figure 121245DEST_PATH_IMAGE002
维设计空间。由于高维设计空间的计算代价高，计算时间长，所以，采用拉丁超立方方法对整个
Figure 320145DEST_PATH_IMAGE002
维揭盖机液压缸支承座的空间进行数值采样，以达到用较少采样点最大限度覆盖整个设计空间的目的。设计人员按照设计规范和要求，确定个采样点，然后分别对
Figure 982388DEST_PATH_IMAGE002
维的坐标均匀划分为段区间，整个设计空间就被划分为
Figure 4887DEST_PATH_IMAGE014
个子空间，从中选择
Figure 528273DEST_PATH_IMAGE004
个子空间，个采样点分别随机分布在这
Figure 589955DEST_PATH_IMAGE004
个子空间内部，并且保证每个子空间内部只有一个采样点，在这种机制的规范下，实现以
Figure 130658DEST_PATH_IMAGE004
个采样点最大限度覆盖整个支承座设计空间的高效率采样。
例如：以4个设计变量（，
Figure 640454DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 369376DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 448190DEST_PATH_IMAGE026
）组成4维设计空间。采用拉丁超立方方法对整个4维揭盖机液压缸支承座的空间进行数值采样，以达到用较少采样点最大限度覆盖整个设计空间的目的。设计人员按照设计规范和要求，确定15个采样点，然后分别对4维的坐标均匀划分为15段区间，整个设计空间就被划分为154个子空间，从中选择15个子空间，15个采样点随机分布在这个15个子空间内部，并且保证每个子空间内部只有一个采样点，在这种机制的规范下，达到用较少采样点最大限度的覆盖整个设计空间的目的。
4. 有限元软件仿真计算油缸支承座的应力、应变；
获得的
Figure 946167DEST_PATH_IMAGE004
组采样数据，是相关结构的外形变量尺寸值，根据这些尺寸值，完成揭盖机液压缸支承座三维实体建模。然后对此三维实体模型添加边界条件及相关约束，采用有限元方法进行计算，计算样本数据尺寸所对应的结构形式的应力。此应力值即为整个液压缸支承座设计空间中样本数据的响应值。
例如：本实施例获得的15组采样数据（如表1所示），是相关结构的外形变量尺寸值，根据这些尺寸值，完成揭盖机液压缸支承座三维实体建模。然后对此三维实体模型添加边界条件及相关约束，采用有限元方法进行计算，得到样本数据尺寸所对应的结构形式的应力。得到的应力值即为整个液压缸支承座设计空间中样本数据的响应值Y。详细响应值数据见表1。
5. 构建响应面模型并进行评估：
对应支承座外形变量
Figure 858760DEST_PATH_IMAGE016
，在确定的边界条件及约束后，得到的应力值
Figure 74977DEST_PATH_IMAGE018
，特别是对于结构较为复杂的分析对象，
Figure DEST_PATH_IMAGE046
之间是一种未知的高度非线性关系，经典的材料力学无法求得其函数关系。响应面方法，是一种利用统计学和数学的知识，通过简单的表达式对实际得到的相关数据做多项式逼近处理以获得外形参数与结构应力之间的近似模型，有利于进一步进行支承座的结构分析计算。响应面模型建立后，采用最大绝对误差，最大真实误差，平均绝对误差、平均真实误差和平均误差等指标，评估响应面近似模型的精度。
例如：根据表1中的采样点尺寸变量值和应力值，以为尺寸变量，以Y为响应，采用响应面近似模型进行建模，得到二次响应面的表达式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE050
 
Figure DEST_PATH_IMAGE052
图4和图5分别为
Figure 496917DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 439466DEST_PATH_IMAGE022
相对于y的三维图与等高线图，图6和图7分别为，
Figure 298017DEST_PATH_IMAGE024
相对于y的三维图与等高线图。对得到的响应面模型中每个实验采样点进行误差评估，得到评估指标值如下：
最大绝对误差：2.8422×10-13                   最大真实误差：1.6241×10-13
平均绝对误差：1.1842×10-13             平均真实误差：8.0544×10-13
平均误差：    4.4527×10-13
5项评估指标说明，计算得出的响应面模型与真实采样点之间的误差在10-13级别，在工程设计项目中这样的误差绝对能够满足要求。图8为实验采样点处近似值与真实值误差图，图9为实验采样点处近似值与真实值残差百分比图。从图8和图9中看出在第9组采样点处近似值与真实值的误差最大，在第4组采样点出近似值与真实值的误差最小。不过都控制在10-12mm范围之内。
6. 构建、求解数学优化模型并确定最终方案。
构建响应面近似模型后，以支承座的尺寸变量之间几何关系和重型机械设计相关标准为约束，以支承座所受应力为优化目标，建立数学优化模型进行函数优化，求解整个支承座设计空间中的最优数值解。按照最优解数值并结合工程应用要求，确定尺寸变量的最优取值。最后采用有限元计算方法对优化得到的最佳方案进行验证，确定支承座的最终优化设计方案。
例如：本实施例在建立了设计变量
Figure 301745DEST_PATH_IMAGE048
与应力
Figure 149616DEST_PATH_IMAGE008
的响应面近似模型后，确定优化的数学模型如下：
求目标函数最小值：
Figure DEST_PATH_IMAGE054
   
Figure 74846DEST_PATH_IMAGE052
约束为：
Figure DEST_PATH_IMAGE056
；             
Figure DEST_PATH_IMAGE058
；
Figure DEST_PATH_IMAGE060
；           
Figure DEST_PATH_IMAGE062
；     
用蚁群优化算法，求得上述数学模型的最有解为：
，
Figure DEST_PATH_IMAGE068
mm，，
Figure DEST_PATH_IMAGE072
mm，此时，
Figure DEST_PATH_IMAGE074
Mpa
根据实际机械设计规范与经验，对上述四个变量取整为：
Figure DEST_PATH_IMAGE076
，
Figure DEST_PATH_IMAGE078
mm，
Figure DEST_PATH_IMAGE080
，
Figure DEST_PATH_IMAGE082
mm，
遵循上述设计变量的取值建立三维模型，设定实际工况边界条件与约束，并进行有限元方法进行计算，得到最大应力值为75.9Mpa。利用设计变量的初始取值
Figure DEST_PATH_IMAGE084
，mm，
Figure DEST_PATH_IMAGE088
，
Figure 830313DEST_PATH_IMAGE044
mm，进行有限元计算得到应力最大为168Mpa。采用此发明方法设计前后液压缸支承座设计变量与应力对比结果如表2所示，优化后的液压缸支承座应力比优化前降低54.8%。
上述实施例子的详细步骤与结果表明，本发明提出的基于响应面的旋转式揭盖机液压缸支承座优化设计方法，结合拉丁超立方采样方法，并基于响应面近似模型，获得支承座最优设计方案，优化后将应力降低了54.8%。解决了原始手工进行设计优化无法获得支承座整个设计空间最优解的问题，此发明提高了液压缸支承座的设计开发效率，缩短产品开发周期，并且通过智能计算方法辅助设计人员获得可靠性高的液压缸支承座最优化设计方案。
附表
表1                       实验采样数据及应力响应
 
Figure 157389DEST_PATH_IMAGE020
(
Figure 441740DEST_PATH_IMAGE030
)
Figure 385425DEST_PATH_IMAGE022
(mm)
Figure 147845DEST_PATH_IMAGE024
(
Figure 329427DEST_PATH_IMAGE030
)
Figure 784679DEST_PATH_IMAGE026
(mm)		 Y(MPa)
1 1 15 30 380 180
2 2 5 32 385 203
3 3 23 34.7 390 170
4 4.5 7 42 405 138
5 5 17 44 408.6 168
6 6 30 46.6 410 156
7 7.4 9 52 445 186
8 8 19 54 400 170
9 9.2 24 58 395 162
10 10 25 60 415 99.5
11 11 14 50.3 442 105
12 12 20 48 437 103
13 13.6 27 36 430 92
14 14 12 38 425 127
15 15 22 40 420 125
表2                液压缸支承座设计变量与应力优化前后对比表
 
Figure 340294DEST_PATH_IMAGE020
(
Figure 906405DEST_PATH_IMAGE030
)
Figure 942494DEST_PATH_IMAGE022
(mm)
Figure 568648DEST_PATH_IMAGE024
(
Figure 486925DEST_PATH_IMAGE030
)
Figure 591147DEST_PATH_IMAGE026
(mm)
Figure 747322DEST_PATH_IMAGE008
(MPa)
优化前 15 45 60 450 75.9
优化后 10 20 50 380 168

Claims (8)

1.一种基于响应面的揭盖机液压缸支承座优化设计方法，其特征是一种基于响应面的差值拟合理论，预测优化揭盖机液压缸支承座最优设计方案的方法，其步骤包括：
（1）确定液压缸支承座的基本外形及初步尺寸：
分析揭盖机液压缸支承座的受力与应力分布，确定支承座的外形及初步尺寸，完成概念设计；
（2）分析并定义影响液压缸支承座形状的尺寸变量、定义域及其相互约束关系：
在保证支承座承载能力的基础上，分析影响其形状的尺寸变量，包括：钢板长、宽、倾斜角度，过渡圆角半径，以及焊缝坡口尺寸等，定义变量的相互几何约束，并给定这些变量的定义域；
（3）采用拉丁超立方实验设计方法对设计空间进行采样：
将                                                维设计空间中的每一维均匀划分为
Figure 201110328429X100001DEST_PATH_IMAGE003
个等量区间，并在每个等量区间内随机采样，实现对每一维坐标轴进行均匀覆盖，最终实现通过个采样点覆盖整个液压缸支承座的设计空间；
（4）有限元软件仿真计算油缸支承座的应力、应变：
依据样本数据进行实体建模，利用有限元方法分析液压缸支承座的应力响应，得到样本数据所对应的结构形式的应力，即为整个设计空间中样本数据的响应值；
（5）构建响应面模型并进行评估：
用样本数据及应力值构建响应面近似模型，得到模型
Figure 743400DEST_PATH_IMAGE004
，并对响应面模型的精度进行评估，式中，表示采用有限元方法得到的样本数据响应值，
Figure 694038DEST_PATH_IMAGE006
表示
Figure 576543DEST_PATH_IMAGE003
组采样数据值，
Figure 201110328429X100001DEST_PATH_IMAGE007
表示
Figure 584819DEST_PATH_IMAGE006
与
Figure 527368DEST_PATH_IMAGE005
之间的函数关系；
（6）构建、求解数学优化模型并确定最终方案：
构建数学优化模型，求解最小应力值，并采用有限元方法进行验证，确定支承座最优化设计方案；
经过上述步骤，实现基于响应面的揭盖机液压缸支承座优化设计。
2.根据权利要求1所述的基于响应面的揭盖机液压缸支承座优化设计方法，其特征在于实现步骤（3）的方法是：每一维坐标轴代表一个设计变量，因此，
Figure 496461DEST_PATH_IMAGE001
个设计变量即组成
Figure 917078DEST_PATH_IMAGE001
维设计空间；设计人员按照设计规范和要求，确定
Figure 389647DEST_PATH_IMAGE003
个采样点，然后分别对
Figure 503097DEST_PATH_IMAGE001
维的坐标均匀划分为
Figure 834852DEST_PATH_IMAGE003
段区间，整个设计空间就被划分为
Figure 59160DEST_PATH_IMAGE008
个子空间，从中选择
Figure 120657DEST_PATH_IMAGE003
个子空间，
Figure 936166DEST_PATH_IMAGE003
个采样点分别随机分布在这
Figure 348693DEST_PATH_IMAGE003
个子空间内部，并且保证每个子空间内部只有一个采样点，在这种机制的规范下，只采用个采样点即可覆盖整个揭盖机液压缸支承座的空间，每维坐标的采样点为
Figure 558275DEST_PATH_IMAGE003
个。
3.根据权利要求1所述的基于响应面的揭盖机液压缸支承座优化设计方法，其特征在于实现步骤（4）的方法是：获得的
Figure 403740DEST_PATH_IMAGE003
组采样数据，是相关结构的外形变量尺寸值，根据这些尺寸值，完成揭盖机液压缸支承座三维实体建模；然后对此三维实体模型添加边界条件及相关约束，采用有限元方法进行计算，得到样本数据尺寸所确定的结构形式的应力；得到的应力值即为整个液压缸支承座设计空间中样本数据的响应值。
4.根据权利要求1所述的基于响应面的揭盖机液压缸支承座优化设计方法，其特征在于实现步骤（5）的方法是：对应支承座尺寸变量
Figure 201110328429X100001DEST_PATH_IMAGE009
，在确定的边界条件及约束后，得到应力值
Figure 303563DEST_PATH_IMAGE010
，然后构建响应面方法，对实际得到的相关数据做多项式逼近处理以获得尺寸变量与结构应力之间的近似模型
Figure 869673DEST_PATH_IMAGE004
，最后采用包括最大绝对误差，最大真实误差，平均绝对误差、平均真实误差和平均误差指标，评估响应面近似模型的精度。
5.根据权利要求1所述的基于响应面的揭盖机液压缸支承座优化设计方法，其特征在于实现步骤（6）的方法是：构建响应面近似模型后，以支承座的外形参数的几何关系和重型机械设计相关标准为约束，以支承座所受应力为优化目标，建立数学优化模型进行函数优化，获取整个设计空间中的最优数值解，最后，采用有限元计算方法对优化得到的最佳方案进行验证，确定支承座的最优化设计方案。
6.根据权利要求5所述的基于响应面的揭盖机液压缸支承座优化设计方法，其特征在于所述数学优化模型为：前面所述的基于变量与应力值
Figure 63074DEST_PATH_IMAGE010
建立的响应面模型，表示出了液压缸支承座变量与应力之间的非线性函数关系
Figure 450193DEST_PATH_IMAGE004
；由于液压缸支承座的结构设计影响其工作时的应力变化，所以，以优化模型以
Figure 819995DEST_PATH_IMAGE004
为目标函数，以变量之间的几何关系、相关重型机械设计标准为约束，建立数学优化模型。
7.根据权利要求5所述的基于响应面的揭盖机液压缸支承座优化设计方法，其特征在于采用有限元计算方法对优化得到的最佳方案进行验证的方法是：在计算获得最优解后，采用有限元模型对数值计算的最优方案进行分析，验证基于响应面的数值优化计算得到的应力值是否真实，保证整个发明计算过程与结果的可信度。
8.根据权利要求5所述的基于响应面的揭盖机液压缸支承座优化设计方法，其特征在于所述支承座的最优化设计方案是：采用基于响应面模型的数学优化模型为指导，保证计算结果为整个设计空间的最优解，即在揭盖机液压缸支承座设计方案中，这种设计变量所确定的结构受交变载荷后应力最小。
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