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实验设计与分析
试验设计与分析结课论文
姓名:
XXX
学号:
XXXXXXXX
班级:
XXXXXXXXXXXXXX
院系:
XXXXXXXXXXXXX
2011年3月12日
基于试验设计分析方法的轻卡车身结构优化
引言:
科学技术的发展和人们生活观念的不断进步,给汽车行业的发展带来了前所未有的机遇和挑战。
DOE技术由于其诸多的优点在工程技术研究各领域的应用日趋广泛。
以实现车身的轻量化为目标,将DOE分析方法引入到车身板厚参数的优化中,得到可行的优化方案,DOE分析及优化技术由于具有设计灵活、计算简便、试验次数少、可靠性高、适用面广等特点,因而发展迅速,已成为现代设计方法中的一个重要分支。
DOE分析方法作为一种有效的数理统计和实验因素分析方法,在工程技术研究各领域的应用非常广泛,特别是在一些科技前沿领域[1-3]。
1.实验目的
轻卡车身的结构主要包括驾驶室地板、前围、顶盖、后围和加强筋结构。
整个车身由大面积的覆盖件焊接而成,不同区域的板厚会对模态频率和刚度有很大的影响。
所以引入DOE分析方法把地板、前围、顶盖和后围的板厚作为优化的变量参数,以减轻重量为目标。
通过调整它们的板厚来对轻卡车身结构进行优化,并实现车身的轻量化。
2.试验安排
2.1试验因素和水平的确定
因素水平数的增加会使试验次数急剧增加。
因此对于水平的选择应该以少为佳。
考虑到因素的变化与指标之间可能不是线性关系,在选取水平时两个水平的间距不宜过大[4],否则就很难对两个水平之间的指标值进行判断。
基于工程实际需要,选取的水平必须在设计中是现实可行的。
在板厚因素水平选择中,最佳水平应该与实际生产中的常用板厚相一致,反之得到的试验结果就没有实际应用价值。
在本次DOE分析过程中共选择了4个因素每个因素取3个水平,因素水平表如表1所示。
[5]
表1因素水平表
因
素
数
水平
中地板/mm
后地板/mm
顶盖/mm
前围/mm
1
0.8
0.8
0.8
1
2
1
1
1
1.2
3
1.2
1.2
1.2
1.5
2.2表头设计
这是一个4因素3水平的正交试验,不考虑交互作用,所以采用L9(34)进行正交试验。
表2表头设计
水平
因素
1
2
3
4
3
A
B
C
D
2.3试验分析计算
设计一个4因素3水平的标准正交矩阵与(34),由正交表得到9个试验方案。
根据这9个不同水平组合下的设计参数,利用Minitab依次进行分析,计算得到每个试验的第一阶扭转频率和车身质量。
计算结果如表3所示。
表3试验方案与试验结果
1
2
3
4
实验结果
因素
中地板
后地板
顶盖
前围板
质量/Kg
实验1
0.8
0.8
0.8
1
328.68
实验2
0.8
1
1
1.2
336.32
实验3
0.8
1.2
1.2
1.5
344.93
实验4
1
0.8
1
1.5
339.34
实验5
1
1
1.2
1
340.18
实验6
1
1.2
0.8
1.2
339.22
实验7
1.2
0.8
1.2
1.2
342.23
实验8
1.2
1
0.8
1.5
342.24
实验9
1.2
1.2
1
1
343.08
3.minitab分析过程
第一步
统计---DOE---田口---创建田口设计
第二步,选取水平
第二步将指标填入表中
第四步:
统计—DOE—田口—分析田口设计—响应数据选择“C5质量”,得到均值主效应图.
第四步方差分析统计—方差分析—一般线性模型
响应选“质量”,模型分别选择“A”、“B”、“C”、“D”—设计,“结果显示”选择默认选项,“显示与项对应的最小二乘值”分别选择“A”、“B”、“C”、“D”,得到下图.
4.结 语
从质量指标的方差分析可以看出中地板的效应最显著,前围板对质量的影响最小。
因素水平确定根据方差显著性分析,前围板对白车身质量的贡献最小,所以前围板的最佳水平取水平3。
后地板和顶盖对车身的质量贡献较,所以后地板和顶盖的佳水平取水平1。
中地板虽然对频率的影响次之,是对质量的影响最大,可按照车身轻量化和经济的原则取水平1。
通过试验设计分析结果确定中地板、后地板、盖和前围板的最佳水平组合为1,1,1,3。
最终得到个板厚的优化结果如表所示。
车优化后的结果
板板厚/mm
中地板
后地板
顶盖
前围板
原始厚度
1
1
1
1.2
优化厚度
0.8
0.8
0.8
1.5
通过DOE分析结果确定地板、顶盖、后围和前围的最佳水平组合为1,1,1,3。
车身重量也有一定幅度的减轻。
参考文献:
[1]ShinMK,ParkKJ,ParkGJ.DesignofExperimentBasedAnalysisforSheetMetalBlankingProcessesOp-timization[J].TheInternationalJournalofAdvancedManufactureTechnology,2002,19(6):
403-410.
[2]HambliR.DesignofExperimentBasedAnalysisforSheetMetalBlankingProcessesOptimization[J].TheInternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology,2004,19(6):
402-409.
[3]TarimTB,KuntmanH.Hakan.Statisticaldesignoflowpowersquare-lawCMOScellsforhighyield[J].AnalogIntegratedCircuitsandSignalProcessing,2000,23(3):
237-248.
[4]陈魁著.实验设计与分析[K].北京:
清华大学出版社,2005
[5]李学修,黄虎,刘长虹.基于试验设计分析方法的轻卡车身结构优化[J1.上海工程技术大学学报,2007,21
(2):
104一108.
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- 实验设计 分析
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