Page 121 - 《橡塑技术与装备》2026年1期

产品与设计
PRODUCT AND DESIGN

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范》 GB50017—2017 [4] 规定 ：弹性模量 E=2.06×10 3 模型参数化及变量筛选
MPa; 屈 服 应力 σ s =235 MPa, 泊 松比 μ=0.3, 密 度 ρ=7 3.1 建立参数化模型
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850 kg/m 。计算初始重量为 1 169.3 kg。由于机架为 常见轻量化主要有两种方法 ：一是利用比强度高
热轧板焊接组成，零件之间采用 bonding 接触，其余 材料，二改进结构设计布局，使得材料分布更为合理，
设置软件默认。网格划分方法 ：采用自适应网格方法 , 从而提高强度降低质量。本文利用 Space claim 对模
设置网格大小 6 mm，，混合实体单元形式，分辨率为 7。 型的板厚、侧板角度尺寸作为输入设计变量。同时，
单元总数为 787 716，节点数为 2 085 612。网格质量 为保证零件的焊接工艺一致性，确定支撑板厚度不变。
平均为 0.83，长宽比平均为 1.84，扭曲度平均为 0.25， 设计变量为 9 个，确定板的厚度范围 8~20 mm，角度
其质量较高，因此能保证足够的计算精度。原气缸连 尺寸 0~5°，输出变量分别为机架质量、应力水平和位
接板处安装缸径为 350 mm，工作压力为 0.6 MPa. 故 移变形为 3 组目标参数。
而换算为拉力作用于连接板处，大小为 57 728 N。施 3.2 相关性分析理论
加支撑板下底面为固定约束，同时施加向下重力加速 原有参数化模型虽然设置 9 个设计变量，但由于
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度-9 800 mm/s 。以上相关设置完成后，进行求解。 其中的不同变量在其取值范围对目标参数影响大小不
一致。若采用试错法 , 易造成方向盲目不易获取优化
2 静力学分析结果 方案，造成对计算资源和产品原材料浪费。其次，不
图 2 为等效应力分析结果，图 3 为 z 向变形值。 利于研究设计变量对目标参数的影响权重，无法对以
模型应力最大值在气缸连接板处，应力值为 59.453 后的相关同类产品设计提供经验参照。因此，在优化

MPa。Z 向位移 -0.203 mm。故而，原有设计方案有 之前，需对参数的相关性进行分析进而筛选影响较大
一定的轻量化空间。 的变量。
所谓敏感性分析即相关分析，是指从定量分析的
角度研究有关因素发生某种变化对某一个或一组关键
指标影响程度的一种不确定分析技术。其实质是通过
逐一改变相关变量数值的方法来解释关键指标受这些
因素变动影响大小的规律 [5] 。本文所采用的 Spearman
相关计算方法，为软件默认算法。在输入变量范围内
生成样本数据点，按照样本点进行排序，数据排序等
级大小替代原有样本数据点计算相关系数。该方法适
用于非线性、变量间存在单调相关性。具体计算方法
如式（1）：
图 2 等效应力云图 n
∑ ( x − x )( y − ) y
i
i
r = n i= 1 n (1)
∑ ( x − ) x 2 ∑ ( y − ) y 2
i
i
i= 1 i= 1
式中： r 为相关系数； n 为样本容量； x i 设计变量值 ,
x 为输入参数平均值 ； y i 为目标参数值，y 为目标参数
平均值。r 的绝对值大小判定相关性的强弱 ：当 r 为正
数表示两组变量之间成正相关性 ；当 r 为负数 , 二者
成负相关性。
3.3 相关性计算结果
本文采用 150 个样本点进行计算，为缩短计算时
间，设置收敛自动停止。其自动停止依据采用软件默
图 3 z 向位移云图
认参数值。经计算，最终收敛频数为 101。计算结果

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