曾東明，何永，藺月敬，陶齊岡

(南京理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094)

0 靈敏度分析的意義

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，對零部件進行靈敏度分析越來越受到廣大研究人員的關(guān)注，在科學(xué)和工程實際中靈敏度分析顯得愈發(fā)重要。對零部件進行靈敏度分析，可以確定設(shè)計參數(shù)對零部件工作的影響，也可以充分反映各設(shè)計參數(shù)對零部件失效的影響程度，也就是所說的敏感性。因此靈敏度分析在設(shè)計和修改、優(yōu)化設(shè)計、產(chǎn)品維護等方面都起著非常重要的作用。

武器擊發(fā)機構(gòu)失效影響和多種因素相關(guān)，因此關(guān)于擊發(fā)機構(gòu)典型失效機理靈敏度的研究具有重要意義。事實上，若某個因素對擊發(fā)機構(gòu)失效有較大的影響，則在設(shè)計制造過程中就要對其嚴(yán)加控制，使其變化較小以保證擊發(fā)機構(gòu)足夠的安全可靠；反之，如果某個因素的變異性對擊發(fā)機構(gòu)工作的影響不顯著，則在進行設(shè)計時，就可以把它當(dāng)作確定量值處理以減少隨機變量的數(shù)目[1,2]。靈敏度分析的方法是一種可以獲得零部件靈敏度的數(shù)值方法，在基本隨機變量的概率特性已知的情況下，使用這種方法可以迅速準(zhǔn)確地得到零部件的靈敏度設(shè)計信息，提高工作效率。

1 基于iSIGHT-FD的擊發(fā)機構(gòu)靈敏度分析

選用iSIGHT-FD多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化集成平臺來完成擊發(fā)機構(gòu)典型失效機理的靈敏度分析工作。iSIGHT-FD軟件是一個集自動化分析計算和工業(yè)優(yōu)化設(shè)計于一體的多學(xué)科優(yōu)化軟件[3]。它可以集成仿真代碼并提供文件解析(參數(shù)變量修改和結(jié)果目標(biāo)值提取)、過程集成、自動優(yōu)化等智能支持，也可以方便的通過各個軟件的腳本將CAD建模、CAE加載、求解、分析等過程集成并完成集成過程的有序自動化，同時內(nèi)部提供多種優(yōu)化算法以得到最佳方案。

1.1 擊發(fā)機構(gòu)典型失效機理靈敏度分析仿真效果圖

在iSIGHT-FD軟件與ADAMS軟件聯(lián)合仿真中，iSIGHT-FD軟件提供優(yōu)化算法，ADAMS軟件提供擊發(fā)機構(gòu)模型以及各種仿真設(shè)置，對擊發(fā)機構(gòu)典型失效機理的靈敏度進行仿真分析。這里主要用到iSIGHT-FD軟件的simcode模塊(執(zhí)行操作系統(tǒng)命令)和DOE模塊(試驗設(shè)計)。iSIGHT-FD模塊集成效果圖如圖1。

圖1 iSIGHT-FD模塊集成效果圖

1.2 試驗設(shè)計(DOE)方法

iSIGHT-FD軟件提供了多種試驗設(shè)計方法來研究系統(tǒng)參數(shù)對目標(biāo)函數(shù)的靈敏度影響，主要有全因子法、參數(shù)試驗法、數(shù)據(jù)文件法、正交數(shù)組法、中心復(fù)合法、拉丁方法、優(yōu)化拉丁方法。本節(jié)用拉丁方法和正交數(shù)組這兩種試驗方法來對擊發(fā)機構(gòu)的典型失效機理進行靈敏度分析。

1.3 靈敏度分析參數(shù)的設(shè)定

擊發(fā)機構(gòu)分析的是擊發(fā)機構(gòu)的失效問題，也就是擊發(fā)機構(gòu)的擊發(fā)成功率。只要撥動子駐栓能夠釋放撥動子，擊錘正常撞擊擊針，如果擊針不出現(xiàn)問題，則擊發(fā)機構(gòu)就能夠正常擊發(fā)。因此在這里就等于分析擊發(fā)機構(gòu)中擊錘的位移是否滿足擊發(fā)機構(gòu)擊發(fā)的條件，故在本仿真分析中的輸出文件就是通過ADAMS軟件輸出的擊發(fā)機構(gòu)擊錘位移的文本文件。在本節(jié)主要分析的是擊發(fā)機構(gòu)典型失效機理，即摩擦力對擊發(fā)機構(gòu)擊錘失效的影響，因此選取如下參數(shù)作為試驗設(shè)計的參數(shù)：撥動子駐栓和炮閂之間的摩擦系數(shù)(模型中BDZZSHPSMC表示)，撥動子和撥動子之間摩擦系數(shù)(BDZHBDZZSMC)，發(fā)射器杠桿和發(fā)射器壓桿之間的摩擦系數(shù)(FSQGGHYGMC)，發(fā)射器杠桿自身轉(zhuǎn)動摩擦系數(shù)(FSQGGMC)，發(fā)射器推桿和發(fā)射器杠桿之間的摩擦系數(shù)(TGHFSQGGMC)，推桿和發(fā)射器支架之間的摩擦系數(shù)(TGMC)，碰撞轉(zhuǎn)桿和發(fā)射器推桿摩擦系數(shù)(PZZGHTGMC)，碰撞轉(zhuǎn)桿自身轉(zhuǎn)動摩擦系數(shù)(PZZGMC)，碰撞轉(zhuǎn)桿和底座轉(zhuǎn)桿摩擦系數(shù)(DZZGHPZZGMC)，電磁連桿自身轉(zhuǎn)動摩擦系數(shù)(NGMC)。

由于在實驗中測得鋼與鋼之間的靜摩擦系數(shù)：無潤滑時為0.15，有潤滑時0.1-0.15；動摩擦系數(shù)：無潤滑時為0.15，有潤滑時為0.05-0.1。所以各分析參數(shù)變量范圍如表1所示，試驗設(shè)計時采用iSIGHT-FD集成ADAMS擊發(fā)機構(gòu)多剛體動力學(xué)模型。分析參數(shù)變量對擊發(fā)機構(gòu)擊錘位移的影響程度，采用拉丁方法試驗設(shè)計共進行128次試驗計算；采用正交數(shù)組試驗方法時，每個因子選取4個水平，最低水平取設(shè)計空間下限值，最高水平取空間上限值，中間水平取0.05和0.1。

表1 分析變量取值范圍表

1.4 仿真結(jié)果及分析

在iSIGHT-FD軟件的分析結(jié)果中，通過Pareto圖可以清晰明了查看單個分析變量和分析變量之間相互作用對目標(biāo)函數(shù)的影響程度。Pareto圖按照對響應(yīng)參數(shù)影響程度的大小(以占總影響的百分?jǐn)?shù)比值表示貢獻率大小，所有因子的影響程度和為100%)，按照高到低的順序排列出所有分析變量及分析變量間的相互作用。圖2為采用拉丁方法試驗時單個分析變量及其組合對擊發(fā)機構(gòu)典型失效因素的影響，圖3為采用正交數(shù)組試驗方法時單個分析變量及其組合對擊發(fā)機構(gòu)典型失效因素的影響。

由圖2可以看出，在拉丁方試驗方法中，排名第一位的是撥動子駐栓與炮閂之間的摩擦，占8.6%；第二位的是撥動子駐栓與撥動子之間的摩擦，占8.1%；第三位的是撥動子駐栓與撥動子之間的摩擦和撥動子駐栓與炮閂之間的摩擦交互影響的結(jié)果，其比值為8%。

圖2 拉丁方試驗方法擊發(fā)機構(gòu)典型失效因素影響圖

由圖3可知，在正交數(shù)組試驗方法中，排名第一位的是撥動子駐栓與撥動子之間的摩擦和撥動子駐栓與炮閂之間的摩擦交互影響的結(jié)果，占7.4%；第二位的是撥動子駐栓與撥動子之間的摩擦，占7.3%；第三位的撥動子駐栓與炮閂之間的摩擦，占6.1%。

圖3 正交數(shù)組試驗法擊發(fā)機構(gòu)典型失效因素影響圖

根據(jù)在iSIGHT-FD軟件中分析的結(jié)果，經(jīng)綜合分析可知，從摩擦力的角度來看，影響擊發(fā)機構(gòu)擊發(fā)成功率最主要的因素是撥動子駐栓與撥動子駐栓之間的摩擦和撥動子駐栓和炮閂之間的摩擦，并且也符合實際情況，所以要想提高擊發(fā)成功率，降低擊發(fā)機構(gòu)的失效，應(yīng)著重減小這兩個地方的摩擦。

2 結(jié)語

基于iSIGHT-FD多學(xué)科優(yōu)化軟件，分別運用拉丁方法和正交數(shù)組的試驗設(shè)計方法對摩擦力引起的擊發(fā)發(fā)機構(gòu)失效情況進行了分析。首先建立了擊發(fā)機構(gòu)典型失效機理靈敏度分析仿真效果圖，然后進行了靈敏度分析參數(shù)的設(shè)定，最后利用ADAMS軟件和iSIGHT-FD軟件進行聯(lián)合仿真，仿真結(jié)果符合實際情況。從仿真結(jié)果可以看出，運用iSIGHT-FD軟件進行靈敏度分析是一種比較實用的分析方法。

[1] 張義民.機械零件的可靠性分析的參數(shù)靈敏度分析[J].機械強度, 2003, 25(6):657-660.

[2] 張義民, 劉巧伶, 聞邦椿.汽車零部件可靠性靈敏度計算和分析[J].中國機械工程,2005,16(11):10-26.

[3] 洪鵑, 孫成通.基于iSIGHT的多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化技術(shù)研究[J].臨沂師范學(xué)院學(xué)報.2009,31(3):62-65.

[4] 李云雁, 胡傳榮.試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2005.