Dans le domaine de la mécanique et de l’ingénierie, les fixations sont des éléments de connexion essentiels dont les performances et la qualité sont déterminantes pour l’ensemble du système. Avec les progrès continus de la technologie, des exigences plus élevées sont imposées pour la conception et l’optimisation des fixations. Afin d’améliorer les performances et de réduire les coûts des fixations, une stratégie de conception optimisée des fixations basée sur un modèle de surface de réponse a fait l’objet d’un grand intérêt. Les concepts de base de cette stratégie, les méthodes de mise en œuvre et les effets de son application sont présentés.
Les stratégies de conception optimisées pour les fixations sont importantes pour améliorer les performances des produits et réduire les coûts de fabrication. Les méthodes traditionnelles de conception des fixations mettent souvent l’accent sur un seul indicateur, comme la résistance et la stabilité, et négligent l’influence d’autres facteurs. Une stratégie de conception optimisée basée sur un modèle de surface de réponse permet une conception optimisée des fixations en établissant un modèle d’optimisation complet et systématique qui intègre plusieurs facteurs.
La stratégie de conception optimale des fixations basée sur un modèle de surface de réponse consiste principalement à élaborer un modèle mathématique décrivant les relations entre les variables de conception et la fonction objective. Le modèle intègre plusieurs facteurs, y compris les propriétés des matériaux, les dimensions géométriques, le traitement de surface, etc. Au cours de la construction du modèle, les relations d’interaction entre les différents facteurs ont été déterminées à l’aide d’un plan expérimental et d’une analyse des données, et le modèle a été ajusté à l’aide de méthodes mathématiques. Enfin, le modèle est résolu itérativement à l’aide d’algorithmes d’optimisation pour trouver une solution de conception répondant à l’optimum multiobjectif.
Les étapes de mise en œuvre d’une stratégie de conception optimisée des fixations basée sur un modèle de surface de réponse sont les suivantes:
Détermination des variables de conception: les paramètres de conception qui ont une incidence significative sur les propriétés des fixations sont choisis comme variables de conception, comme le type de matériau, le diamètre, la longueur, l’espacement des filets, etc.
Déterminer la fonction objective: en fonction des exigences de conception, déterminer la fonction objective qui doit être optimisée, par exemple minimiser le poids, maximiser la résistance, minimiser les coûts, etc.
Conception expérimentale: en fonction des variables de conception et de la fonction objectif, le protocole expérimental est élaboré, y compris les objectifs, les méthodes et les flux expérimentaux.
Acquisition et analyse des données: les données sont obtenues expérimentalement et analysées à l’aide de méthodes d’analyse statistique, y compris les statistiques descriptives des données, l’analyse de corrélation, l’analyse de régression, etc.
Élaboration d’un modèle de surface de réponse: à partir des données expérimentales et des résultats d’analyse, des modèles de surface de réponse sont élaborés à l’aide de méthodes mathématiques telles que des modèles de régression polynomiale, des modèles de réseaux neuronaux, etc.
Sélection et résolution d’algorithmes d’optimisation: sélection d’algorithmes d’optimisation appropriés, tels que les algorithmes génétiques, les algorithmes de swarm de particules, les algorithmes de recuit simulé, etc., et résolution itérative du modèle de surface de réponse afin de trouver une solution de conception répondant à l’optimum multiobjectif.
Mise en œuvre et vérification de la solution: la solution de conception optimisée est appliquée à la production réelle et la vérification et l’évaluation des performances sont effectuées pour confirmer l’efficacité et la faisabilité de la solution de conception optimisée.
L’exemple de la conception optimisée d’un boulon de moyeu automobile illustre l’effet de l’application d’une stratégie de conception optimisée pour les fixations basée sur un modèle de surface de réponse. Dans ce cas, les variables de conception comprennent le type de matériau du boulon, le diamètre, la longueur, l’espacement des filets, etc. La fonction objectif est de minimiser le poids et de maximiser la résistance. Un modèle de régression polynomiale a été mis au point pour décrire les relations entre les variables de conception et la fonction objective à l’aide d’un plan expérimental et d’une analyse des données. Enfin, le modèle a été résolu itérativement à l’aide d’algorithmes génétiques, ce qui a permis de trouver une solution de conception répondant à l’optimum multiobjectif. Le poids des boulons optimisés est réduit de 20% et leur résistance augmentée de 15%, ce qui permet d’obtenir des résultats d’optimisation significatifs.
La stratégie de conception optimisée des fixations basée sur le modèle de surface de réponse présente des avantages évidents dans la conception des fixations. Elle permet de prendre en compte plusieurs facteurs pour atteindre une optimisation multi-objectifs, améliorer les performances de conception des produits et réduire les coûts de fabrication. Toutefois, cette stratégie présente certaines limites, telles que la complexité de la conception expérimentale et de l’analyse des données, les erreurs dans l’ajustement des modèles, etc. La recherche et les applications futures de la stratégie peuvent être développées dans les domaines suivants:
Amélioration des méthodes de conception expérimentale et d’analyse des données: amélioration de l’effet d’ajustement et de la fiabilité des modèles de surface de réponse grâce à l’amélioration des protocoles expérimentaux et à l’amélioration de la précision de l’acquisition des données;
Recherche d’algorithmes d’optimisation plus efficaces: explorer et développer des algorithmes d’optimisation plus efficaces pour augmenter la vitesse et la précision d’optimisation;
Élargir le champ d’application: appliquer cette stratégie à la conception et à l’optimisation d’un plus grand nombre de types de fixations afin d’élargir leur champ d’application;
Combiné avec la technologie de pointe moderne: combiné avec la technologie informatique moderne, l’intelligence artificielle, l’apprentissage machine et d’autres technologies pour réaliser l’automatisation et l’intelligence de la conception optimale des fixations.
En conclusion, la stratégie de conception optimale des fixations basée sur le modèle de la surface de réponse offre une nouvelle approche et une nouvelle approche de la conception et de la fabrication des fixations, qui ont une grande valeur théorique et d’application. Cette stratégie jouera un rôle de plus en plus important dans la conception et la fabrication des fixations à l’avenir, à mesure que la technologie progresse et que les domaines d’application s’élargissent.
