随机参数刚架结构的平稳随机位移响应动力可靠性分析

研究物理参数具有随机性的刚架结构的平稳随机位移响应动力可靠性的计算方法。考虑结构的物理参数具有随机性，从结构随机响应的频域表达式出发，利用求解随机变量数字特征的代数综合法和矩法，导出随机参数刚架结构在平稳随机激励下的位移及速度响应均方值的数字特征，再由动力可靠性的Poisson公式导出结构动力可靠度的计算公式。通过算例就各参数的随机性对结构动力可靠度的影响进行分析，验证本文方法的可行性。     

平稳随机激励下线性随机结构动力响应分析

对于外载是平稳随机激励的线性随机结构分析问题,在随机变量函数矩点估计和虚拟激励法的基础上,建立随机响应均方值特征参数的矩估计算法.应用虚拟激励法将随机载荷转化为确定性简谐载荷,计算确定性结构在平稳随机激励下响应的均方值,采用点估计方法分析平稳响应均方值的均值和方差,并计算响应均方值的变异系数,通过两个算例考察结构参数的随机性对结构响应均方值的影响.由于基于随机变量函数矩的点估计和虚拟激励法具有较高的效率和精度,因而所提方法具有一定的工程意义.     

虚拟激励法在叶轮随机振动分析中的应用

叶轮在运转过程中受到各种随机气动载荷的作用。分析时可以采用时域方法，用单向耦合方式求解结构的位移及应力响应，但整个多载荷步瞬态分析十分耗时。本文基于频域分析，采用虚拟激励法求解随机气动载荷作用下叶轮结构的响应问题，同时利用ANSYS谐响应分析模块及 APDL 命令流，实现了多维多点虚拟激励法在离心式压缩机叶轮的工程应用，得到叶轮结构的响应谱特征，继而求得响应的均值、方差、各阶谱矩等，为求解叶轮的超越概率以及可靠度指标等打下了基础。     

一种多自由度振动系统动载荷识别的时域方法

为了解决复杂机械结构输入载荷难以直接测量的问题,基于结构动力学理论,应用Duhamel积分,推导了一种单自由度振动系统动载荷时域识别方法;在此基础上,通过模态坐标变换法,将多自由度振动系统运动方程解耦,以系统加速度响应作为输入,建立了一种多自由度振动系统动载荷识别的时域方法与模型。以一个多自由度的弹簧阻尼系统为对象,研究了载荷识别模型同时在正余弦组合激励、随机激励、三角脉冲激励等三种载荷形式下的稳定性和精确性。研究结果表明:在测量响应无噪声的情况下,载荷识别模型对三种激励的识别均具有很高的精度,识别结果与原始载荷相关系数达到0.99;在测量响应含有30%随机噪声的情况下,三种载荷的识别结果依然有很高的识别精度,相关系数均在0.97以上。     

基于概率的桁架结构随机振动响应分析研究

研究了具有随机物理参数和几何参数的桁架结构在随机振动激励下的动力响应问题.从结构在随机振动激励下其振动响应在频率域上的表达式出发,利用求解随机变量函数矩的方法和求解随机变量数字特征的代数综合法,导出了桁架结构的位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差和变异系数的计算表达式.通过算例分析了结构物理参数和几何参数的随机性对桁架结构在随机振动激励下动力响应随机性的影响,得出了若干有用的结论,为随机桁架结构的动力设计奠定了基础.     

随机天线结构在随机风荷激励下的动力分析

研究了具有随机参数的天线结构在随机风荷激励下的动力响应问题。从天线结构在随机风荷激励下振动响应在频域上的表达式出发,将天线结构物理参数、几何尺寸和结构阻尼均视为随机变量,利用求解随机变量函数矩的方法和求解随机变量数字特征的代数综合法,导出了随机天线结构在随机风荷激励下位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差和变异系数的计算表达式。算例分析表明了天线结构参数的随机性对其在随机风荷激励下位移响应均方值和应力响应均方值随机性的影响。     

利用积分随机有限元计算结构可靠度

积分随机有限元是一种新型随机有限元,它利用确定性有限元实现随机分析。本文首先利用积分随机有限元得到结构功能函数的各阶矩,通过Gram-Charlier级数拟合得到结构功能函数的概率密度函数,最后利用数值积分计算出结构的可靠度。作为对比,利用直接Monte-Carlo法模拟对结果进行验证,结果表明,本方法利用较少的积分点即可得到较高的计算精度,且随机变量可服从任何分布,与其它的可靠度计算方法相比具有一定的优势。     

平稳随机激励下随机参数齿轮副的动力可靠性分析

将一对啮合齿轮等效为单自由度随机振动系统,研究随机参数齿轮副在平稳随机激励下的动力可靠度的求解方法。从其平稳随机响应的表达式出发,同时考虑齿轮物理参数、几何尺寸的随机性,利用求解随机变量数字特征的矩法和代数综合法,导出随机参数齿轮副在平稳随机激励下位移及其导数响应的数字特征,再由动力可靠度的公式导出随机参数齿轮副动力可靠度的均值和方差的计算公式。通过与MonteCarlo方法结果的比较,验证文中方法的可行性和有效性。     

随机激励下工程结构的可靠性估计

本文对随机激励下的结构振动系统的可靠性理论进行了初步研究,提出以随机载荷谱计算结构可靠度的方法;并说明可靠性与结构振动特性的关系,提出一个随机环境下结构或设备设计的可靠性检验标准。     

基于等厚涡轮盘结构的可靠性研究

利用有限元软件对转子进行可靠性分析时,转子的结构以及其他设计参数都是以确定量来进行分析的,不能实现所有参数的随机性分析.以弹性力学为基础,从转子的微元体出发,推导出同时考虑离心力和温度场对转子系统影响的等厚度轮盘任意一点的应力计算式和实际工程常用的变厚度轮盘任意一点的应力计算式.以传统的应力-强度干涉模型为基础,考虑转子随机结构尺寸、温度应力、转速和材料强度等参数的随机性,利用积分随机有限元方法对转子进行可靠性分析,该方法利用确定性有限元实现了随机分析,计算精度较高,实现了转子系统随机结构的可靠性分析.     

基于响应面模型的复合材料轴机械连接可靠性分析

碳纤维复合材料轴由于比强度和比模量高的优点,在船舶推进系统传动功率密度提高上有着重要应用前景.但是复合材料力学性能具有分散性,采用确定性分析难以量化材料随机性对结构强度的影响,因此需要对结构进行可靠性分析.本文通过对结构可靠性理论的研究,建立了基于响应面模型的结构强度可靠度计算方法.基于该计算方法,对某型复合材料轴机械连接结构强度可靠性进行分析,得到了 4倍额定工况下复合材料结构的强度可靠度.计算结果表明,4倍额定工况下复合材料结构满足可靠性要求,在可靠度满足B基准值的情况下可以减少目前结构的铺层厚度或换用其它材料来提高材料的利用率.     

随机地震激励下门机动态响应及可靠度分析

基于随机振动理论,对门机进行随机地震激励下的动态响应分析。采用一致多维平稳随机地震响应分析方法,数值仿真了门机在七种不同方向地震激励组合下门机的地震响应。根据结构随机动力反应的统计矩,运用随机过程的极值理论对门机进行了基于首超破坏准则的动力可靠性分析。结果表明:考虑多维地震输入可能会使结构应力增加58.8%;在X+Z向地震输入下门机的可靠度最低;有Z向地震波分量参与的地震输入容易导致门机倾覆、主梁断裂。     

随机参数弹性连杆在平稳随机激励下的动力可靠性分析

研究随机参数弹性连杆机构在平稳随机激励下的动力响应分析。利用拓广的随机因子法,从求解系统固有频率的瑞利商公式出发,得出物理参数和几何参数均为随机变量的弹性连杆时变固有频率的均值和方差。从动力平稳随机响应在频域上的表达式出发,利用求解随机变量函数的矩法和数字特征的代数综合法,计算出随机参数弹性连杆机构在平稳随机激励下弹性位移和速度的均方值的均值、方差表达式,由动力可靠度的公式导出其动力可靠度的均值和方差的计算公式。通过算例,分析机构物理参数和几何尺寸的随机性对机构动力可靠度随机性的影响。     

线性连续系统的动态与渐变耦合可靠性分析

机械设备的零部件通常承载着动态载荷,且由于制造的不确定性致使几何元素的尺寸、形状以及相互位置具有随机性,同时多于80%的零部件都是由于某些量的劣化导致渐变失效,因此,开展动态与渐变耦合可靠性研究对于机械行业的发展具有极为重要的意义。研究随机参数线性连续系统遭受强度劣化和承受动态载荷时的可靠性问题。根据线性连续系统的随机动力学理论获得随机响应的计算公式,由此建立随机交变应力的计算模型。采用一随机变量描述初始强度的不确定性,利用非平稳Gamma过程描述强度劣化量的演变过程。在此基础上构建线性连续系统的动态与渐变耦合状态函数和可靠度表达式。应用提出的方法分析轴扭转振动系统的动态与渐变耦合可靠性,将当量正态化法和设计验算点法相结合以估算动态与渐变耦合可靠度,采用中心差分方法分析该可靠度的敏感性。利用数值实例验证提出方法的实用性和有效性。结果表明,提出的动态与渐变耦合可靠性分析方法能够有效解决随机参数线性连续系统遭受强度劣化和承受动态载荷时的可靠性分析问题。     

随机智能桁架结构闭环控制平稳随机响应分析

研究平稳随机激励下随机智能桁架结构的闭环动力响应问题。同时考虑智能桁架结构的物理参数、几何尺寸和阻尼的随机性，利用矩法和代数综合法，从结构平稳随机响应在频域上的表达式出发，分别导出随机智能桁架结构在平稳随机激励下闭环位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差的计算表达式。通过算例考察结构物理参数、几何尺寸和阻尼的随机性对结构位移响应均方值与应力响应均方值随机变量随机性的影响，并获得若干有意义的结论。     

随机参数非线性鞭天线结构的随机风振响应分析

在考虑结构物理参数和几何参数随机性的情况下,在时域上对几何非线性鞭天线结构的随机风振响应进行了分析。应用Monte Carlo数字模拟与结构动力有限元相结合的方法进行结构响应计算,其中利用了分段精细时程积分算法。获得了结构位移响应的均值和均方值随时间的变化历程,考察了结构中各随机参数对响应的影响,并对其中的影响参数进行了敏感性分析。     

随机激励下亚音速二维粘弹性壁板的全局动力学

飞行器或列车由于服役环境复杂,壁板结构往往受到多种激励作用,影响其正常使用与安全。为此,针对亚音速气流下粘弹性壁板在外激力、气动力和随机噪声联合作用下的全局动力学特性展开研究。通过全局分岔图,观测到了激变、逆倍周期分岔等一系列复杂的动力学行为,借助胞映射方法,获得了系统的吸引子、吸引域、鞍等全局信息,得到了系统响应演化过程中的瞬态与稳态概率密度函数。讨论了激励幅值和频率对壁板稳态响应的影响,发现确定性系统随着粘弹性参数和激励幅值的变化会呈现复杂的全局结构,揭示了激变现象的发生机制。随机激励下无论是瞬态还是稳态情形,系统随机响应的演化过程始终与确定性全局结构中的不稳定流形形状保持一致,激励幅值和频率的增加会导致稳态响应概率函数峰值的减小。研究结果对于壁板安全防护设计具有理论指导意义。     

机械臂架系统的非随机振动分析

研究了机械臂架结构在不确定性动态激励作用下的振动问题。针对不确定动态激励的样本函数数量有限,难以得到具体的概率统计信息的问题,采用区间过程对其进行描述;基于结构单位脉冲响应并利用卷积积分及区间过程的相关性质获得动态不确定激励的波动上下边界;以混凝土泵车臂架作为典型工程装备部件,应用上述方法对臂架系统作业过程中的动态响应进行了研究分析。     

矿井提升机主轴承的振动磨损可靠性分析

以提升机NCF18/600V主轴承为研究对象,针对滚动轴承随机振动系统参数和随机结构尺寸影响下的不确定性问题,开展了滚动轴承振动磨损可靠性研究。首先,基于滚动轴承点蚀故障动力学模型,结合Holm-Archard滑动磨损方程,建立了滚动轴承振动磨损模型;其次,将振动磨损模型以子程序的形式嵌入ABAQUS有限元软件中,实现了滚动体表面磨损深度及形貌的仿真;然后,联合使用拉丁化分层抽样技术和自适应Kriging代理模型,开展了滚动轴承振动磨损的不确定性量化研究;最后,使用高阶L矩可靠性方法开展了滚动轴承的振动磨损可靠性分析。对比滚动轴承正常磨损与振动磨损下的可靠度曲线表明,滚动轴承的振动不仅加剧了磨损的可靠性退化过程,而且增大了磨损的可靠度退化速率。     

振动系统随机激励与响应信号的分析

本文通过对随机激励下的单自由度和多自由度线性振动系统的激励与响应信号进行分析处理，从而在时间域内确定性信号建立起了振动系统输入与输出之间的关系。