工程机械金属结构疲劳可靠性分析的响应面法

研究了响应面法在分析工程机械金属结构疲劳可靠性时的应用。求解疲劳可靠性时若将结构的材料、几何尺寸、载荷等视为基本随机变量，功能函数不能表达为基本随机变量的显式函数。本文运用商业有限元软件对结构进行计算，由响应面法构造功能函数二次多项式，再结合JC法或改进的一次二阶矩法求解疲劳可靠度。文中对160t铁路救援起重机伸缩臂结构其进行了疲劳可靠度计算。     

利用响应面方法的汽轮机叶片振动可靠性分析

考虑随机因素的影响,确定汽轮机叶片固有振动静、动频率的统计特性,建立叶片避开共振时的功能函数.以汽轮机扭叶片为研究对象,在考虑几何因素、安装因素、材料因素和转速随机性的同时,将确定性有限元法、响应面方法和Monte-Carlo模拟法相结合对叶片进行振动可靠性分析.在对扭叶片复杂叶型进行有限元参数化建模和试验设计基础上,分别采用多项式响应面法和神经网络响应面法构建了扭叶片静、动频率与随机变量之间的近似关系式,并代替有限元模型,同时结合Monte-Carlo模拟技术得到静频、动频的统计特性和累积分布函数.针对叶片危险振型,在合理确定功能函数的基础上对其进行了振动可靠性分析,并以Latin Hypercube样本Monte-Carlo 模拟法计算结果作为相对精确解,对两种不同响应面法进行了对比.     

基于响应面方法的可靠性灵敏度分析方法

简要叙述应用响应面方法获取极限状态函数(该极限状态函数具有响应面函数的特点)的过程。提出利用这种极限状态函数进行可靠性灵敏度分析的方法,并推导了计算公式。该方法的优点是：① 可用于极限状态函数未知的情况。② 此极限状态函数是形式简单的二次多项式,便于实现方差和偏导计算,使可靠性灵敏度的计算简单易行。③ 该极限状态函数包括一、二次项和交叉项的信息,使可靠性灵敏度的计算精度大大提高。④ 通用、规范,易于实现程序化。最后计算航空发动机附件传动机匣散热的可靠度及各个变量的可靠性灵敏度,为附件传动散热系统的设计提供了理论依据,算例表明了所给出的计算公式的正确和有效性。     

基于响应面修正敏度模型的结构可靠性影响因素分析方法

针对实际工况下结构可靠性影响因素复杂多样的特点,提出一种基于响应面修正敏度模型的结构可靠性影响因素分析方法。首先,融合最优多项式响应面函数与Sobol’灵敏度算法,推导出兼顾多影响因素局部与全局灵敏度分析的响应面修正灵敏度模型。并在此基础上,结合耦合因素的试验设计与极差验证、多体动力学分析、结构静力学分析,建立一种结构可靠性影响因素的灵敏度量化分析方法。最后,以典型收割机结构为分析对象对提出方法进行实例研究,研究结果表明脱粒滚筒转速对结构可靠性的灵敏度影响最大,粮仓负载的影响最小,其平均预测精度为97.36%,提出的方法可以实现多种耦合影响因素的灵敏度精确分析,从而为结构可靠性影响因素评估提供了一种思路。     

动车组电机吊架多目标可靠性优化设计

为提高高速动车组电机吊架的承载能力,考虑几何参数的随机性,将响应面法和多目标遗传算法相结合对其进行可靠性优化设计.首先,对电机吊架进行静强度和位移灵敏度分析,找出设计变量;其次,对设计变量进行中心组合试验设计,根据试验设计点来拟合静强度和位移的多项式响应面模型;然后,将几何参数的随机性转化为可靠度,运用最小二乘法拟合可靠度函数方程作为约束条件;最后,运用多目标遗传算法对电机吊架进行可靠性优化设计.研究结果表明:响应面法与结构可靠性优化方法相结合,可以简化求解过程,提高优化结果的可靠度.     

基于响应面法的L型弯管概率可靠性及灵敏度研究

采用APDL语言对L型弯管进行参数化建模,将有限元法、响应面法和Monte-Carlo模拟法结合起来,通过有限元循环计算得到拟合响应面函数的样本,用含有交叉项的二次多项式对样本进行回归分析,得到响应变量(最大等效应力)和随机输入变量间的函数关系式,用此表达式来代替真实的响应面模型。通过输出响应变量的累计分布函数等相关数据,对L型弯管进行可靠性分析,通过对L型弯管进行灵敏度分析得出了对响应变量影响比较大的随机输入变量。     

基于神经网络响应面的疲劳裂纹扩展寿命的可靠性分析

当失效形式的极限状态方程中随机变量个数较多或非线性较高时，其形式很复杂，因此传统的计算失效概率的方法不再适用。针对疲劳裂纹扩展寿命失效概率计算的复杂性，提出基于神经网络响应面的可靠性分析方法。首先建立神经网络响应面模拟疲劳裂纹扩展寿命的极限状态方程，然后使用遗传算法(GA)计算可靠性指标。数值试验表明，本方法可以快速、精确地模拟疲劳裂纹扩展寿命的极限状态函数，进而计算出失效概率和可靠性指标。同其他模拟技术相比，在精度相同的情况下，神经网络响应面法可以大大减少模拟时间。     

一种结构可靠性分析的加权线性响应面法

响应面法用于对极限状态函数不能明确表达的复杂结构进行可靠性分析,是一种常用方法。在传统线性响应面法的基础上,介绍了一种加权线性响应面法,即通过赋予样本点合理的权数来选取质量好的样本点,剔除劣质样本点,从而提高拟合精度。同时给出了加权线性响应面法的计算步骤和流程图,最后通过算例验证了加权线性响应面法在拟合精度和插值系数变动对结果的影响方面要优于传统的线性响应面法。     

基于改进响应面法的桁架结构的可靠性分析

在对现有结构可靠度计算方法进行深入研究的基础上,文中提出了一种结构可靠度计算方法,以便能将桁架结构可靠度分析更加高效。这种分析方法是通过改进的响应面法进行的,旨在减少桁架结构可靠度计算中涉及的计算工作量,并利用APDL命令流对桁架结构进行建模。在不能或难以获得功能函数与其变量之间明确表达式的复杂结构中,应用Matlab-Ansys数据交互寻找一个合适的、能够近似等于原始功能函数的显式功能函数式(RSF)代替原始的、近似隐式的功能函数(LSF),获得显式功能函数式(RSF)后分别使用Ansys中PDS模块的蒙特卡洛法-响应面分析法（MCS-RSM）混合模拟法和遗传算法(GA)进行迭代计算可靠性指标和设计点,并以桁架结构为算例进行分析比较。结果表明：使用Matlab-Ansys数据交互较易获得显式功能函数式(RSF),遗传算法（GA）可将计算效率提高95%以上。     

最优阶次多项式响应面法及其在模型修正中的应用

提出一种构造最优阶次多项式响应面方法,通过多元回归分析参数对响应不同阶次下的拟合精度与显著度,建立判断多项式各参数最优拟合阶次的方法,解决了常规多项式响应面法中阶次固定且统一的限制,提升了代理模型的精度.将响应面法应用于有限元模型修正中,建立基于最优阶次响应面法有限元模型修正的理论框架,提高了修正的效率,并保证了修正后模型的精度.以功能函数为例,验证了最优阶次多项式响应面法可实现更高精度的模型替代.以GARTEUR飞机的实测模态修正初始有限元模型,阐述了响应面构建以及模型修正的过程,并有效修正了初始模型误差,减少了经典模型修正迭代中调用有限元软件计算灵敏度的时间,证明了最优阶次多项式响应面可成功应用于有限元模型修正中.     

基于响应面法的桥梁主桁架结构优化设计

对复杂结构进行优化设计和可靠性设计时,利用传统的设计方法可能会遇到计算量太大的困难,应用响应面法是有效地解决该问题的途径之一.文中将响应面法和有限元技术相结合,建立了桥梁主桁架的挠度、弯曲应力与结构尺寸的函数表达式,继而对主桁架进行了结构优化设计,最后对优化结果进行了有限元分析和验证.设计计算结果表明,对于桁架结构设计这类问题,响应面优化设计具有很好的应用价值.     

基于ANSYS的双井抽油机机架结构可靠性分析

运用有限元软件ANSYS的APDL建立了双井抽油机机架结构有限元模型,利用其提供的蒙特卡罗法和响应面法对双井抽油机机架结构进行整体可靠性分析,结果表明机架结构合理可靠。从计算结果可得基于响应面的蒙特卡罗法的计算精度和计算效率都要优于传统的蒙特卡罗法,为今后利用现代方法设计抽油机机架起到了一个很好的引导作用。     

基于田口法和响应曲面法的旋转唇密封可靠性分析

基于有限元分析软件Abaqus建立旋转唇密封模型,计算得到其静态接触压力和径向变形影响系数矩阵,然后通过油封数值计算模型计算得到其泵吸率;在工况一定的情况下,分析理论接触宽度、前唇角、后唇角、过盈量、腰厚结构参数对密封性能的影响,并应用田口实验法进行正交试验设计,以信噪比作为衡量泵吸率稳定性的指标,得到影响密封可靠性的最佳参数组合;应用响应曲面分析,得到油封的极限状态方程,并通过蒙特卡洛法计算基于结构参数的油封可靠度。结果表明：各结构参数对泵吸率的影响排序依次是理论接触宽度、前唇角、后唇角、过盈量、腰厚;所研究油封的密封可靠度为0.999 87。     

磁悬浮控制力矩陀螺锁紧机构可靠性设计及优化

鉴于传统确定性优化方法没有考虑结构参数的随机性对结构性能的影响,本文提出了一种基于可靠性灵敏度的锁紧弹片结构优化方法。首先,以某磁悬浮控制力矩陀螺锁紧弹片为研究对象,研究了有限元建模和失效模式;然后,考虑弹片结构尺寸和材料参数的随机性,结合响应面法与一次二阶矩法,研究了串联失效模式下弹片的可靠度计算方法,进而推导了可靠性关于设计变量均值和方差的灵敏度计算公式;最后,根据灵敏度分析结果,研究确定了弹片结构优化策略,构建了弹片可靠性优化模型。分析了安全系数法和可靠性法优化结果的差异,结果表明:与安全系数法相比,可靠性法的优化结果更好;在保证弹片可靠度的前提下,采用可靠性优化方法不仅使弹片质量下降了23.71%,使锁紧机构更加优化,而且使陀螺房质量也下降了0.98kg,有利于磁悬浮控制力矩陀螺整机结构的轻量化。     

基于响应面方法的微型车车门模态分析与优化

应用灵敏度分析方法和响应面法,优化车门结构模态。建立车门的有限元数值仿真模型,并通过约束模态测试对仿真模型进行标定。对车门第三阶模态频率关于车门板件厚度的灵敏度进行了研究,筛选出高敏板件并以这些板件的厚度为设计变量,运用面心复合设计方法获取样本点,构建了车门第三阶模态频率的二阶显式响应面函数。基于此响应面函数进一步建立了优化模型,结果显示改进车门厚度后,车门和白车身模态分离,同时实现省材5.83%。     

考虑模型偏差的结构动力学模型修正

针对结构有限元模型修正后仍可能存在模型偏差的问题,提出用待修正参数的不确定性来表征模型偏差的有限元模型修正方法。首先,基于响应面方法识别得到待修正参数的最优值,并通过计算结果与试验结果比较获得模型偏差;然后,基于响应面模型并结合灵敏度分析计算得到模型偏差对待修正参数的影响,从而得到考虑模型偏差后待修正参数的区间;最后,通过一个悬臂梁工程实例的模型修正,验证了笔者所提出方法的可行性。结果表明,考虑模型偏差的修正可以提高模型可靠性。     

某型飞机翼身连接接头可靠性分析

首先将标准有限元程序与改进的均值法相结合，对某型飞机翼身连接接头处的刚度可靠性进行分析，结果表明在所给载荷和允许应变的情况下，该接头结构在外载变异系数为0．15，弹性模量和剪切模量的变异系数分别为0．05时仍具有较高的可靠度。然后又将标准有限元分析程序与响应面法结合，在假设接头的响应极限状态方程为一不包括交叉项的二次多项式的基础上，利用有限元分析确定响应极限状态方程，通过迭代运算，保证响应极限状态方程在最有可能失效点处与接头结构真实的隐式极限状态方程有很好的近似程度。两种方法的计算结果具有较好的一致性。最后基于弹塑性应变分析，给出大过载情况下低周疲劳寿命可靠性分析结果，得到在给定寿命要求下结构可靠度随疲劳寿命变异系数变化的曲线，并给出在要求可靠度情况下安全寿命随疲劳寿命变异系数的变化曲线，为该型飞机的设计定型提供依据。     

隐式极限状态方程可靠性灵敏度四阶矩估算

将四阶矩方法与响应面方法相结合,提出一种适用于隐式极限状态方程的可靠性灵敏度四阶矩估算方法。该方法将可靠性灵敏度计算方法与有限元方法相结合,可以准确、快速地计算具有任意分布设计变量的复杂模型可靠性灵敏度,为复杂结构可靠性灵敏度计算提供了一种新思路。对曲柄滑块机构和压力容器管接头两个不同类型的数值算例进行了可靠性灵敏度计算,并采用Monte Carlo方法对计算结果进行了验证。结果表明,两种方法计算得到的可靠性差异很小,且四阶矩估算方法的计算效率远高于Monte Carlo方法的计算效率。