基于设计验算点拟合的响应面法可靠性分析

对于复杂机械结构的可靠性分析，通常需要形式简单的功能函数来定义结构失效，响应面法是结构可靠性分析中最常用的近似功能函数形式，传统近似过程在以基本随机变量均值点为中心开展拟合实验，对于大多数可靠性问题可以得到满足工程需要的结构可靠度。针对核电设备等精度要求较高的结构可靠性问题，文中提出基于设计验算点拟合的响应面近似功能函数，并采用矩法计算结构可靠度，仿真结果表明，基于设计验算点拟合的响应面更接近真实失效曲面，结构可靠度精度明显提高。     

基于均值一阶Esscher's近似的可靠性灵敏度分析

可靠性灵敏度设计在可靠性设计和修改、可靠性稳健优化设计、可靠性维护等方面均有重要意义.在基于计算截尾概率的Esscher's近似技术的结构可靠性分析方法基础上,利用对非线性极限状态方程在基本随机变量均值点处做一阶泰勒展开的方法,提出计算具有非线性极限状态的结构失效概率方法即均值一阶Esscher's近似可靠性设计方法(Mean-value first order Esscher's approximation,MVFOEA),在此基础上,结合灵敏度分析技术,提出基于均值一阶Esscher's近似的可靠性灵敏度分析方法.基于Esscher's近似技术的结构可靠性分析方法要求基本随机变量相互独立,有矩母函数,并且要求极限状态函数具有显式表达式.由于利用基本随机变量全部的概率信息,而不仅仅是前几阶矩,提出的方法与可靠性分析的矩法相比,在计算失效概率时有较高的精度,通过三个数值算例验证了新方法高的计算精度.     

证据理论和区间分析相结合的可靠性优化设计方法

提出一种基于证据理论和区间分析方法的可靠性优化设计方法。对于给定的失效概率许用值f0,通过证据理论求出可靠性约束条件的似真度Pl(F),以Pl(F)f0作为可靠性约束条件的替代模型,进而提出基于证据理论的广义可靠性优化设计建模方法。当仅考虑随机不确定性时,所建立的模型退化为传统的随机可靠性优化设计模型。给出似真度Pl(F)的数值计算方法,并引入区间分析理论计算约束函数的值域,提高似真度的计算效率和可靠性优化的求解速度。开发基于证据理论和区间分析的可靠性优化设计遗传算法程序。给出了内压容器的可靠性优化设计实例。设计实例表明,所提出的方法正确、有效。     

一种基于鞍点近似的高效二阶可靠性分析方法

一次可靠性分析方法虽然效率高但在解决非线性状态极限函数问题时精度低,二次可靠性分析方法计算精度高但是效率较低,工程实际中很难普遍使用。为此,在分析传统二阶可靠性分析方法精度损失原因的基础上提出了一种具有较高精度且相对二阶可靠性分析方法高效的可靠性分析方法。所提方法首先用一系列的二次多项式组合近似表示极限状态函数。进而通过变换求出近似极限状态函数的累积量母函数,使用鞍点近似求得失效概率。最后用一个数值案例证明方法的有效性。     

基于神经网络的可靠性分析新方法

对于大部分工程可靠性分析中的隐式极限状态方程，建立一种基于样本筛选的神经网络可靠性分析方法。该方法利用具有强大的非线性映射能力的神经网络，来近似隐式极限状态方程中的输入变量与输出变量的关系，从而使得隐式可靠性分析转化为显示可靠性分析问题，大大减少了计算失效概率的工作量。与已有的神经网络可靠性分析方法相比，所提方法选择近似极限状态方程而不是近似极限状态函数的策略，并通过筛选训练样本实现这一策略，从而提高可靠性分析的精度，算例结果充分显示所提方法的优越性。     

基于数论方法的结构可靠性分析

提出一种基于数论理论多元分布代表点的结构可靠性分析方法。利用均匀散布理论基于F-偏差准则得到均匀散布点集合,进而求解得到多元分布的代表点集合。之后将代表点作为随机变量通过循环迭代的方式计算失效函数,应用近似分布函数计算系统可靠度。作为数值仿真算例,应用此方法,对一具有非线性和变量相关性的梁的失效函数进行可靠性分析,并与JC法和Monte Carlo方法进行了比较。JC法计算速度快,但对于非线性方程计算精度一般。Monte Carlo方法计算精度高、稳健性好,但计算成本相当高。相比而言,数论代表点方法不需要巨量的样本点,有较好的计算效率,有较高的计算精度,而且可以简单的应用于与结构可靠性相关的各类问题,便于应用。     

考虑相关性的证据理论结构可靠性分析方法

构建了一种考虑相关性的证据理论高效求解模型,讨论了该模型在结构可靠性中的应用。为了提高证据理论进行结构可靠性分析的准确性和效率,引入了非概率凸模型中的椭球模型和一种高效分析方法。通过把非概率凸模型中的椭球模型应用到证据理论中,考虑每对变量的相关系数,把变量的边缘基本可信度分配(BPA)转化为联合基本可信度分配。提出了一种高效计算方法,通过寻找最可能失效点(MPP)将不确定域划分可靠域和待确定域,结构可靠性的求解只需要在待确定域中进行。该方法减少了需要计算的焦元数,提高了证据理论模型求解结构可靠性的效率。     

复合材料网格加筋结构可靠性分析

文中研究了复合材料结构可靠性功能函数,根据各种可靠性分析方法的适用性,选择Monte-Carlo法作为复合材料的结构可靠性分析的分析方法。但Monte-Carlo法在理论上基于大数定理,为了保证计算精度,需要的抽样次数比较大,在分析较大的结构时,计算耗时巨大。为了提高计算效率,降低计算耗时,文中进一步采用Neumann随机有限元法对Monte-Carlo法进行改进。采用Neumann随机有限元法可以大大地减少计算量,提高计算效率,而且刚度矩阵的规模越大,计算效率越高。算例表明,基于Neumann随机有限元的Monte-Carlo法有着较高的计算精度和效率,是分析复合材料结构可靠性的一种理想方法。     

基于Copula函数的证据理论相关性分析模型及结构可靠性计算方法

提出一种基于Copula函数的证据理论相关性分析模型及结构可靠性计算方法,可处理证据变量间具有相关性的可靠性分析问题。该方法引入Copula函数描述证据变量间的相关性,将贝叶斯方法拓展至证据理论,利用经验分布公式将证据变量转换为标准均匀变量,计算证据变量样本的权重获得结构输入变量间的最优Copula函数。通过最优Copula函数对证据变量边缘基本可信度分配(marginal-BPA)函数差分获得联合可信度分配(joint-BPA)函数,并对每个焦元进行极值分析,计算可靠域内焦元的累积联合BPA值获得结构的可靠性区间。通过三个数值算例验证了本方法的有效性,计算结果表明证据变量间的相关性可能对可靠性计算结果产生较大影响,常用的独立性假设可能对可靠性分析结果造成较大误差。     

考虑参数相关性的结构二阶可靠性分析方法

提出了一种基于vine copula函数的二阶可靠性分析方法（VC-SORM）,为存在复杂多维相关性的结构可靠性分析提供了有效手段。通过vine copula函数将随机向量多维概率分布函数转换为多个二维copula函数,基于极大似然估计法和AIC信息准则对各二维copula函数进行最优化选择,从而构建出联合概率分布函数,并进行一阶可靠性分析;在一阶可靠性分析的基础上,对功能函数进行二阶近似,获得精度更高的可靠性分析结果。最后通过两个数值算例验证了该方法的有效性。     

一种铆接机械手的运动精度可靠性分析

介绍了一种六自由度工业机器人的运动精度可靠性分析方法。通过分析一种铆接机械手的结构,基于D-H坐标法,建立运动数学模型,并考虑加工和装配过程中尺寸误差和间隙误差的随机性,将结构参数和运动变量误差视为随机变量,建立运动误差模型,结合机构运动学和可靠性理论,构建机械手运动精度可靠性模型。通过算例,验证了该方法的可行性,为该类型工业机器人的可靠性设计和结构优化提供了一定的理论参考。     

提高烟草制丝线电子皮带秤可靠性的技术分析

本文给出有助于提高烟草制丝线电子皮带秤可靠性的几项措施，涉及机械结构的改进和采用新的系统方法。在机械结构上，比较分析新结构提高皮带秤可靠性的原理并给出相关的受力分析；在系统方法上，给出符合可靠性理论的着重于重量采样环节和速度采样环节的可靠性措施，利于烟草行业用户对电子皮带秤的理解和选购。     

PDS方法在空间光学窗口可靠度分析中的应用

目前,概率统计理论和基于确定论的有限元理论都很成熟,结构可靠度又是评价机械结构可靠性的重要指标。为了实现将有限元技术和概率设计技术相结合对结构进行可靠度分析,并且利用分析结果对结构进行改进。采用有限元软件提供的概率设计方法(PDS)对空间遥感器的窗口玻璃进行可靠度分析得到结构的可靠度值和概率灵敏度,并且运用这两个分析结果对不合格结构进行改进。最后,通过干涉仪测试该结构改进前后的RMS值。由测试结果可知,改进后结构的可靠性大大提高了。因此,使用PDS方法对结构进行可靠度分析可以实现对结构的可靠性进行评估和改进。     

核主泵机械密封可靠性Bayes分析的适应性

机械密封的可靠性对核主泵的安全稳定运行具有重要影响。为解决无失效数据情形下核主泵机械密封的可靠度评估问题,分析大亚湾核主泵机械密封的运行数据,确定其可靠度分布,建立结合Bayes理论的可靠性分析模型,利用Monte Carlo法从确定的可靠度分布中仿真出无失效数据,探讨无失效数据场合下,先验分布为Beta分布时,分组数c的取值对E-Bayes估计与多层Bayes估计精度的影响。研究表明：分组数c<8时,优先选择多层Bayes估计;c>8,优先选择E-Bayes估计,c=8时,2种方法的平均相对误差均达到较低水平且多层Bayes估计更低一些。研究成果对无失效数据场合下基于Bayes理论的核主泵机械密封可靠性分析具有指导意义。     

3 000 t镁合金压铸机合模结构的数字化设计与研究

以3000t镁合金压铸机为对象，采用有限元建模分析等数字化分析手段探索大型镁合金压铸装备的数字化设计模式。报告基于有限元分析得到的关键受力结构件数字化设计与改进方案。 基于有限元方法的数字化设计和分析的应用关键在于解决计算量问题和计算精度问题，其科学本质是计算可靠性问题。将有限元特征建模理论应用于机械结构数字化分析，以解决计算量与计算精度为出发点，提高有限元分析的可靠性。因而采用特征建模方法，通过建立C0型单元与C1型单元的连接模型，采用约束方程处理复杂接触连接，建立起3 000 t镁合金压铸机关键结构件的结构分析方法。 以3000t镁合金压铸机定型座板(Static Moldboard，SM)、动型座板(Dynamic Moldboard，DM)、合模尾板(Clamping Moldboard，CM),以及哥林柱(Drag Link，DL)所组成的关键受力结构件为对象，建立以Solid45、Solid5和Shell63等3类单元为特征的压铸机受力结构有限元分析模型，解析获得其受力特征和疲劳强度特征。通过有限元结构分析，得到量化的工程结论：现有结构在DM和CM铰耳处局部存在较大程度的应力集中，其强度安全系数较小；CM侧板根部工程运行时的裂纹，其原因在于尾板基板在铰耳位置的载荷作用下发生弯曲，使得压铸机的十字头对侧板产生一个约束所引发的侧板根部的应力集中；DL螺纹牙承载不均匀，且螺纹齿根处存在严重的应力集中；在DL锯齿形螺纹段，螺纹副最大Mises等效应力达到590MPa，经疲劳强度分析证实，不满足无限寿命的疲劳强度要求。     

结构动力学问题的可靠性分析

以提高复杂动态结构可靠性分析精度为主要目的，将概率分析方法与结构动力学研究相结合，应用三参数可靠性分析模型，运用摄动原理、概率有限元法和二次三阶矩法推导出概率结构特征值、动位移、动应力的数字特征及概率分布的计算表达式。在此基础上，以结构的材料性能参数为随机变量，计算了在动载荷状态下的圆盘的可靠度，并与Monte-Carlo法的计算结果进行了对比．结果表明所提出方法更加有效、简捷．     

机载光电平台的复合补偿控制方法

为实现机载光电平台的实时高精度稳定跟踪控制,提出了一种基于改进干扰观测器和模糊逼近的复合自适应补偿控制方法.首先,根据系统的机械结构特点分析了各框架间的运动学耦合关系;考虑到载体扰动的影响,提出了一种基于速度信号的改进干扰观测器结构,并分析了它的工作原理和鲁棒稳定性.然后,针对机械系统中普遍存在的摩擦等干扰现象,设计了基于模糊逼近的复合补偿控制策略以保证系统的跟踪性能,最后,利用Lyapunov稳定性理论证明了系统的全局稳定性和跟踪误差的渐进收敛.实验结果显示,该控制方法具有较高的稳定精度,其跟踪误差可达μrad数量级,表明该方法可以有效地抑制载体扰动的影响并且具有良好的跟踪性能,是可行有效的.     

考虑延迟的线控转向二自由度内模控制

针对线控转向系统中由于信号传输、机械间隙和摩擦等因素引起的响应延迟问题，设计了二自由度内模控制策略以提高转角跟踪精度。将延迟模型与线控转向系统模型相结合，构建新的名义模型，为避免引入非最小相位项，采用全极点近似方法将延迟环节线性化，求解跟踪控制器和抗干扰控制器。与名义模型不含延迟环节的二自由度内模控制以及经典PID控制相比较，通过MATLAB/Simulink仿真给出了延迟量对三种方法跟踪性能的影响。比较了延迟量对采用全极点近似、Taylor近似和Padé近似的二自由度内模控制跟踪性能的影响。经线控转向台架试验验证，采用全极点近似的二自由度内模控制跟踪精度较高，对延迟的适应性较好。     

Distributed collaborative response surface method for mechanical dynamic assembly reliability design

Because of the randomness of many impact factors influencing the dynamic assembly relationship of complex machinery, the reliability analysis of dynamic assembly relationship needs to be accomplished considering the randomness from a probabilistic perspective. To improve the accuracy and efficiency of dynamic assembly relationship reliability analysis, the mechanical dynamic assembly reliability（MDAR） theory and a distributed collaborative response surface method（DCRSM） are proposed. The mathematic model of DCRSM is established based on the quadratic response surface function, and verified by the assembly relationship reliability analysis of aeroengine high pressure turbine（HPT） blade-tip radial running clearance（BTRRC）. Through the comparison of the DCRSM, traditional response surface method（RSM） and Monte Carlo Method（MCM）, the results show that the DCRSM is not able to accomplish the computational task which is impossible for the other methods when the number of simulation is more than 100 000 times, but also the computational precision for the DCRSM is basically consistent with the MCM and improved by 0.40-4.63% to the RSM, furthermore, the computational efficiency of DCRSM is up to about 188 times of the MCM and 55 times of the RSM under 10000 times simulations. The DCRSM is demonstrated to be a feasible and effective approach for markedly improving the computational efficiency and accuracy of MDAR analysis. Thus, the proposed research provides the promising theory and method for the MDAR design and optimization, and opens a novel research direction of probabilistic analysis for developing the high-performance and high-reliability of aeroengine.     

考虑冲击载荷影响的性能退化型产品可靠性研究

在对产品性能退化和环境冲击载荷进行分析的基础上,提出了一种新的产品可靠性评估方法。首先,根据试验性能退化数据建立了基于随机系数多元分布的统计模型,实现了对产品性能连续退化过程的分析,并通过基于泊松过程的冲击载荷模型来分析产品的离散退化过程,然后通过退化量累积得到产品实际性能退化量分布函数,提高了对产品实际可靠性评估的准确性。最后,某金属材料性能退化的可靠性分析结果验证了该可靠性评估方法的有效性。