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。     

响应面法在可靠性灵敏度分析中的应用

可靠性灵敏度分析在可靠性设计和修改、可靠性优化设计、可靠性维护等方面均有重要的应用。但由于最大可能点摄动法、JC法、几何法等方法进行结构可靠度的计算时无法将可靠性指标函数表示为随机变量的显式,给可靠性灵敏度分析带来困难,该文基于响应面法将可靠性指标函数表示为随机变量的显式,从而较好地解决问题。通过实例计算,说明文中方法在工程实际中的应用。实例结果表明响应面法在获得在某区域内的可靠度及该区域内的可靠性灵敏度时是一种实用、快速、有效的方法。     

基于极值响应面法的叶片变形可靠性分析

为了提高航空发动机叶片动态可靠性分析的计算精度与计算效率,提出了一种极值响应面法。综合考虑温度载荷、机械载荷的共同作用,通过确定性分析找到叶片的最大变形点。然后,以叶片的材料密度、转速、温度、气动压力作为输入随机变量,随机小批量抽取输入随机变量样本,并对每个样本求解有限元基本方程,得到对应的变形在分析时域内的动态输出响应。取各组动态输出响应在分析时域内的全部最大值及其对应的输入随机变量作为新的样本点,构造极值响应面函数(ERSF)。最后,应用蒙特卡罗法对输入随机变量进行大批量抽样并带入ERSF计算输出响应,获得叶片的动态可靠性指标。通过方法对比表明,ERSM有很高的计算精度与计算效率。     

基于加权线性响应面的结构可靠性估计的鞍点逼近方法

基于结构可靠性计算的鞍点逼近方法,提出一种新的求解非正态随机变量下结构可靠性的方法.在所提方法中,首先利用加权线性响应面法拟合得到极限状态函数的线性表达式,然后利用鞍点逼近方法近似其累积分布函数和概率密度函数,进而进行可靠性分析.文中给出适用于非正态随机变量下的权重选取方法,并给出加权线性响应面与鞍点逼近结合求解非正态变最情况下失效概率的基本步骤,最后利用算例验证所提方法的效率和可行性.     

结构可靠性分析的响应面方法比较研究

针对隐性功能函数下结构可靠性分析问题,将有限元数值分析(FEM)、响应面方法(RSM)和蒙特卡洛随机模拟(MCS)相结合,实现了隐性功能函数下结构可靠度的计算,其中响应面方法包括多项式响应面法(MRSM)和神经网络响应面法(ANN).以简支梁为例,阐明了该方法的具体实现过程,并以直接MonteCarlo模拟法计算结果作为相对精确解,对不同响应面法支持下的FEM-MRSM-MCS和FEM-ANN-MCS的计算结果进行了对比分析,得出两种响应面法均可满足工程要求,但在泛化能力和精度方面,神经网络响应面均优于多项式响应面,且神经网络响应面可以一次实现从多维空间向另一多维空间的映射,为多失效模式下隐性功能函数下复杂结构的可靠性分析提供了新的思路.     

基于随机载荷的柴油机曲轴疲劳主动可靠性研究

文中基于复杂条件下的载荷,探讨适用于柴油机曲轴的可靠性研究方法.从可靠度的3个核心问题--基本变量、功能函数和可靠度算法入手,以应力荷载及其作用循环数作为基本随机变量,依据基于韧性的疲劳累积损伤研究结果确定功能函数,通过循环调用所述计算可靠度指标等的方法,可以确定指定寿命任意置信水平下的可靠度.同时利用结构可靠度方法得到的变量分布信息,结合实验数据考察了特定应力水平下疲劳寿命与可靠度之间的关系,计算结果显示可靠性随着寿命要求的提高而降低.     

基于响应面法的装载机动臂结构可靠性研究

为了预测装载机动臂的可靠度,将动臂结构尺寸、材料属性和外载荷等参数视为随机变量,基于响应面法建立了动臂结构可靠性分析模型。该模型考虑了外载荷变化对动臂结构可靠性的影响,结合一次二阶矩法求解模型可靠度。利用该模型对ZL50型装载机动臂可靠性进行研究。结果表明,动臂的稳定性可靠度与铲装作业时所受外载荷为非线性关系,外载荷均值增大时,动臂可靠度以结构设计极限载荷为分界,呈现出不同的降低趋势。用S曲线模型可以很好地描述动臂可靠度与外载荷的变化规律。研究方法和结果为装载机动臂结构稳定性分析和结构优化提供了参考。     

随机载荷作用下结构低周疲劳可靠性研究

将影响结构低周疲劳寿命的不确定因素视为随机变量,基于可靠性分析理论,从概率论和数理统计的角度出发对随机载荷作用下的结构低周疲劳进行了可靠性分析.利用Neuber法得到低周疲劳结构的随机应力和应变响应.将随机载荷作用下的结构低周疲劳表示为材料参数、结构尺寸、载荷等随机变量的函数,并推导出了功能函数对随机变量偏导的表达式.算例显示了该方法的有效性和适用性.     

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。     

结构系统单元的疲劳可靠性估算

实际工程结构大多是由元件组成的结构系统，所以元件的疲劳可靠性分析应从系统角度加以考虑，即考虑系统中其他元件的影响。针对系统单元的疲劳可靠性问题，文中提出一种建立在一次二阶矩方法和随机有限元法基础上的估算方法。将结构具有的多个不确定因素，如材料、几何、载荷等，用基本随机变量表达。因单元疲劳可靠性分析的功能函数不能表达为基本随机变量的显式函数，故采用数值方法和随机有限元法求偏导。结合改进的一次二阶矩法对系统单元进行疲劳可靠性分析。为工程应用提供一种实用的估算方法。     

振动构件的强度可靠性分析

由于构件的材料参数,几何参数及所受的载荷均为随机变量,所以构件振动时其固有频率及疲劳极限亦为随机变量。本文给出了构件振动时不发生共振及疲劳强度的可靠性计算方法。最后以悬臂梁为例进行了计算,并通过试验验证了所给出方法的正确性。     

挖掘机动臂疲劳可靠性分析

为了评估挖掘机动臂结构的疲劳可靠性,以某6t挖掘机动臂为研究对象,对结构进行了合理简化,使用ANSYS有限元分析软件构建挖掘机动臂结构计算模型,分析计算载荷,进行静态强度分析,提取各工况下结构的应力应变最大节点,采集应力应变数据,确定结构的应力和应变时间历程,考虑挖掘机动臂结构设计中材料性能的随机性,采用RBF神经网络响应面法计算危险点处的可靠度,得出明确的可靠度指标,研究结果表明该动臂结构据有良好的疲劳可靠性。     

ANSYS在梁-板壳结构随机振动分析中的应用

基于ANSYS建立了梁-板壳结构有限元力学模型。对梁-板壳结构模型在地震位移激励作用下的随机振动响应特性进行分析,并对后处理结果进行简要分析。最后利用ANSYS随机振动结果进行随机疲劳计算并对工程实际中钢架结构的随机振算。主要振动响应特性分析结果以及随机疲劳的计算分析对钢架结构的设计具有一定的指导和参考价值,可以使工程设计人员在设计钢架结构阶段考虑得更加深入,使钢架结构得以优化,以期提高钢架结构的抗振性能和使用寿命。     

基于S-N与Paris法的疲劳裂纹扩展规律可靠性分析

将线弹性断裂力学中Paris公式引入疲劳理论,建立了裂纹扩展规律特征参数的估算方法。将影响结构疲劳裂纹扩展寿命的不确定因素视为随机变量,用可靠性分析理论对裂纹平面结构的断裂过程进行了可靠性分析,通过对随机变量的灵敏度分析,结果表明该方法在估算结构中常见连接形式的扩展特征参数时,参数值相差较小,具有一定的可行性。     

考虑疲劳本构随机性的结构应力疲劳可靠性分析方法

提出考虑疲劳本构关系随机性的结构应力疲劳可靠性分析方法。视循环本构模型的材料常数为相关随机变量,考虑存活概率和置信度2个概率测度,与疲劳试验有机结合,应用极大似然原理建立随机疲劳本构的概率模型。随机疲劳强度即概率S－N关系也用2个概率测度下表征,并考虑从中短到长寿命阶段的可能工程实践范围。基于载荷史服从疲劳本构关系产生随机应力载荷、给定寿命时概率S－N关系揭示结构强度分布的观点,建立随机应力载荷—强度干涉可靠性分析模型,可实现任意概率水平的可靠性寿命预测和可靠度评定。中国铁路货车RD2型车轴的可靠性寿命预测和可靠性评定,说明了方法的有效性。     

Reliability-based design optimization via high order response surface method

To reduce the computational effort of reliability-based design optimization (RBDO), the response surface method (RSM) has been widely used to evaluate reliability constraints. We propose an efficient methodology for solving RBDO problems based on an improved high order response surface method (HORSM) that takes advantage of an efficient sampling method, Hermite polynomials and uncertainty contribution concept to construct a high order response surface function with cross terms for reliability analysis. The sampling method generates supporting points from Gauss-Hermite quadrature points, which can be used to approximate response surface function without cross terms, to identify the highest order of each random variable and to determine the significant variables connected with point estimate method. The cross terms between two significant random variables are added to the response surface function to improve the approximation accuracy. Integrating the nested strategy, the improved HORSM is explored in solving RBDO problems. Additionally, a sampling based reliability sensitivity analysis method is employed to reduce the computational effort further when design variables are distributional parameters of input random variables. The proposed methodology is applied on two test problems to validate its accuracy and efficiency. The proposed methodology is more efficient than first order reliability method based RBDO and Monte Carlo simulation based RBDO, and enables the use of RBDO as a practical design tool.     

基于响应面分析法的货叉关键尺寸参数优化设计

叉车货叉作为物流设备的重要组成部件,受载情况复杂多变,易产生高应力区域,甚至导致疲劳破坏。货叉的传统设计方法是通过经验法或实验法来确定货叉关键尺寸参数,该方法可靠性低,设计周期长。采用响应面分析法(Response Surface Methodology,RSM)对货叉关键尺寸参数进行优化。首先将货叉结构中各个加强筋的主要尺寸离散为7个关键尺寸参数,采用有限元灵敏度分析法得到了各个参数对货叉力学性能的响应关系;然后以货叉小变形、低应力和轻量化作为优化目标,采用响应面分析法中的中心组合设计(Central Composite Design,CCD)对80组样本进行了优化,在不增加货叉质量的情况下,最大应力减小了8.8%。基于响应面分析法的货叉关键尺寸参数优化设计方法已应用于诺力某型号叉车,取得了良好的优化效果,为类似的结构设计提供了一种有效可行的设计方法。     

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。