基于通用生成函数的可靠性分析方法

提出了基于通用生成函数的可靠性分析方法。首先把连续随机变量离散化,并用离散变量的概率质量函数予以表示;其次根据通用生成函数运算法则计算极限状态函数的概率质量函数,再对极限状态函数的概率质量函数求各阶导数,得到极限状态函数的各阶矩;最后利用极大熵原理建立设计优化问题的数学模型,求解极限状态函数的概率密度函数和累积分布函数。文中所提出的方法避免了对极限状态函数进行灵敏度分析,也不需要求解设计验算点(MostProbable Point,MPP),适于求解混合离散变量和高度非线性问题。实例分析和与蒙特卡洛仿真对比结果验证了所提方法的有效性。     

基于通用生成函数的复合材料层合板可靠性分析

针对纤维增强复合材料层合板可靠性分析中存在的多变量、非正态、非线性功能函数和相关性等问题,采用通用生成函数法,基于Tsai-Hill强度理论构建各单层板的抗力生成函数,根据首层失效准则建立层合板可靠性分析模型。在生成函数复合运算中,通过同类项合并和K-means聚类技术缩减计算量,提高效率。该方法为复合材料层合板可靠性分析开辟了一条新途径。     

基于马尔可夫过程和通用生成函数的制造系统可靠性分析

利用传统的可靠性分析方法求解复杂多状态系统问题时,往往会由于系统状态数增加,引起计算成本高、精度低等问题.针对这一情况,运用了一种基于马尔可夫随机过程方法和通用生成函数(universal generating function,UGF)的制造系统可靠性分析方法.首先利用随机过程方法建立制造系统各单元的马尔可夫模型,求...     

复合材料层合板终层失效概率分析的通用生成函数法

采用通用生成函数方法分析复合材料层合板的可靠性。定义了载荷、强度参数通用生成函数和复合算子及相应的性能结构函数,分别构建了各单层板的抗力、抗力序列和系统抗力等通用生成函数。根据终层失效准则建立层合板的可靠性分析模型。在通用生成函数复合运算中,通过K-means聚类和同类项合并技术缩减计算量提高效率。该方法适用于含有众多随机变量(包含非正态随机变量)且功能函数为非线性的结构系统可靠性评估,并考虑了系统中各抗力序列之间因含有相同失效单元,以及抗力序列内部的失效单元共享同一随机载荷源而引起的失效相关性。针对该方法给出算例,可靠度计算值与蒙特卡罗法仿真结果接近。新方法可为复合材料层合板可靠性分析提供一种新思路。     

隐式功能函数结构体可靠性拓扑优化

考虑工程实际中外载荷、材料属性等的随机不确定性对结构安全性的影响,研究了具有结构位移可靠性约束的拓扑优化设计。建立以柔度最小为目标、以单元相对密度为变量、具有材料体积分数约束和结构位移可靠性约束的拓扑优化数学模型;针对运用有限元数值计算方法时结构功能函数为隐式的情况,运用响应面法近似逼近结构真实的功能函数;利用简便高效的一次二阶矩法计算结构位移可靠度;采用内循环为确定性的拓扑优化、外循环控制结构材料体积分数的策略对连续体结构进行可靠性拓扑优化设计。通过两个算例与确定性拓扑优化结果进行比较,结果表明所提设计方法是高效可行的。     

基于通用生成函数的混流制造系统脆弱性评价方法

为了解决基于状态熵的脆弱性评价方法在面对多状态系统组合爆炸问题时的困难,提出了一种基于通用生成函数的混流制造系统脆弱性量化评价方法。首先,分析求解各制造单元的状态及其概率,得到制造单元的通用生成函数,定义并计算各单元的脆性熵,建立制造单元的脆弱性分析模型;其次,根据混流制造系统结构特征和通用生成函数的串并联构造算子,得到系统通用生成函数,定义其脆性熵,基于脆性熵建立混流制造系统的脆弱性评价模型;最后,以某典型的混流制造系统为例,利用所提出的脆弱性评价方法,评估其脆弱性,并与基于状态熵的评价方法进行对比,结果表明该方法可显著提高脆弱性评价的效率。     

一种基于SORA方法的多学科可靠性设计方法

将单学科可靠性设计方法SORA(sequential optimization and reliability assessment)引入到多学科设计过程中,提出一种多学科可靠性设计方法,采用系统分析的方法解决多学科概率分析问题,将可靠性设计从单学科拓展到多学科.该方法可用于目前MDO(multidisciplinary design optimization)领域内的可靠性设计问题.算例测试表明能达到预期的设计目标.     

基于子模型技术的车体结构可靠性优化设计

为了提升车体结构可靠性,保证列车安全运行。运用子模型技术与响应面法相结合对车体进行可靠性优化。首先,根据静强度分析结果对车体应力集中位置建立子模型;其次,筛选对子模型应力影响较大的变量进行试验设计拟合响应面方程,建立可靠性优化数学模型;最后,以可靠度为约束条件,采用NSGA-Ⅱ算法优化求解。研究结果表明：优化后改善了车体的应力集中,减轻了车质量,为车体的优化设计提供了参考。     

结构动力响应可靠性优化算法研究

通过对约束最优化算法的分析研究,分别将复合形法以及内点罚函数法用于结构动力响应可靠性优化中,通过数值算例说明两种算法对结构动力响应可靠性优化的影响。     

面向可靠性设计优化的响应面偏差修正方法

在基于仿真的汽车设计中,针对响应面模型普遍存在的精度不高的问题,研究了基于贝叶斯推断的模型外推预测方法,提出了模型不确定性下基于偏差修正的模型外推及可靠性设计优化方法,并通过一个汽车轻量化设计实例验证了所提方法的有效性。     

NEW APPROACH FOR RELIABILITY- BASED DESIGN OPTIMIZATION： MINIMUM ERROR POINT

Conventional reliability-based design optimization (RBDO) requires to use the most probable point (MPP) method for a probabilistic analysis of the reliability constraints. A new approach is presented, called as the minimum error point (MEP) method or the MEP based method, for reliability-based design optimization, whose idea is to minimize the error produced by approximating performance functions. The MEP based method uses the first order Taylor's expansion at MEP instead of MPP. Examples demonstrate that the MEP based design optimization can ensure product reliability at the required level, which is very imperative for many important engineering systems. The MEP based reliability design optimization method is feasible and is considered as an alternative for solving reliability design optimization problems. The MEP based method is more robust than the commonly used MPP based method for some irregular performance functions.     

基于可用度评价的混联生产线缓冲区配置优化

为快速有效地分配缓冲区容量,提高混联生产线的可用度和生产率,提出了一种基于可用度评价的缓冲区分配方法。在考虑混联生产线特性的同时,通过分析设备状态与缓冲区状态之间的转化规律,将缓冲区进行等效处理,以获得等效设备的可用度;结合通用发生函数(UGF)法,建立混联生产线的可用度与缓冲区容量关系的数学模型,以整线可用度最大为目标,利用遗传算法(GA)求解得到最优的缓冲区配置策略。多个生产线实例缓冲区优化分配结果表明,基于可用度评价的缓冲区分配方法能够在有效解决缓冲区配置问题的同时,明显减少生产线的平均在制品数量。     

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。     

基于模拟退火的并联系统失效概率的计算方法

针对并联系统失效概率计算问题，定义多模式并联系统的最可能失效点，并采用模拟退火优化算法寻找此点。在逐步寻找此最可能失效点的过程中，建立自适应的重要抽样法来求解并联系统的失效概率，推导该方法失效概率估计值、方差和变异系数的计算公式。文中所提方法与计算并联系统失效概率的Monte Carlo法相比，具有更快的收敛速度，尤其是针对失效概率较小的问题，与连续顺序近似方法相比，具有更高的计算精度和更广的适应范围。算例结果显示所提方法的优越性。     

基于改进LHS模式的可靠性设计优化

在设计优化中,确定性优化由于没有考虑输入量的不确定性,其优化结果可能不可靠(不安全),因此基于可靠性的设计优化(reliability-based design optimization,RBDO)得到关注.然而可靠性设计优化计算量大,尤其对于高维问题.基于此,提出一种新方法--改进拉丁超立方体取样(Latin hyp...     

低周疲劳失效的涡轮盘可靠性灵敏度设计

将有限元方法、低周疲劳模型、径向基函数神经网络技术与可靠性理论相结合,给出了涡轮盘低周疲劳可靠性灵敏度设计方法。应用径向基函数神经网络拟合得到随机设计变量与失效寿命之间的函数关系式,根据随机摄动法与可靠性灵敏度技术进行灵敏度设计。径向基函数神经网络技术的引入克服了工程实际无法给出极限状态函数显式的问题,而灵敏度技术使各变量对可靠度的影响得以定量表达,具有很好的指导意义。     

大口径火炮弹协调器机构可靠性优化设计研究

为提高弹协调器的交弹效率,同时保障协调交弹动作具有高可靠度,开展某弹协调器机构的可靠性优化设计。考虑主要几何尺寸、制造误差、重要构件弹性变形等影响因素,建立某弹协调器的参数化刚柔耦合动力学模型,通过参数化动力学分析,复现协调器的协调交弹动作失效,并建立相对应的功能函数及协调器可靠性优化设计模型。针对协调器可靠性优化模型,为提高优化设计的效率和精度,构建新的Kriging模型自适应更新策略,并与序列二次规划(SQP)方法、功能函数度量法(PMA)/可靠度指标法(RIA)结合,提出协调器机构可靠性优化设计方法。研究结果表明,在协调交弹可靠度满足要求的情况下大幅提高了某协调器的协调效率,也验证了所提方法的有效性和工程价值。