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。     

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。     

层间隔震体系可靠度的灵敏度分析

考虑层间隔震体系(上部隔震结构、中间层隔震结构、下部隔震结构)随机参量和地震激励的不确定性,利用随机响应面方法,结合基于线性无关原则的概率配点方法,将隐式的结构响应函数转换成显式函数,在此基础上利用Monte-Carlo分别对3种隔震结构形式可靠度进行分析,并分析了其对应的可靠度灵敏度。结果表明:层间隔震体系中,各随机变量均值变化对体系的可靠度将会产生不同的影响,各随机变量方差的增加都将降低体系的可靠度;可通过优化设计变量,严格控制施工质量(控制变量方差),降低其对体系可靠度的影响。可靠度灵敏度的分析结果可以提供体系的可靠度指标对随机参量变化的重要性排序,从而提高大型复杂结构的可靠度分析和优化设计的效率,同时为层间隔震体系可靠度灵敏度的进一步研究奠定基础。     

二元机翼颤振可靠性研究

机翼气动弹性模型参数一般具有不确定性,为了定量分析参数不确定性对二元机翼颤振可靠度的影响,采用响应面法结合确定性颤振分析对其进行了研究。通过v-g法求解气动弹性运动方程的特征值,获得确定性颤振临界速度,建立描述机翼颤振可靠度的隐式极限状态函数,利用响应面法进行函数拟合。采用验算点法计算颤振可靠度指标,获得设计验算点以及失效概率,分析颤振可靠性灵敏度,从而确定参数变化对机翼颤振的影响程度。最后通过算例分析,得出考虑参数随机性影响的可靠度比确定性分析的可靠度提高了4%,证明本方法切实可行,为机翼结构的颤振分析与优化设计提供理论依据。     

结构体系隐式极限状态方程概率分析的改进响应面法

提出一种新的处理隐式极限状态方程概率安全分析的响应面法,在原响应面法的基础上,通过引入高阶修正项和概率等效变换,建立原隐式极限状态方程的等效显式极限状态方程,以利用已有的各种针对显式极限状态方程的可靠性分析方法,得到等效显式极限状态方程的失效概率。该方法被推广应用到所有极限状态方程均为隐式的结构体系的可靠性分析中去,依次建立每个失效模式的等效极限状态方程,并采用Monte Carlo法和重要抽样法计算具有多个极限状态方程的结构体系的失效概率。算例表明,文中方法不用差分方法计算隐式极限状态对基本随机变量的导数,适于解决隐函数的概率可靠性分析问题,由于采用了高阶项的修正,能够得到更高精度的结果。     

基于显式迭代算法的可靠性灵敏度分析

随着科学技术的发展,机械产品的组成和功能日益庞大,其性能极限状态函数也越趋复杂。改进一次二阶矩法在机械结构的可靠性灵敏度分析中应用最为广泛,但是对于复杂极限状态函数而言,其计算效率却非常低,原因是该方法的每个迭代过程都需要通过求解极限状态方程来获得可靠度指标。基于改进的一次二阶矩法,通过极限状态函数的均值、标准差和灵敏度系数显式表达出可靠度指标,根据表达式的不同,提出了2种可靠度的显式迭代算法,该方法能够有效地避免改进的一次二阶矩法需要列方程求解可靠度指标的缺点,具有简单的计算形式,利于编程的实现。算例表明,提出的2种显式迭代算法的迭代结果相同且近似等于改进的一次二阶矩法的结果,提高了计算效率和精度。     

起重机吊钩等效应力非线性可靠性灵敏度分析

为描述起重机吊钩提升重物非线性时域内等效应力分布规律,改善其设计优化的合理性,考虑多种随机变量,融合有限元法和响应面法进行了吊钩等效应力的可靠性灵敏度分析。通过在非线性载荷下的结构分析,计算出吊钩等效应力的分布情况,选取等效应力最大点作为输出响应对吊钩进行概率分析;在计算点处考虑随机变量的影响,结合响应面拟合蒙特卡洛法计算出吊钩等效应力分布概率和符合设计要求的可靠度,并分析了影响等效应力的随机变量灵敏度。结果表明:吊钩等效应力和安全概率基本符合设计要求;得出了吊钩等效应力分布的主要影响因素是等效载荷,灵敏度概率达到96.19%。     

鞍点逼近在多参数齿轮可靠性及灵敏度分析中的应用

将鞍点逼近理论与灵敏度分析方法相结合,讨论了基于齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度的多参数圆柱齿轮的可靠性及其灵敏度问题。在基本随机变量概率分布已知的前提下,首先利用鞍点逼近技术准确、迅速地获得圆柱齿轮功能函数的概率密度函数和分布函数,然后应用灵敏度分析方法,利用齿轮可靠度计算结果,得到了圆柱齿轮基本随机变量的灵敏度分析结果。     

失谐叶盘振动可靠性分析的径向基极值响应面法

为了研究随机刚度失谐对叶盘振动可靠性的影响,将径向基函数神经网络与极值响应面结合提出了径向基极值响应面法。选取叶盘材料密度、工作转速、激振力幅值作为随机输入变量,叶盘振幅极值为输出响应,利用拉丁超立方抽样法抽取不同输入样本点,通过有限元分析计算得到各样本点对应的振幅极值响应,用抽取的样本点构建径向基极值响应面,并结合蒙特卡洛法对随机变量进行大批量抽样,将其带入径向基极值响应面分析得到叶盘振动可靠度。结果表明,在随机刚度失谐因素影响下,叶盘振动可靠性降低,更容易发生振动失效。通过与蒙特卡洛法、极值响应面法进行对比,得出径向基极值响应面在保证计算精度的情况下提高了计算效率。     

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。     

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。     

构件结构可靠度对随机变量的灵敏度分析

本文从计算构件结构可靠度的几何法出发,给出了构件可靠度对随机变量的数学特征及对极限状态方程参数灵敏度的计算方法,并通过算例说明了对同一构件,在采用不同的权限状态方程时,虽然其可靠度指标相同,但可靠度指标对随机变量的灵敏度却有较大的变异性.     

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。     

基于响应面法的大型机械传动系统扭转振动可靠性分析

对传动系统扭转振动有限元模型应用LANCZOS迭代方法计算固有频率,用MATLAB调用NASTRAN进行迭代,在参数的整个设计空间范围内利用回归分析技术以显式的响应面模型逼近特征量与设计参数间复杂的隐式函数关系。选择较难确定或随时间变化的且对响应特征较为敏感的模型参数作为响应面输入参数,从输入参数的正态分布中抽取样本,利用响应面函数计算样本点的响应值,拟合出响应固有频率值的正态分布。根据工作转速给出传动系统工作频率的分布情况,从而根据可靠性分析方法计算出在模型参数不确定前提下系统不发生共振的可靠度。     

构件结构可靠度对随机变量的灵敏度分析

本文从计算构件的结构可靠度的几何法出发，给出了构件可靠度对随机变量的数学特征及对极限状态方程参数灵敏度的计算方法，并通过算例说明了对同一构件，在采用不同的限极状态方程时，虽然其可靠度指标相同，但可靠度指标对随机变量的灵敏度却有较大的变异性。     

隐式极限状态方程可靠性分析的加权响应面法

针对隐式极限状态方程的可靠性分析,提出加权回归响应面法,该方法采用线性响应面来拟合隐式极限状态方程。所提方法的策略可以归结为三点,一是选取极限状态函数绝对值更小的实验抽样点;二是根据每个实验抽样点的极限状态函数绝对值的大小,构造每个点在回归分析中的权数,增强极限状态函数绝对值小的实验抽样点对响应面函数确定的作用,削弱极限状态函数绝对值大的实验抽样点对响应面函数确定的作用;三是采用与传统响应面法一样的向设计点收敛的迭代方法。这三点策略保证了所得到的线性响应面函数能够在设计点附近更好地拟合真实隐式极限状态函数值为零的表面,从而达到高精度计算隐式极限状态方程可靠度指标的目的,算例结果充分显示所提方法的优越性。文中所提方法与组合响应面法结合,可以发展成为非线性高变异性隐式极限状态方程失效概率计算的高精度方法。     

任意分布参数随机变量间相关系数的可靠性灵敏度

讨论关于基本随机变量间相关系数的可靠性分析和可靠性灵敏度设计问题.基于可靠性摄动分析法包含对基本随机变量间相关系数的运算这一特点,利用四阶矩技术以及Edgeworth级数展开方法,提出基本随机变量间相关系数的可靠性灵敏度分析方法.通过可靠性计算,分析基于相关系数性质的可靠度范围以及可靠性误差;通过可靠性灵敏度计算,分析基本随机变量间相关系数的改变对结构可靠性的影响;通过实例计算及编写相应的分析程序,说明文中方法在工程实际中的应用.为确定基本随机变量间相关系数在可靠性分析中的重要性、对结构可靠性的影响以及不同影响程度提供分析方法,为统计分析工作以及可靠性设计提供有益的参考和建议.     

柔性机构动态可靠性分析的先进极值响应面方法

为了提高柔性机构可靠性分析的精度和效率,提出动态可靠性分析的先进极值响应面法。该方法将智能算法与可靠性分析的极值响应面法相结合,利用蒙特卡洛法抽取样本,经过网络训练建立先进极值响应面法的数学模型。以柔性机械臂为例,以柔性机械臂材料密度、弹性模量、构件截面尺寸为输入随机变量,构件变形为输出响应;利用蒙特卡罗法、极值响应面法和先进极值响应面法分别进行动态可靠性仿真计算,得出了各自输出响应量的分布特征及可靠度。通过方法比较表明:先进极值响应面法在保证计算精度的前提下,大大提高了计算速度,验证了先进极值响应面法在柔性机构动态可靠性分析中的可行性和适用性;也为柔性机构可靠性优化开辟了有效途径。     

一种结构可靠性的模拟数值计算方法

常用结构可靠性计算的方法包括有蒙特卡洛模拟法,响应面法等。大多数方法在计算时必须采用有限元理论,并进行基于Monte carlo抽样仿真,以研究多种不确定因素的影响下结构的可靠性。因此文中提出了一种基于kriging理论建模和遗传算法求解的模拟数值可靠性分析方法,通过采用重要抽样方法以减少抽样仿真次数,并利用kriging模型的高效预测建立结构的状态功能函数,在此基础上,应用遗传算法计算结构可靠性指标。将此方法用于典型框架结构可靠度分析的实例,表明了该方法的有效性和较高的计算效率。