中北大学“机械设计及理论”学科简介

中北大学“机械设计及理论”学科已形成“机辅系统状态检测与诊断”、“机械结构分析与现代设计”和“微机械系统设计与集成”三个稳定的研究方向。在“复杂恶劣工况下动态信息获取与分析”、“复杂系统建模与参数识别”、“复杂装备实时检测与故障智能诊断”方面拥有鲜明特色。目前．本学科年纵、横向科研经费590多万元。累计完成省、部科研项目和企业委托项目30多项．获得“国家发明二等奖”1项，     

考虑认知不确定性的多状态系统Birnbaum重要度分析方法

重要度分析是辨识复杂系统可靠性薄弱环节的有效手段。但现有的重要度分析方法均假设系统及组成部件的退化规律是完全精确已知的,即系统和部件的退化或失效模型是可以被精确估计的。针对实际工程中由于小样本、失效数据不足且难以获取、失效或退化机理不明确等因素所产生的退化模型参数认知不确定性,提出一种考虑认知不确定性的多状态系统Birnbaum重要度分析新方法,利用证据理论和马尔科夫模型分别开展认知不确定性量化和多状态系统可靠性建模,从而有效地量化部件退化参数的认知不确定性对系统可靠度和重要度的影响。该方法被应用在重型数控车床的刀具进给控制系统的可靠性分析中,以阐明认知不确定性对部件重要度分析和排序的作用与影响。     

机械故障诊断中的误诊断与信息处理方法

对机械状态的误诊断是对机械状态的一种歪曲反映，误诊断原因是多方面的，包括诊断数据的不准确性、诊断依据的不可靠性、诊断推理的不合理性等。机械状态的信息特性对机械故障诊断起重要作用，研究信息特性对提高故障确诊率和故障诊断的可靠性具有实际意义。针对获取的故障信息具有不确定性，文章提出用粗集理论处理诊断中的不确性的数学方法理论。     

中北大学“机械设计及理论”学科简介

中北大学“机械设计及理论”学科已形成“机械系统状态检测与诊断”、“机械结构分析与现代设计”和“微机械系统设计与集成”三个稳定的研究方向。在“复杂恶劣工况下动态信息获取与分析”、“复杂系统建模与参数识别”、“复杂装备实时检测与故障智能诊断”方面拥有鲜明特色。目前，本学科年纵、横向科研经费590多万元。累计完成省、部科研项目和企业委托项目30多项，获得“国家发明二等奖”1项，“省、部级科技进步二、三等奖”21项。在国内外刊物和重要学术会议上共发表学术论文285篇，其中SCI、EI等检索收录共65篇，出版专著3部。建…     

机械系统设计专家系统中Dempster—Shafer证据理论在模糊集上的扩展

本文将处理机械系统设计专家系统中不确定性问题的Ｄ／Ｓ证据理论扩展到了模糊集合。借助于三角模理论，建立了模糊Ｄ／Ｓ证据理论，其广义的支持对可通过（７）、（８）两式求出，因此为Ｄ／Ｓ证据理论处理机械系统设计专家系统中模糊信息找到了一个突破口。     

协同仿真技术在薄煤层采煤机械动态可靠性分析中的应用

在简要阐述了复杂煤层赋存条件下,在薄煤层采煤机械动态可靠性分析的技术难点、目标和要求的基础上,重点介绍了基于多体动力学理论的多软件协同仿真技术在薄煤层采煤机械的动态可靠性分析中的应用,主要包括:基于截齿与刨刀的力学模型,开发了采煤机和刨煤机载荷计算软件,解决了不同煤层赋存条件和工况下的采煤机械载荷计算问题;介绍了多体动力学理论基础,解决了采煤机械多体系统建模、模型数据交换、协同仿真支撑平台框架建立等技术难点;给出了协同仿真技术在薄煤层滚筒采煤机和刨煤机可靠性分析中的工程应用实例。结果表明:利用协同仿真技术能够准确预测与评估薄煤层采煤机械的动态可靠性,并对其结构设计存在的问题予以改进和优化,以提高其工作的可靠性,实现复杂煤层赋存条件下薄煤层安全高效的机械化开采。     

复杂产品不确定性智能设计研究综述与展望

不确定性现象普遍存在于各个设计环节，使得复杂产品的设计过程越来越复杂，正确认识并掌握设计过程中的各种不确定性是复杂产品智能设计取得成功的必要条件。系统梳理了产品设计中的不确定性因素种类与特征，聚焦于不确定性智能设计的设计流程，围绕用户需求不确定性智能分析、功能结构不确定性智能求解、设计方案不确定性智能决策、局部参数不确定性智能优化四个方面，分析了其研究现状与应用场景。针对现有不确定性智能设计中存在的强模糊冗余条件下设计意图难提取、不完全可信条件下功能行为难推理、不完备区间条件下设计方案难决策、混合不确定条件下结构性能难预测等问题，提出了复杂产品不确定性智能设计的未来研究方向。     

考虑参数不确定性的滚珠丝杠副耐磨损确信可靠性建模与分析

在传统的滚珠丝杠副的耐磨损可靠性计算中,通常只考虑随机不确定性,而未考虑认知不确定性,针对这一问题,基于不确定理论,建立了一种既考虑参数随机不确定性,又考虑认知不确定性的滚珠丝杠副耐磨性可靠度模型。首先,基于修正的Archard理论,建立了滚珠丝杠副的耐磨性模型;然后,通过引入不确定理论,建立了滚珠丝杠副的耐磨损确信可靠性模型,针对模型中耐磨损可靠度不确定分布无法求出的问题,提出了一种两层参数不确定仿真算法;最后,通过实例对所建立的可靠度模型和不确定仿真算法进行了分析计算,并分析了各参数不确定对丝杠耐磨损可靠性的影响。研究结果表明：考虑认知不确定性时的确信可靠度为0.656 522,而采用不考虑认知不确定性的蒙特卡洛法求得的可靠度为0.770 07;从计算结果可得,参数的不确定性会降低滚珠丝杠副的可靠度,导程角的不确定性对耐磨损可靠度的影响最大,其次是节圆直径、磨损系数、接触角、轴向载荷、适应比,滚珠直径的影响最小。该研究结果可以为滚珠丝杠副的优化设计和可靠性提升提供参考。     

多失效模式机械系统可靠性灵敏度设计

在机械系统可靠性设计理论与灵敏度分析方法的基础上,研究不完全概率信息条件下多失效模式的机械系统可靠性灵敏度分析问题,提出机械系统可靠性灵敏度分析的计算方法,给出可靠性灵敏度的变化规律,研究设计参数的改变对机械系统可靠性的影响,为机械系统可靠性设计提供理论依据.     

非随机载荷不确定的机车侧墙过滤系统两相流可靠性分析

针对机车侧墙过滤系统制造安装和运行环境变化的可靠性问题,考虑到载荷参数认知不确定性建模困难,结合制造安装随机性,提出了一种含区间非随机载荷不确定的机车侧墙过滤系统两相流可靠性分析方法。首先,通过实验对比,建立了机车侧墙过滤系统两相流的CFD模型。其次,采用概率和区间混合不确定性模型及其相应的有效可靠性分析方法,对机车侧墙过滤系统的两相流动力学问题进行可靠性分析。对样本充足的结构参数和样本不足的载荷参数分别用概率和区间法进行度量,因样本不足而造成的认知不确定性建模困难可以快速得到解决,扩展了区间混合不确定性的可靠性分析技术在两相流动力学问题研究中的适用性。通过对电力机车侧墙过滤系统两相流问题的阻力和过滤效率等载荷可靠性问题的研究,合理提高了关键参数的不确定性水平,既可兼顾成本又可提高过滤系统的可靠性,满足电力机车运行复杂环境高可靠性应用的要求,为工程应用提供参考。     

不确定性信息条件下系统可靠性分析

在系统可靠性分析中,参数不确定性的正确表达是评价系统稳定与否的先决条件。然而,在实际情况中,影响系统可靠性的参数分布往往缺乏严格的规律性,即便参数大体符合某种分布,也存在漂移现象,采用传统方法处理这类不确定性,存在信息丢失问题。为此引入概率盒理论,提出一种新的不确定性信息条件下系统可靠性分析方法。首先对各个不确定参数进行概率盒建模;其次,将各参数概率盒等信度离散,结合系统可靠性方程计算笛卡尔积,进而得到系统可靠性概率盒模型;最后,以零点为边界划分出风险区和稳定区,并通过积分计算面积定量地分析系统的可靠性。实验以悬臂梁系统为分析对象,与传统方法进行对比分析,实验结果表明,该方法不仅有效而且提高了准确性。     

柔性关节机械臂不确定性及灵敏度分析

为了得到整个时间域内参数的不确定性对系统响应的影响,以双连杆柔性关节机械臂为研究对象,通过比较响应的95%置信区域上下边界之间以及每组置信区域之间的距离分析了具有随机不确定性、认知不确定性以及混合不确定性的参数对系统响应的影响。其中,概率论方法和区间方法分别用来处理参数的随机和认知不确定性,而参数的混合不确定性采用改进的双层循环蒙特卡罗方法处理。仿真结果表明参数的随机不确定性包含于混合不确定性分析中,因此考虑参数的混合不确定性能更具体地分析参数的不确定性对系统响应的影响,从而提高系统的可靠性设计。另外,该不确定性分析方法为分析参数在整个时域内对系统响应的灵敏度提供了理论依据。     

影响机械结构可靠性的不确定性分析

影响机械结构可靠性的不确定性分析黄洪钟（西南交通大学）１前言在机械结构中存在着大量的不确定性因素需要考虑和处理，如结构的几何特性、材料特性、载荷效应、结构的失效准则以及结构分析理论的不完善性和人为因素的影响等，这些因素实际上是机械结构分析中的决定性因...     

基于卡方分布的统一多学科可靠性分析

复杂工程系统往往包含随机不确定性和认知不确定性,为实现多学科可靠性分析效率和精度的平衡,在深入研究一阶可靠性分析方法计算过程中计算精度低的根本原因的基础上,采用序列化思想提出一种能够处理多源不确定性共存情况下的统一多学科可靠性分析方法,该方法由多学科系统分析、系统灵敏度分析、统一可靠性分析模型建立和可靠度求解组成。详细描述了所提方法的执行过程,并通过两个算例验证了其有效性。     

随机和认知不确定性量化的置信区域法

针对非线性机械系统中混合不确定性量化的问题,提出了随机和认知不确定性量化的置信区域法。首先,分别用概率论方法和区间方法来处理混合不确定性中的随机不确定性和认知不确定性,得到混合不确定性的置信区域;然后,为了在时间域内对不确定性进行传播,对传统双层循环蒙特卡罗抽样方法进行了改进;最后,以非线性质量-弹簧-阻尼系统为例讨论了基于混合不确定性分析方法的有效性。结果表明,同时考虑随机不确定性和认知不确定性,有利于提高系统设计的可靠性,为非线性机械系统的设计与精度分析提供了理论依据。     

随机与区间不确定性下的序列化多学科可靠性分析

为进行两种不确定共存情况下的多学科可靠性分析,提出一种基于概率论和凸集理论的随机与区间不确定性下的序列化的多学科可靠性分析方法.该方法通过对耦合循环解耦,组成多学科概率可靠性分析、基于凸模型的多学科非概率可靠性分析和多学科分析的单循环递推迭代过程,并集成全局灵敏度方程和KKT替代条件替换复杂的凸模型极值分析,保证了多学科可靠性分析具有较好的计算效率.通过两个算例验证了该方法的有效性.     

混合不确定性下的多学科协同可靠性分析方法

多学科可靠性设计优化被认为是解决不确定性因素影响下复杂产品设计优化问题的有效方法,然而高额的计算花费严重影响了其在实际中的运用。多学科可靠性分析作为多学科可靠性设计优化的重要组成部分,对其计算效率起着直接的主导作用。目前,混合不确定性下的多学科可靠性分析仍是嵌套或顺序执行模式,易导致复杂产品可靠性分析时学科自治性差、效率不高的问题。为此,针对混合不确定性下的多学科可靠性分析问题,提出一种混合不确定性下的多学科协同可靠性分析方法。该方法首先将多学科极限状态函数向标准正态空间转换,利用区间可靠性分析的KKT条件进行模型转化,构建多学科可靠性分析整体模型,然后将整体模型分解成几个并行的单学科优化问题,并利用一致性约束对各学科进行协调,实现多学科可靠性分析的并行求解。通过数值算例和复合缸设计实例,验证了所提方法的可行性和有效性。     

证据理论与模糊分布相结合的可靠性方法研究

工程系统可靠性分析中,某些认知不确定性变量无法采用单一的理论模型进行准确地描述,常存在不确定性信息的丢失。为了准确处理工程系统的可靠性信息,文中提出了一种证据理论结合模糊分布的可靠性分析方法。首先通过对证据理论中的焦元赋予隶属度函数建立起模糊分布的证据理论模型。然后通过融合方法求得相应模糊焦元的BPA(Basic Probability Assignment)和融合后的隶属度函数,并通过归一化因子将融合后的隶属度函数转换为概率密度函数。最后根据BPA和等价概率密度函数建立初始样本点,采用MCMC(Markov Chain Monte Carlo Simulation)子集模拟法来分析工程系统的小概率失效性。通过工程应用说明:相比于单一的模糊理论或证据理论,证据理论与模糊分布相结合的可靠性方法具有更好地处理认知不确定性的能力,计算高效,分析结果精确,适合混合不确定性工程系统可靠性分析。     

现代机械系统可靠性设计探讨

可靠性设计计算技术已开始用于机械系统设计中，概述了可靠性设计在现代设计方法中的应用状况，就可靠性理论在机械设计中的应用，提出一些探讨性意见。     

电静液作动器不确定性建模分析与可靠度计算

不确定性是影响飞机电静液作动器(EHA)可靠性的主要因素。针对消除不确定性影响和提高EHA可靠性的问题,研究了基于概率论的EHA不确定性建模与可靠度计算方法。对EHA不确定性进行了定性分析;在建立EHA线性数学模型基础上,给出了一种不确定性建模方法,并据此分别考虑独立不确定因素和多不确定因素的影响,提出了EHA对这些参数的不确定性建模和可靠度计算方法;以EHA作动筒截面积对输出位移影响为例进行演算,采用Matlab进行仿真对比验证,证明了EHA不确定性模型和可靠度计算方法的正确性。