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。     

基于响应面的结构非概率可靠性优化设计

将结构系统中的不确定参数描述为区间变量,在基于区间模型的可靠性分析基础上,考虑到复杂结构的极限状态函数表达式往往很难直接求出,提出了基于响应面模型的非概率可靠性结构优化方法。该方法用二次多项式拟合结构的极限状态函数,通过区间模型计算出结构的非概率可靠度,并将其作为约束条件来对结构进行优化设计,应用嵌套优化模型解决此类优化问题。最后用该方法对25杆桁架结构进行了优化,结果表明提出的方法是正确可行的。     

基于响应面法和蒙特卡罗法的齿轮热弹耦合接触特性研究

首先运用摩擦学、传热学和有限元法研究了齿轮的本体温度场,然后利用间接耦合法对齿轮进行了结构分析,以齿轮材料的线膨胀系数、油温、主动轮转速、主动轮功率及齿面许用接触应力为随机变量,基于响应面法得到了齿面接触强度的极限状态函数,并通过蒙特卡罗法得到了各随机变量对该极限状态函数的概率敏感性。结果表明,响应面-蒙特卡罗法有效简化了复杂结构的可靠性灵敏度分析。     

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。     

非正态变量可靠性灵敏度分析方法

基于极限状态函数矩估计的失效概率计算,提出一种非正态变量可靠性灵敏度分析的新方法.推导极限状态函数的矩对非正态基本变量分布参数的偏导数,并利用失效概率与极限状态函数矩的关系,推导失效概率对非正态基本变量分布参数的偏导数,从而得到非正态变量可靠性灵敏度.用文中方法和改进的一次二阶矩法同时分析对数正态变量的可靠性灵敏度,验证文中方法的正确性;最后运用其方法计算失效概率对指数和Weibull分布参数的灵敏度.     

基于多层映射模型的空间机械臂运动可靠性影响因素灵敏度分析

面向空间机械臂在轨操作任务的高可靠性需求,基于运动可靠性影响因素多层映射模型开展灵敏度分析,为空间机械臂任务规划和控制决策制定提供理论依据。综合考虑空间机械臂几何参数、控制变量和柔性因素对运动可靠性的影响,建立运动可靠性影响因素的多层映射模型,实现各因素耦合关系和对运动可靠性递推关系的表征;以此为基础,融入在轨任务约束构造极限状态函数,引入非线性响应面方法实现灵敏度的快速求解,在避免传统方法中多维积分连续偏导问题的同时满足了在轨实时应用需求。通过仿真试验,实现了对各类运动可靠性因素的灵敏度求解,验证了多层映射模型的准确性和非线性响应面方法对求解运动可靠性灵敏度的有效性,并对灵敏度在任务周期内的时变性进行了探讨。     

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。     

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。     

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.     

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。     

汽轮机转子抗疲劳的模糊可靠性理论分析

现场调查表明,汽轮机转子的损坏是由于转子与联轴器的联接部位在复合应力作用下的疲劳破坏所引起的,这里应用模糊数学原理推出了疲劳极限的隶属函数,根据模糊可靠性理论出了转子抗疲劳的模糊可靠度计算公式,建立了转子的模糊可靠性分析理论,并结合实例说明了转子模糊可靠度的计算方法。     

隐式极限状态方程可靠性灵敏度四阶矩估算

将四阶矩方法与响应面方法相结合,提出一种适用于隐式极限状态方程的可靠性灵敏度四阶矩估算方法。该方法将可靠性灵敏度计算方法与有限元方法相结合,可以准确、快速地计算具有任意分布设计变量的复杂模型可靠性灵敏度,为复杂结构可靠性灵敏度计算提供了一种新思路。对曲柄滑块机构和压力容器管接头两个不同类型的数值算例进行了可靠性灵敏度计算,并采用Monte Carlo方法对计算结果进行了验证。结果表明,两种方法计算得到的可靠性差异很小,且四阶矩估算方法的计算效率远高于Monte Carlo方法的计算效率。     

基于三阶矩法的可靠性及参数灵敏度分析

提出了一种基于三阶矩法的可靠性及参数灵敏度的分析方法,通过将极限状态函数进行Taylor级数展开到二阶,从而考虑了非线性项,并获得了极限状态函数的前三阶矩,根据三阶矩可靠性指标,获得了结构的失效概率,使用梯度算法,建立了可靠性参数灵敏度分析的数学模型。数值算例表明,本文方法可有效地对结构可靠性及参数灵敏度进行分析。     

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。     

系统可靠性灵敏度分析方法及其应用研究

基于已有的单个失效模式可靠性灵敏度分析,建立多模式串、并联系统失效概率对基本变量分布参数的灵敏度分析方法,着重研究多模式并联系统可靠性灵敏度分析的近似方法.该方法以数字模拟为基础,根据样本点对系统失效概率的贡献,对计算失效概率的所有样本点进行筛选,并由筛选出的样本点线性回归模拟并联系统失效域,得到等价的单个线性极限状态方程,从而将多模式并联系统的可靠性灵敏度分析等价转换为单个模式的灵敏度分析.对于多模式串联系统的可靠性灵敏度分析,文中采用的方法是将串联系统的失效概率精确转换成单个模式失效概率与多个模式并联系统失效概率的代数和,然后逐项进行灵敏度分析,进而得到串联系统的可靠性灵敏度.对于结构系统的极限状态方程含有复杂综合随机变量的灵敏度分析问题,提出一种基于二次回归分析的近似处理方法,通过推导的综合随机变量分布参数对基本变量分布参数的偏导数公式和复合函数求导法则,最终得到复杂多模式系统失效概率对基本变量分布参数的灵敏度.文中用理论数值算例验证所提算法的精度与可行性,并将所提方法推广应用到工程算例中,验证其工程应用价值.     

Reliability sensitivity of multi-degree-of-freedom uncertain nonlinear systems with independent failure modes

The reliability sensitivity analysis of uncertain multi-degree-of-freedom nonlinear vibration systems with independent failure modes subjected to random excitation is examined. An earlier version of the statistical fourthmoment method is extended to deal with vector-valued and matrix-valued functions and is developed to determine the first four moments of the system response and state function. Random variables and system derivatives are conveniently arranged into 2D matrices by means of Kronecker algebra. The distribution function of the system state function is approximately determined by the standard normal distribution functions using Edgeworth series technique, and its reliability and reliability sensitivity are presented and discussed.     

Reliability analysis using an enhanced response surface moment method

Moment methods, which are powerful and simple techniques for analyzing the reliability of a system, evaluate the statistical moments of a system response function and use information from the probability distribution in the analysis. The full factorial moment method (FFMM) performs reliability analysis by using a 3ⁿ full factorial design of experiments (DOE) and the Pearson system for random variables. To overcome the inefficiency of FFMM, the response surface moment method (RSMM) has been proposed, which is based on a response surface model (RSM) that is updated by adding cross product terms into the simple quadratic model. In this paper, we propose the enhanced RSMM (RSMM+) that modifies the procedure of selecting a cross product term in the RSMM and adds a process of judging whether the response surface model can be established before performing an additional experiment. We apply the proposed method to several examples and show that it gives better results in efficiency.     

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.     

航空发动机附件机匣热分析研究

综合热网络法和有限元软件Ansys的优势,建立一种航空发动机附件机匣热分析计算方法.用Foman语言开发基于热网络法的附件机匣内部元件热分析模块,用APDL语言开发基于有限元软件Ansys的壳体热分析模块,2个模块之间存在数据交换和迭代联算.通过对某航空发动机附件机匣进行热分析计算,获得附件机匣的温度场分布、生热量以及润滑油出口温度,说明了该计算方法应用于附件机匣热分析计算的可行性.