一次二阶矩法及其在螺栓可靠性设计中的应用

由于工程实际中缺乏足够的数据资料来确定应力和强度的分布，利用数值积分法求解零件的可靠度将十分困难。本文提出一种可选择的实用方法，只要知道应力和强度的一阶矩和二阶矩（均值和标准差），便可求得可靠性指标β值，并通过螺栓联接实例，阐述了一次二阶矩法的设计原理和方法。     

高精度轨道调节锁紧机构设计

针对拖曳水池高精度轨道的调节锁紧问题,对轨道调节范围、轨道直线度和水平度调节机构以及调节支座的固定3个方面进行了研究。运用三维设计软件CREO2.0,建立了斜块式调节锁紧机构及分离式调节锁紧机构的三维模型。基于建立的三维实体模型,对以上两种调节锁紧机构的工作原理进行了说明。通过对横向和垂向调节范围、横向调节锁紧力、垂向调节锁紧力及锚固进行理论分析,提出了在高精度、高速度和动载荷轨道设计施工中宜采用分离式调节锁紧机构,而不宜采用斜块式调节锁紧机构。实际应用结果表明,分离式调节锁紧机构在轨道精度、轨道稳定性、后期维护等方面均优于传统的斜块式调节锁紧机构。     

强化试验法对月球样品容器锁紧机构的可靠性评估

为解决月球样品容器中关键部件——锁紧机构的可靠性评估问题,针对机构的特点,提出了强化试验的可靠性评估方法。该方法通过减少锁紧机构火工作动器的燃药量,降低机构动力源的输出力,再对试验数据进行评估得出可靠性结果。评估结果表明,采用该方法仅需较少试验样本即可实现对锁紧机构高可靠性(置信度0.95下的0.9999)的评估,能够显著降低生产和试验费用。     

双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁轴承负载力矩复合补偿的控制

提出一种基于角速率前馈与力矩观测相结合的磁轴承负载力矩复合补偿控制方法来提高双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁悬浮转子的悬浮精度。建立了双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁悬浮转子动力学模型,分析了内外框架转动情况下的磁轴承负载力矩。分别基于框架角速率前馈和力矩观测设计了磁轴承负载力矩复合补偿控制方法,分析了补偿后系统的稳定性。最后,利用实验室研制的样机搭建试验平台对本文所提出的方法进行了实验验证。结果表明:在框架以角加速度120(°)/s2启动至10(°)/s时,该方法使转子Ax端位移跳动量减小为未补偿前的44.8%;内外框架以幅值频率10Hz正弦激励时,转子Ax、By端的位移跳动量分别减小为未补偿前的23.4%和35.5%。结果显示提出的方法有效地提高了磁悬浮转子在负载力矩扰动下的悬浮精度。     

棘轮锁紧式举升机构的设计

棘轮锁紧式举升机构,包括通过齿轮传动轴连接的两个举升架,举升架包括支撑底座、固定臂、活动臂和齿轮箱,固定臂通过固定支座固定在支撑底座上表面的一端,固定臂一端与固定支座活动连接,固定臂另一端与活动臂的一端活动连接,活动臂的另一端设有滚动轴承,滚动轴承置于支撑底座上;齿轮箱上设有齿轮和齿条,齿条通过齿条连接杆与活动臂连接,齿条上与齿条连接连接的一端设有齿条销轴孔,齿条连接杆上设有三个等间距的连接杆销轴孔;两个举升架上的齿轮通过齿轮传动轴连接。其有益效果为:结构合理,坚固实用;能带动装配定位夹具及工件做升降运动和正、反360度旋转。     

磁悬浮飞轮抱式锁紧机构碳纤维弹片优化设计

针对磁悬浮飞轮抱式锁紧机构用一体式碳纤维弹片,提出了一种新型优化方法。通过将碳纤维弹片等效为悬臂梁模型,对其进行静力学和动力学分析,得到其最大过盈摩擦力、锁紧力、解锁力、最大弯曲应力和一阶共振频率。基于有限元法,对弹片进行灵敏度分析,得到弹片上端和下端两组互不相关的结构参数,并分别对两组结构参数进行优化设计。优化结果表明,当弹片个数为12时,质量达到最小60.5 g,比最初170 g减少了64%。根据优化结果研制了一套锁紧机构,利用三轴正弦扫频振动和随机振动试验,检验锁紧机构对磁悬浮飞轮系统的保护效果。结果显示,振动试验中定、转子间最大相对振动位移为50μm,远小于磁悬浮飞轮保护间隙200μm,表明锁紧机构能够对飞轮系统实施有效保护。     

磁悬浮控制力矩陀螺高速转子的优化设计

介绍了一种磁悬浮控制力矩陀螺(CMG)的结构,其中陀螺转子的额定角动量为200N·ms.利用多学科设计优化软件iSIGHT及有限元分析软件ANSYS,以质量为优化目标,以静力学、动力学和其他要求同时作为约束条件,对永磁偏置混合磁轴承支承的5自由度高速盘形转子(额定转速为20 000 rpm)进行了优化设计.通过优化设计,其静强度安全系数由原来的2.39提高到2.63,提高了10%;转子质量由15.032 kg减小为13.972 kg,减少了7.1%.为满足控制系统对共振频率的要求,转子的弹性一阶共振频率为1 313 Hz(动力学).     

基于可靠性的多学科设计优化在薄壁梁轻量化设计中的应用研究

针对对车身安全性有重要影响的薄壁纵梁进行优化设计,提出将薄壁梁的设计过程看作是一个需要考虑安全性、静态承载特性与一阶振动模态等方面的多学科优化过程的分析方法。同时,优化设计过程涉及材料、尺寸、焊点的布置等众多参数,传统的确定性优化设计结果往往都收敛于约束边界,而不能满足产品设计的可靠性要求。将试验设计、响应面模型、可靠性理论与遗传算法相结合,构造了基于产品质量工程的薄壁纵梁的可靠性多学科优化设计方法,与传统的确定性优化结果相比较得知,可靠性优化结果不仅较好地满足了轻量化的设计要求,同时也使得薄壁梁的使用可靠性有较大幅度的提高。     

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。     

高速磁悬浮鼓风机涡轮锁紧装置设计分析及试验

高速磁悬浮鼓风机由于采用磁轴承支撑和高速直驱的工作方式,相比于传统鼓风机可以显著提高工作效率,具有清洁、静音、维护费用低,无需油膜润滑等优点,但是相对于传统鼓风机,高速磁悬浮鼓风机对涡轮叶片的锁紧装置有特殊的要求。针对一台额定功率为315kW额定转速为30000r/min的高速磁悬浮鼓风机的涡轮锁紧装置进行设计和动力学分析,建立其在加速过程、稳速运行、降速过程和意外跌落过程等4种工况下的力学模型,分析了其工作原理与失效的原因,并针对磁悬浮转子意外跌落的冲击载荷进行了结构上的改进设计,使其满足在所有工况下的可靠锁紧。改进后的锁紧装置通过试验证明了其有效性和可行性,本研究可以为同类机构的设计提供参考。     

复杂隐式极限状态方程可靠性敏度分析新方法及其工程应用

针对复杂隐式极限状态方程，提出了一种新的可靠性敏度分析方法。由求解失效概率的改进一次二阶矩法出发，给出了失效概率对中间变量分布参数偏导数的计算公式；由隐函数求导法则，推导了失效概率对原始基本变量分布参数的敏度与中间变量分布参数对原始基本变量之间的隐式函数关系。采用非线性回归方法建立了近似的二次解析表达式，推导了一般情况下中间变量均值与标准差对原始基本变量均值与标准差的偏导数计算公式，使计算失效概率对原始变量分布参数的敏度成为可能。可靠性敏度分析新方法被应用于某型发动机涡轮盘疲劳失效概率的敏度分析，计算结果与定性分析结果的一致性，说明方法是合理可行的。     

滚轮顶杆式断缆锁紧装置及其设计准则

叙述一种新型的缆车断缆安全保护装置——滚轮顶杆式断缆锁紧装置的工作原理,给出了其若干设计准则作为设计计算依据。列举了结构紧凑,重量轻,动作灵敏、迅速,锁紧安全可靠等优越的技术性能。     

弹射座椅联锁装置锁臂的有限元分析及结构设计

针对弹射座椅联锁装置中关键零件因失效而导致弹射救生失败的问题,在联锁装置主要机构运动分析的基础上,将有限元法引入到锁臂结构的模型分析中,对其进行变形仿真分析,得到锁臂模型在加载后的合位移云图和等效应力云图,明确了变形量过大可能是锁臂失效的原因之一。为此,提出了锁臂结构设计的新方案,通过仿真分析并与之前锁臂的分析进行比较,发现锁臂端部的应变明显变小,验证了新方案的可靠性,为联锁装置的深入研究进行了必要的探索,对提高弹射座椅的安全性能具有积极的意义。     

磁悬浮飞轮锁紧保护技术研究与发展现状

介绍了国内外常用的磁悬浮飞轮用一次性锁紧装置和可重复锁紧装置,分析了它们的结构和工作原理。综述了这些磁悬浮飞轮用锁紧装置的研究现状及其在卫星姿态控制系统中的应用。介绍了国外一次性内/外锁紧方案,结合各种方案结构示意图,给出了不同锁紧装置的适用场合。为克服一次性锁紧装置不可重复锁紧/解锁的缺点,论述了国内可重复锁紧装置的发展过程,重点分析了基于楔形块自锁的可重复内锁紧装置和可重复抱式外锁紧装置。展望了锁紧保护技术的未来发展方向,指出基于单执行机构的可重复内锁紧装置、高锁紧刚度、高阻尼可重复锁紧装置和锁紧保护效果评价方法是磁悬浮飞轮保护技术的研究重点。     

油封正态分布结构参数的可靠性灵敏度分析

以油封的泵吸率为可靠性指标,将理论接触宽度、油侧唇角、空气侧唇角、过盈量和腰厚5种结构参数作为因子,泵吸率作为响应输出,运用正交试验法对油封性能进行分析;运用曲面响应法拟合泵吸率的极限方程,基于可靠性原理建立油封泵吸率的可靠性模型,运用二阶矩法和蒙特卡洛2种方法进行可靠性敏感度计算,分析呈正态分布的随机参数对均值的灵敏度和标准差的灵敏度。结果表明：2种计算方法的结果基本一致,基于均值的敏感度,对可靠度影响最大的是理论接触宽度,油侧唇角、空气侧唇角和过盈量对可靠度为正面影响;基于标准差的敏感度,过盈量的标准差对可靠度影响最大,5种结构参数的标准差均对可靠度有负面影响。     

磁悬浮飞轮锁紧装置及其优化设计

针对磁悬浮飞轮用一次性锁紧装置不可重复锁紧/释放的缺点,提出了一种基于电机、碳纤维弹片和钢丝绳的可重复锁紧装置,并给出了锁紧装置的结构和工作原理。根据执行锁紧过程碳纤维变形状况,将其分为弯曲变形和受压变形两个阶段,并在此基础上对锁紧装置进行了受力分析。利用多学科优化软件iSIGHT集成有限元分析软件对碳纤维弹片进行了优化设计,以材料强度、结构反力和共振频率多学科要求同时作为约束条件,采用针对离散变量的全域遍数法嵌套连续变量的序列二次规划法对碳纤维弹片质量进行优化。优化结果显示,碳纤维弹片个数为12时,碳纤维质量达到最小为46g,比初始质量112g减少了59%。结果表明,该优化方法提高了锁紧装置设计的可靠性和效率,对飞轮系统整体优化设计有重要意义。     

面向结构形状控制的驱动器结构参数与控制电压协同优化设计

飞机翼面结构形状的控制设计是提高飞机性能的关键技术。本文以压电纤维复合薄膜（Microfiber Composite,MFC）为驱动器,研究了协同优化设计MFC驱动器结构参数与控制电压以使飞机翼面结构具有理想形状的方法。以MFC的电极宽度、电极指间距、MFC厚度、压电陶瓷体积分数等驱动器结构参数以及控制电压为设计变量,以控制偏差最小为优化目标,以驱动器的击穿电压为约束,建立了驱动器结构参数与控制电压协同优化设计的模型;通过分析MFC驱动器结构参数对驱动性能的影响,给出了最优的驱动器结构参数;针对类似机翼翼面形状的平板扭转型面,给出了驱动器结构参数与控制电压协同的最优控制设计。设计结果表明：对于扭转变形,多个不同控制电压控制的型面均方差是相同控制电压控制均方差的45%,分析结果验证了本文所建立的协同优化设计方法的有效性。     

基于响应面法的轿车主减速齿轮可靠性灵敏度研究

为获得某轿车主减速齿轮尺寸参数对其传动可靠性的影响,提出采用改进拉丁超立方抽样(LHS)获取随机尺寸样本的方法;通过显式有限元仿真构建齿面最大接触应力完全二次响应面(RSM),研究了可靠度对参数的灵敏度。结果表明主减速齿轮可靠度对压力角和模数的均值与方差较为敏感,应合理控制其取值。     

机械可靠性分析与设计的一种显式迭代算法

基于改进的一一次二阶知釜对机械可靠性分析和单一设计变量的机械可靠性设计问题,本文提出了计算结构可靠度和确定结构可靠性参数的一种显式迭代算法。与有关文献相比较,这种方法优点是无需解域变换、无需人工计算功能函数的偏导数和无需解结构失效的极限状态方程具有较为简便的计算形式和较高的计算效率,可方便地算出结构的可靠度和结构可靠性参数。本文方法具有一阶计算精度。     

基于响应面修正敏度模型的结构可靠性影响因素分析方法

针对实际工况下结构可靠性影响因素复杂多样的特点,提出一种基于响应面修正敏度模型的结构可靠性影响因素分析方法。首先,融合最优多项式响应面函数与Sobol’灵敏度算法,推导出兼顾多影响因素局部与全局灵敏度分析的响应面修正灵敏度模型。并在此基础上,结合耦合因素的试验设计与极差验证、多体动力学分析、结构静力学分析,建立一种结构可靠性影响因素的灵敏度量化分析方法。最后,以典型收割机结构为分析对象对提出方法进行实例研究,研究结果表明脱粒滚筒转速对结构可靠性的灵敏度影响最大,粮仓负载的影响最小,其平均预测精度为97.36%,提出的方法可以实现多种耦合影响因素的灵敏度精确分析,从而为结构可靠性影响因素评估提供了一种思路。