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。     

磁悬浮飞轮用可重复抱式锁紧装置

针对磁悬浮飞轮锁紧装置用整体碳纤维弹片不便拆卸和一次性锁紧装置不可重复锁紧/解锁的缺点,提出了一种基于分立式弹片释放机构的可重复抱式锁紧装置。介绍了锁紧装置的结构、工作原理和弹片方案,通过将弹片释放机构等效为悬臂梁-质量块模型,对其进行了静力学和动力学分析。基于分析结果,选择灵敏度较高的结构参数作为优化设计变量,并考虑结构强度、解锁力和一阶共振频率,以软件iSIGHT为平台,对弹片进行多学科优化设计。优化结果表明,弹片个数为10时,弹片总质量达到最小为207g,比初始质量477g减少了56.6%。根据优化结果加工了一套锁紧装置,并利用正弦扫频振动和随机振动试验对其进行验证,验证结果显示该锁紧装置能够有效保护飞轮系统。     

Repeated clamping locking device for magnetic bearing flywheel

针对磁悬浮飞轮锁紧装置用整体碳纤维弹片不便拆卸和一次性锁紧装置不可重复锁紧/解锁的缺点,提出了一种基于分立式弹片释放机构的可重复抱式锁紧装置.介绍了锁紧装置的结构、工作原理和弹片方案,通过将弹片释放机构等效为悬臂梁质量块模型,对其进行了静力学和动力学分析.基于分析结果,选择灵敏度较高的结构参数作为优化设计变量,并考虑结构强度、解锁力和一阶共振频率,以软件iSIGHT为平台,对弹片进行多学科优化设计.优化结果表明,弹片个数为10时,弹片总质量达到最小为207 g,比初始质量477 g减少了56.6％.根据优化结果加工了一套锁紧装置,并利用正弦扫频振动和随机振动试验对其进行验证,验证结果显示该锁紧装置能够有效保护飞轮系统.     

动车组电机吊架多目标可靠性优化设计

为提高高速动车组电机吊架的承载能力,考虑几何参数的随机性,将响应面法和多目标遗传算法相结合对其进行可靠性优化设计.首先,对电机吊架进行静强度和位移灵敏度分析,找出设计变量;其次,对设计变量进行中心组合试验设计,根据试验设计点来拟合静强度和位移的多项式响应面模型;然后,将几何参数的随机性转化为可靠度,运用最小二乘法拟合可靠度函数方程作为约束条件;最后,运用多目标遗传算法对电机吊架进行可靠性优化设计.研究结果表明:响应面法与结构可靠性优化方法相结合,可以简化求解过程,提高优化结果的可靠度.     

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。     

基于多失效模式的水下航行器耐压壳体结构可靠性研究

耐压壳体结构是水下航行器重要的组成部分,考虑到结构强度和稳定性失效之间的相关性以及结构参数存在的随机性,基于可靠性理论开展多耦合失效模式下的耐压壳体结构性能分析研究。在研究过程中,首先基于二阶响应面法对耐压壳体结构的力学模型进行简化分析,获得相应的结构力学数学模型;其次在综合考虑结构参数随机性基础上,结合随机摄动法、二阶矩方法和窄界限法,建立水下航行器耐压壳体结构多失效模式可靠性分析模型;最后在分析计算各结构参数灵敏度基础上,获得结构参数对耐压壳体结构性能的影响规律。通过研究清楚地了解各因素对耐压壳体结构性能的影响程度,为结构设计提供一定的理论参考。     

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。     

考虑多种失效模式相关条件下串联模型机械系统可靠性灵敏度计算方法

实现对机械系统服役状态下各类随机参数的可靠性灵敏度分析,可为系统的控型控性设计、延寿设计提供可靠的理论依据,进而实现对系统全周期的动态优化设计。机械系统的失效常常出现多种失效模式。多种失效模式的相关性使得对机械系统的可靠性灵敏度分析变得复杂化,如何实现考虑系统部分或全部随机变量对系统所有相关失效模式全方位影响的可靠性灵敏度计算成为瓶颈。根据灵敏度和偏导数的定义,建立了考虑多种失效模式相关条件下串联模型机械系统可靠性灵敏度数学模型,模型中重点考虑了系统部分或全部随机变量对多种相关失效模式的多维影响,同时给出了机械系统可靠度计算方法,建立了对多种相关模式影响下串联模型机械系统可靠性灵敏度计算的有效途径。最后,以明弧焊机为算例,通过ADAMS/View建立其参数化虚拟样机,计算了焊机各类随机误差的可靠性灵敏度。该方法适用于系统参数为任意分布类型,便于程序化操作,结果准确且应用范围广。     

考虑强度退化与失效相关性的RV减速器动态可靠性分析

强度退化和失效相关性对机械系统的可靠度有显著影响,目前尚无同时考虑上述因素的RV减速器动态可靠性分析方法。根据RV减速器的结构特点,建立了基于强度退化理论的RV减速器零件动态可靠度分析模型,分析了强度退化对RV减速器零件可靠度的影响规律;通过推导出的耦合两级传动子部件可靠度的Copula函数描述零部件间的失效相关性,建立了RV减速器系统动态可靠性分析模型,研究了失效相关性对系统可靠性的影响规律;对影响RV减速器可靠性的主要设计参数进行了灵敏度分析,获得了各参数的灵敏度排序,为RV减速器的可靠性优化设计奠定了基础。     

随机参数刚架结构的平稳随机位移响应动力可靠性分析

研究物理参数具有随机性的刚架结构的平稳随机位移响应动力可靠性的计算方法。考虑结构的物理参数具有随机性，从结构随机响应的频域表达式出发，利用求解随机变量数字特征的代数综合法和矩法，导出随机参数刚架结构在平稳随机激励下的位移及速度响应均方值的数字特征，再由动力可靠性的Poisson公式导出结构动力可靠度的计算公式。通过算例就各参数的随机性对结构动力可靠度的影响进行分析，验证本文方法的可行性。     

基于安全系数法的封隔器胶筒可靠性研究

针对目前胶筒的结构易失效和可靠性低等问题,以胶筒的抗剪失效为目标,基于安全系数法,引入设计变量的随机性,建立正态分布下胶筒的可靠性模型。对胶筒工作应力和强度的影响因素进行分析,基于相邻目标优属度的AHP方法,综合获得可靠性模型的相关参数值;对密封胶筒静强度可靠性要求下的可靠性安全系数进行计算,并给出不同层次下密封胶筒可靠性安全系数的参考值。建立胶筒的有限元分析模型,根据剪切应力评价准则计算了胶筒可靠性安全系数的取值范围,并通过实例验证理论计算结果的合理性。     

随机参数轴盘扭振结构系统动力特性优化设计

研究具有随机参数的轴盘扭转振动系统动力特性的可靠性优化设计问题。给出在考虑结构材料密度和切变弹性模量为随机变量时,结构系统动力特性数字特征的计算方法,建立以轴和盘的几何尺寸为设计变量,结构总质量均值极小化为目标函数,满足基频或频率禁区可靠性约束的结构系统动力优化设计数学模型,利用复合形法求解。通过算例表明该模型和方法是合理与有效的。     

变量相关时多模式可靠性灵敏度分析的矩方法

针对变量相关情况下多模式系统可靠性灵敏度分析问题,给出一种通用数字模拟的方法,并将变量相关情况下单模式可靠性灵敏度分析的矩方法推广到多模式情况,得到串、并联多模式系统可靠性灵敏度分析的矩方法.在所提的方法中,首先将相关变量空间等效转化为不相关变量空间,并将系统多个失效模式的功能函数转化为不相关变量空间的功能函数,进而利用矩方法得到多模式系统失效概率对不相关变量空间基本分布参数的灵敏度,最后利用相关变量空间与不相关变量空间的等价关系及复合函数求导法则,求得多模式系统失效概率对相关变量空间中变量均值的灵敏度.并以数值算例说明所提方法的合理性.     

航天器密封舱结构的安定分析与优化

壁板式密封舱结构是返回式航天器的主要金属部件,其载荷复杂、可靠性要求高、结构优化目标不易实现。由于以弹性极限为核心的传统设计方法难以在保证强度的前提下有效实现结构减重,提出了一种基于安定理论的密封舱结构设计与优化方法。使用Abaqus参数化建模方法对不同参数组合下的模型进行了批量化安定分析,在得到各种设计构型的安定载荷因子后进行了详尽的敏感度分析,综合考虑了各构型的质量-强度关系并给出了效率较高的设计方案。研究结果表明,将安定分析用于密封舱结构,可以在保持质量不变的前提下,通过优化结构尺寸有效提高承载能力。     

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。     

基于Kriging模型的液压柱塞泵可靠性灵敏度分析

液压柱塞泵作为液压系统的核心动力元件,其能量转换效率很大程度上决定了整个液压系统的性能和可靠性,而目前采用的能量转换效率模型多为确定性数值模型,没有考虑参数随机性的影响,无法真实反映柱塞泵的实际运行状态。提出了基于Kriging模型的柱塞泵总效率建模方法,选用柱塞泵总效率为可靠性失效判据,分别采用改进一次二阶矩法和Monte-Carlo数值仿真法对柱塞泵总效率进行可靠性和可靠性灵敏度分析。分析结果表明:Kriging模型采用少量的样本模拟的总效率模型具有较高的精度,模拟结果可以获取全面的柱塞泵效率特性;运行工况条件对柱塞泵总效率可靠性灵敏度具有重大影响,不同工况下灵敏度具有较大差异。提出的方法可推广至其他液压泵总效率模型的建立及可靠性灵敏度分析。     

液压作动器回中锁紧协同作用特性分析

针对某飞行器液压作动器在服役工况下的自动回中、锁紧功能需要,分析了作动器动作次序、工作机理、液体回路及锁紧部件间的协同作用机制。液压作动器各部件油液连通耦合,运动相对独立。分别建立锁紧部件力学模型、作动器活塞和锁紧销的数学模型,通过理论仿真求解运动部件的动态响应。对比动态响应幅值、速度,结合装置内部空间结构及参数范围,评估故障锁紧过程中锁紧杆和锁紧销协同作用的可行性及空间干涉问题。为保证锁紧可靠性和稳定性,提出了结构尺寸优化方案。优化结果表明:某型液压作动器在1800 N压、拉负载作用下,锁紧销与锁紧杆分别经过66 ms和90 ms的相对运动后,可实现可靠锁紧;所建立的数学模型,可为液压作动器性能可靠性和安全性提供一定理论和技术支持。