齿轮啮合热弹耦合应力的可靠度灵敏度分析

为降低齿轮失效风险,分析影响啮合轮齿热弹耦合应力的相关因素;采用响应面法构建啮合轮齿热弹耦合应力的极限状态函数,得到轮齿热弹耦合应力可靠度与各相关参数的数学表达式;应用Monte-Carlo模拟法,得出轮齿热弹耦合应力可靠度对各参数的灵敏度表达式;以某行星齿轮传动的太阳轮为例,分析得到轮齿热弹耦合应力可靠度对齿宽、转速、模数和压力角的灵敏度。由灵敏度数值大小可知齿宽、模数、压力角和转速对啮合轮齿热弹耦合应力可靠度影响程度依次增大;由灵敏度正负可知减小转速和压力角或者增大齿宽和模数可提高轮齿热弹耦合应力的可靠度。研究为轮齿强度可靠性设计提供理论依据。     

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。     

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.     

啮合轮齿温度可靠性对齿轮参数的灵敏度分析

为降低齿轮啮合轮齿高温失效风险,基于响应面法构建了啮合轮齿温度的极限状态函数,得到轮齿温度可靠度与各相关参数间的数学关系式,应用Monte-Carlo模拟法得出轮齿温度可靠度对各参数的灵敏度表达式。以行星齿轮传动的太阳轮为例,分析得到轮齿温度可靠度对齿宽、转速、模数和压力角的灵敏度,分别为-0.519、-0.712、0.211和0.384。结果表明:模数、压力角、齿宽和转速对温度可靠性的影响程度依次增大;减小齿宽、转速或者增大模数、压力角可提高轮齿温度可靠度。啮合轮齿温度可靠度对齿轮参数的灵敏度分析为轮齿温度可靠性设计提供了依据。     

基于仿真的动作机构可靠性灵敏度分析

机构和机构运动的复杂性给动作可靠性灵敏度的分析带来很大困难,基于动作可靠性仿真结果,求得运动输出量与参数变量的函数关系,进而确定功能失效函数,建立动作可靠性指标表达式,可实现基本变量均值和标准差的灵敏度分析.     

随机地震激励下门机动态响应及可靠度分析

基于随机振动理论,对门机进行随机地震激励下的动态响应分析。采用一致多维平稳随机地震响应分析方法,数值仿真了门机在七种不同方向地震激励组合下门机的地震响应。根据结构随机动力反应的统计矩,运用随机过程的极值理论对门机进行了基于首超破坏准则的动力可靠性分析。结果表明:考虑多维地震输入可能会使结构应力增加58.8%;在X+Z向地震输入下门机的可靠度最低;有Z向地震波分量参与的地震输入容易导致门机倾覆、主梁断裂。     

基于IRSM和IP-GA的车架非概率可靠度优化

以某牵引车车架为研究对象,对车架进行有限元分析,求车架结构的强度值。制造车架材料的密度和弹性模量存在不确定性,在求解可靠度时,要考虑这些参数的不确定性。运用改进响应面法(IRSM)构建不确定变量、设计变量与强度值之间的近似模型,求得车架原厚度的非概率可靠度指标。以设计变量相关车架部件的质量最轻为目标函数,车架原厚度可靠度指标为约束构建非概率可靠度优化模型。运用隔代遗传算法求解不确定性优化,并与确定性优化相比较。计算结果表明:在不降低车架原厚度可靠度指标的基础上,确定性优化和不确定性优化都能够做到轻量化,且不确定优化比确定性优化多减轻20 kg质量,有重要的优化设计价值。     

基于灵敏度分析的龙门横梁多目标优化研究

为减轻横梁质量并提高其静动态特性,首先对横梁进行受力分析,通过灵敏度分析找出各设计变量对横梁质量和最大变形量的影响程度,然后综合考虑横梁的质量和最大变形量,利用响应面法构造回归方程,并对回归方程进行准确性验证,用优化工具箱对横梁进行多目标优化求解,得到最优的尺寸参数.将优化前后的参数进行对比分析.结果表明,优化后的横梁不但质量减轻,而且静动态特性都有所提高.     

混沌多项式新求解及其在板料成形性容差预测中的应用

利用单项式容积法的积分点,通过回归求解混沌多项式(Polynomial chaos expansion, PCE)系数,提出一种构造PCE的高效方法。该方法解决了概率配点法和随机响应面法的两大问题：① 当采用加权余量法构造PCE时,须要用高斯积分法求数值解,但是高斯积分点个数随变量维数增加而呈幂次递增,而单项式容积法积分点的数量比较接近PCE系数的个数,所以能够有效降低原始模型的计算或模拟次数;② 因为概率配点法和随机响应面法只抽取了部分高斯点,不同的取法可能会产生不同的结果。由于单项式容积法只需要少量积分点,故可以全部抽取,不存在取样差异的问题。通过具有精确解的数学算例的计算对比,结果表明该方法不但显著减少模拟次数而且精度与Monte Carlo方法相当。将该方法应用于行李箱后盖外板成形质量的容差预测,验证了该法在工程应用中的可行性。     

结构区间可靠性分析的可能度法

在进行结构可靠性分析时,将影响结构功能的不确定性设计变量用区间数描述,建立结构可靠性分析的区间应力-区间强度干涉模型。针对两个区间变量情况的区间应力-区间强度干涉模型,定义了结构安全可能度和失效可能度,形成在设计变量分布形式已知或未知时都适用的结构区间可靠性分析的可能度法,建立了结构区间可靠性分析的可能度准则。分析了结构区间可靠性分析可能度法具有的良好数学性质。在已知设计变量在区间取值范围内都服从均匀分布的前提下,研究了结构安全可能度和概率可靠度的关系,认为结构安全可能度可以对结构安全或可靠的程度做出合理的估计。算例验证了区间可靠性分析可能度法的有效性。     

基于多项式混沌方法的柔性多体系统不确定性分析

研究了柔性多体系统的参数不确定性问题。采用绝对节点坐标方法来描述柔性体的变形,运用多项式混沌方法对柔性多体系统进行不确定性分析。通过理论分析与算例研究,对比了多项式混沌方法与广泛使用的Monte Carlo方法的精度和效率。结果表明,在相同精度要求下,多项式混沌方法在复杂柔性多体系统不确定性分析中效率更高,在工程分析中更具实用价值。     

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。     

压缩机转子系统的振动可靠性灵敏度设计

为了对压缩机类复杂的转子系统进行可靠性灵敏度设计,探讨可靠度与基本随机变量之间的关系,得到不同随机变量对可靠性的影响程度。通过引入隔离裕度和放大因子的概念,在转子系统动力响应的基础上,预测系统实际隔离裕度与许用隔离裕度。首先,根据许用隔离裕度不超过实际的隔离裕度的关系准则,针对压缩机类转子系统提出了一种基于共振失效的振动可靠性模型;然后,利用神经网络模型代替了有限元模型建立了复杂结构的可靠度与基本随机变量的强非线性关系;最后,以某齿轮转子系统为例,应用可靠性设计理论求解某转子系统危险位置的可靠度,应用可靠性灵敏度理论得到了系统均值灵敏度和方差灵敏度。     

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。     

非正态分布参数的蜗杆传动可靠性灵敏度设计

将可靠性设计理论与灵敏度分析方法相结合,讨论了具有非正态随机参数蜗杆传动的可靠性灵敏度设计问题,提出了可靠性灵敏度设计的计算方法,给出了可靠性灵敏度的变化规律,研究了设计参数的改变对蜗杆传动可靠性的影响,为蜗杆传动的可靠性设计提供了理论依据。     

钢板弹簧的可靠性分析的参数灵敏度

讨论了钢板弹簧的可靠性分析的参数灵敏度问题,提出了可靠性灵敏度分析的计算方法,研究了正态分布设计参数的改变对钢板弹簧可靠性的影响,为钢板弹簧的可靠性设计提供了理论依据。     

螺旋管簧可靠性参数灵敏度分析

在基本随机变量的概率特性已知的情况下,采用最大可能点撮动分析法和灵敏度分析方法,通过计算机程序可以直接实现螺旋管簧的可靠性参数灵敏度分析,迅速准确地得到螺旋管簧的可靠性参教灵敏度信息,研究了设计参数的改变对螺旋管簧可靠性的影响,为螺旋管簧的可靠性设计提供了理论依据.     

快速响应制造系统任务可靠性研究

在先进制造系统可靠性研究的基础上,提出了快速响应制造系统任务可靠性的概念;通过系统任务过程研究,针对设计过程分析了影响任务可靠性的主要因素,并建立了相关任务可靠性参数.     

电梯系统垂直振动的频率敏感度分析与鲁棒设计

考虑曳引绳刚度在电梯运行过程中具有变刚度的特性,利用Lagrange方程对电梯系统建立了7自由度的振动微分方程,通过试验设计方法得出随机变量与系统频率响应的数值关系,利用人工神经网络技术获得随机变量与频率响应之间的显性函数关系式。根据激振频率与固有频率之比不超过规定值的关系准则,定义了电梯系统纵向振动的可靠性模式,运用频率可靠性分析方法,提出多频激励情况下的系统的频率可靠性及其敏感度的分析方法。在此基础上,结合可靠性敏感度理论与稳健设计方法,将可靠性敏感度融入到目标优化设计中,建立系统频率可靠性鲁棒设计模型。通过工程算例,将可靠性敏感度理论和稳健设计方法应用到电梯系统设计当中,得到满足鲁棒设计要求的随机参数值。结果表明,该方法具有较高的计算效率和求解精度,可以作为电梯系统稳健设计的理论依据。