可靠性灵敏度分析的重要抽样方法

基于重要抽样模拟,提出一种新的求解可靠性参数灵敏度的方法.所提方法依据失效概率对基本变量分布参数偏导数的积分表达式,推导可靠性灵敏度分析的重要抽样计算公式,该公式为一推导的函数在失效域中的数学期望形式,而该数学期望可以利用重要抽样函数获取的落入失效域中的样本来估计.算例结果表明,所提方法在保证同样计算精度的情况下具有比Monte Carlo模拟法更高的计算效率.     

裂纹扩展寿命多失效模式可靠度的序列二次规划计算方法研究

机械结构中普遍存在疲劳裂纹,由于受各种随机因素的影响,裂纹扩展过程下的结构安全性评价往往具有很大的不确定性。针对有限板宽问题,通过灵敏度分析,优选出了对疲劳裂纹扩展速率影响较大的因素(载荷水平、裂纹初始长度和材料参数),并将其视作随机变量,推导出疲劳裂纹扩展下的断裂失效可靠性模型,在此基础上建立了可靠性指标的优化数学模型,并基于序列二次规划算法给出了裂纹结构断裂失效及静强度联合失效的可靠性指标。最后根据一个具体实例,得到了联合失效模式下的可靠性指标随应力循环次数扩展的曲线,并同单一失效模式下的可靠性变化进行对比分析,说明了基于联合失效模式下的可靠性分析的合理性,实现了对裂纹结构在扩展过程中可靠性变化的评价。     

失效概率函数的可靠性度量及其求解的条件概率模拟法

结构失效概率为设计参数的函数的求解是可靠性优化中的关键问题。提出一种失效概率函数的高效求解方法及一种新的可靠性度量指标,它为失效概率函数在分布参数空间上的统计特征值。所提方法的主要思路是采用条件概率模拟及三阶最大熵法来求解失效概率函数。条件概率模拟法是引入中间失效域,将所求失效概率转化成条件概率比值与中间失效域的概率的乘积形式,并通过两次马尔科夫链模拟分别对失效域及中间失效域的模拟来得到条件概率的比值。中间失效域为线性形式,其失效概率可容易求得。此外还采用三阶最大熵法来得到失效域样本的条件密度分布,最终得到所求的失效概率函数。结合算例探讨所提方法的精度、效率和适用性,结果表明所提的求解方法在确保精度的情况下具有较高的效率,在工程上是可行的。     

基于子集模拟法的桥式起重机主梁失效概率分析

针对桥式起重机主梁可靠性计算中存在的多维小失效概率问题,引入了马尔科夫链蒙特卡罗子集模拟法。该方法通过选择合适的中间失效事件,进而可以将较小的失效概率用一系列较大的中间失效事件条件概率的乘积来表达,失效域内的样本采用Metropolis-Hastings(M-H)抽样方法生成。文中给出了子集模拟法求解多维小失效概率的基本步骤,并通过算例验证了所提方法的可行性和有效性。数值算例和工程算例的结果均表明,在计算结果近似相同的情况下,子集模拟法比直接蒙特卡罗法计算效率提高了近90%,其为多维小失效概率的起重机金属结构可靠性计算提供了一个有效方法。     

基于子集模拟法的防爆盖可靠性分析

在实际的可靠性计算中，存在着大量的高维小失效概率问题，而基于马尔科夫链蒙特卡罗子集模拟方法，正是解决此类问题的有效方法。子集模拟方法的基本思想是通过设置许多个具有包含关系的中间失效事件，将很小的结构失效概率转换成多个大的条件失效概率乘积的形式。为了得到防爆盖可靠性分析功能函数的显式表达，通过有限元分析并结合神经网络拟合，研究应力与随机变量变化之间的函数关系，获得防爆盖可靠性分析的功能函数。针对防爆盖高维小失效概率问题，应用子集模拟法，利用马尔科夫链抽取条件样本点来估算条件失效概率，求解负压情况下防爆盖的失效概率。结果表明，子集模拟法具有很高的计算效率，而且又能保证很高的计算精度，同时对于高维非线性的功能函数也有很强的适应性。     

模糊结构和机械系统的能度可靠性分析方法

模糊系统的可靠性评估是工程中倍受关注的重要问题。结构系统的可靠性与结构的失效模式有关。模糊结构系统失效的可能度取决于失效可能度最大的最危险失效模式。因此，最危险失效模式的识别及对应极限状态方程的建立是模糊结构系统可靠性分析的关键问题。本文基于模糊结构的能度可靠性理论，建立模糊结构和机械系统的能度可靠性分析模型。所提出的模糊结构体系失效模式的枚举准则，可在只需枚举出少量主失效模式的条件下，不漏掉最危险失效模式。算例分析表明文中方法是有效和可行的。     

起重臂弯曲和扭转刚度的可靠性灵敏度

讨论了起重臂在弯曲刚度和扭转刚度失效模式下的可靠性灵敏度设计问题。推导出两种失效模式下结构的系统可靠性灵敏度公式;解决了不同失效模式间基本随机变量不一致的问题;编写了相应的计算机程序,能够迅速准确地获得结构的可靠性对基本变量均值、方差以及变量间相关系数的灵敏度信息。     

多失效模式下基于鞍点逼近和Nataf变换的基本变量总效应分析

针对工程实际中经常出现的多失效模式可靠性模型,建立多失效模式情况下的基本随机变量总效应分析的鞍点逼近方法.在所提模型中,利用鞍点逼近方法和Nataf变换结合来近似多失效模式下响应功能函数的分布函数,并以此来求解基本随机变量总效应分析中所需的多失效模式响应功能函数的无条件联合概率密度和条件联合概率密度函数,进而求得基本变量对多失效模式响应功能函数概率分布影响的总效应.给出所提方法的实现步骤和原理,并通过算例验证所提方法的合理性和可行性.     

基于马尔可夫蒙特卡罗子集模拟的可靠性灵敏度分析方法

在小失效概率可靠性分析子集模拟法的基础上,提出基于马尔可夫蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)子集模拟的可靠性灵敏度分析方法.在子集模拟的可靠性分析中,通过引入合理的中间失效事件将概率空间划分为一系列的子集,从而将小的失效概率表达为一系列易于模拟求解的较大条件失效概率乘积的形式,然后利用MCMC抽取条件样本点来估计条件失效概率.基于MCMC子集模拟的可靠性灵敏度分析,是将失效概率对基本变量分布参数的偏导数转化成条件失效概率对基本随机变量分布参数的偏导数.给出了偏导数通过MCMC模拟的条件样本点进行估计的原理和步骤,推导得出可靠性灵敏度分析的计算公式.利用简单数值算例和工程算例验证所提方法,算例结果表明:基于MCMC子集模拟的可靠性灵敏度分析方法有较高的计算效率和精度,对于高度非线性极限状态方程问题亦有很强的适应性.     

基于Copula失效相关结构系统的失效概率计算

针对具有相关失效模式的结构系统可靠性分析问题,提出利用Copula计算结构系统的失效概率。Copula函数可以采用多种边缘分布函数来推求联合分布函数,构造随机变量间的相关结构。该方法分别以各失效模式的功能函数值为Copula分析变量,利用MATLAB软件和Monte Carlo模拟法产生的随机抽样数据估计Copula参数,实现各功能函数间的联合概率分布函数的Copula建模,从而可以利用Copula计算结构系统的失效概率。最后用工程算例验证该理论方法的可行性,为具有相关失效模式的结构系统可靠性分析提供新途径。     

基于VC++的起重机起升机构可靠度软件开发

在分析了大量起重机起升机构事故的基础上,采用系统可靠性分析方法中的故障树分析方法,基于VC++平台研发了起重机起升机构可靠性分析软件.通过对起重机起升机构可靠性进行计算,定量评价出起升机构的实时可靠性     

Reliability and sensitivity analysis of bridge crane structure

In this paper, the structural reliability and sensitivity of bridge crane have analyzed and calculated. A comprehensive evaluation framework of structural reliability and global sensitivity of bridge crane under two dangerous conditions and multiple uncertain factors is proposed. In order to simulate the typical failure modes under two dangerous conditions, the calculation is based on the high fidelity finite element model (FEM) of bridge crane. For calculation methods, the framework includes: high-precision Monte Carlo simulation (MCS) scheme for verification and high-efficiency artificial neural network (ANN)-based scheme for application. The reliability results show that the accuracy of the calculation results based on artificial neural network is acceptable (the relative errors are −0.86 %, −10 %, 5.26 % and 0, respectively), and 85 % of the calculation time is saved. The results show uncertain parameters related to loads, section size and elastic modulus should be paid attention to in bridge crane structural reliability design.

     

Adaptive control and stability analysis of nonlinear crane systems with perturbation

This paper presents an adaptive control approach using a model matching technique for 3-DOF nonlinear crane systems. The proposed control is linearly composed of two control frameworks: nominal PD control and corrective control. A nonlinear crane model is approximated by means of feedback linearization to design nominal PD control avoiding perturbation. We propose corrective control to compensate system error feasibly occurring due to perturbation, which is derived by using Lyapunov stability theory with bound of perturbation. Additionally, we achieve stability analysis for the proposed crane control system and analytically derive sufficient stability condition with respect to its perturbation. Numerical simulation is accomplished to evaluate our proposed control and demonstrate its reliability and superiority compared to traditional control method.     

门座起重机结构件制造及整机总装物流系统分析与建模

与流水线生产方式不同,门座起重机结构件制造及整机总装物流系统在生产制造过程中具有不连续特征。基于离散事件动态系统理论,分析了起重机制造过程中的不确定性因素,建立了其制造系统的概念模型,并结合某起重机结构件制造及整机总装基地,建立了其制造系统的仿真模型,最后进行了仿真试验研究,提出了改善生产效能的建议。     

基于疲劳可靠性的起重机结构安全检测

目前国内起重机都是通过每年定期对其重要部位进行检测后,来判断结构的安全状况,这种检测方式具有很大的盲目性,本文通过对起重机工作过程中的应力-时间历程进行分析,计算出其疲劳可靠度指标曲线,并参考起重机结构需要进行检测的最低目标可靠度指标曲线,来判断结构的安全状况并确定结构需要进行检测的时间点,这种基于疲劳可靠性的起重机结构安全检测方法既节约了检测成本,又保证了其能安全有效的运行。     

基于故障树方法的起重机起升机构模糊可靠性分析

针对起重机起升机构在使用中容易出现故障导致作业失控和安全危害,而整个系统的可靠性难以计算的特点,以可靠性理论中的故障树方法为基础,结合模糊理论,推导出模糊概率、系统可靠度的计算公式;结合Access数据库的强大存储能力及便于读取的特点,采用VC^＋＋编程语言开发起重机起升机构参数化可靠性计算软件,既可实现不同起重机起升机构的可靠性计算,又可记录不同起重机起升机构的零部件的失效时间,为相关研究提供宝贵的数据源。     

起重机摆动控制系统的研究

为了实现起重机的自动化控制作业,同时有效提升起重机装卸作业效率,必须采用有效手段对起重机作业过程中的起吊物摆动进行控制.文中提出了基于起重机运行加速度控制的摆动控制方法,并构建了起重机摆动控制系统.首先建立了起重机搬运系统的三维模型,基于三维运动方程并结合实际的操作经验提出了一种有效的摆动控制方法.分析了摆动控制系统的特征参数,给出了摆动控制参数的具体计算方法,并进行了三维仿真与试验,仿真及试验结果验证了提出方法的有效性.     

Methodology to Estimate Remaining Service Life of Steel Structure by Possibilistic Reliability Theory

Steel structure system of crane deteriorates over time due to environmental effects,material fatigue,and overloading.System structural reliability and remaining service life assessment methods are developed during the few decades.But until now estimating remaining service life methods of crane steel system by reliability theory begin to develop.Safety assessment of existing steel structure system requires the development of a methodology that allows for an accurate evaluation of reliability and prediction of the remaining life.Steel structures are the supporting elements in the special equipment such as hoisting machinery.Structure reliability and remaining service life safe assessment are important for steel structures.For finding the reason which caused the failure modes(such as fatigue strength failure,stiffness failure and stability failure),incremental loading method based on possibilistic reliability is applied into dynamic structure failure path research.Through reliability analyzing and calculating for crane,it is demonstrated that fatigue damage is the most common failure mode.Fuzzy fatigue damage accumulation theory is used for basis theory and Paris-Eadogan equations are used for mathematical modeling.All fatigue parameter values of the welding box girder of bridge cranes are determined and fatigue remaining life formulas are deduced.After field test and collecting working parameters of numerous cranes,typical fatigue load spectrum was compiled for the dangerous point of box girders used in the area.Fatigue remaining life is assessed for different types and lifting capacities.Safety for steel structure system of bridge crane is assessed by two quantitative indexs:reliability and remaining life.Therefore,the evaluation means is more comprehensive and reasonable.The example shows that the two quantitative indexs are mutually correlated.Through analyzing the 120 t-22.5 m bridge crane of a certain enterprise,a new methodology to estimate remaining service life of steel structure by possibilistic reliability theory is introduced for safety evaluation of structure system.     

基于能度可靠性的桥式起重机结构软件设计及分析

充分考虑我国起重机械结构设计、制造、使用、检验的国情,采用能度可靠性理论,对桥式起重机械金属结构的可靠性安全评估开展了深入系统的研究,并以自主研发的计算软件为载体,为起重机结构系统可靠性研究提供一套相对完整有效实用的理论体系,采用该理论能够对起重机进行安全评价,在保证设备安全运行的前提下,最大限度地发挥起重机的经济效益和社会效益。     

基于转子串电阻调速的起重机升降过程动态特性研究

根据起重机起升系统的结构特征与负载特性,研究了起重机起升电动机在转子串电阻调速方式下电动机转速与串电阻及负载之间的关系,并采用Matlab/SimPowerSystems对其进行了仿真分析,得出了起重机串电阻调速控制方式下,1~4挡与负载速度以及电机转矩的动态特性。