考虑载荷作用次数的机械零部件可靠性灵敏度分析方法

 为了研究载荷多次作用时,机械零部件的可靠度及可靠性灵敏度变化规律,从灵敏度角度修改零件的设计参数,降低制造成本,建立一种可靠性模型结合了随机摄动法、Edgeworth级数技术,并考虑了载荷的作用次数．摄动法和Edgeworth级数可以在基本随机参数的前4阶矩已知的情况下,研究具有任意分布参数的机械零件的可靠性灵敏度设计问题,顺序统计量理论考虑了载荷作用次数在可靠度和灵敏度计算中的影响．使用这种模型计算出的可靠度会随着载荷作用次数而变化,这与静态的可靠度计算方法存在差别．以某一型号的螺栓为算例,应用此模型计算了其可靠度、随机变量均值和方差的可靠性灵敏度．由提出的方法得到了可靠度和可靠性灵敏度值及其随载荷作用次数变化的曲线．可靠度及可靠性灵敏度随载荷作用次数变化的规律是：载荷作用次数增加,可靠度值降低,变化趋势单调;载荷作用次数达到最大时,可靠度达到最小;随机变量均值和方差的灵敏度随载荷作用次数变化出现不同的变化趋势,其中螺栓截面直径的均值和方差灵敏度随载荷作用次数的变化最大,随作用次数的增加,螺栓截面直径的参数将对螺栓的可靠性起主要的决定作用．     

复合随机振动系统的动力可靠性矩独立重要性测度及态相关参数解法

针对激励与结构参数同时存在不确定性的复合随机振动系统,由随机结构无条件动力可靠度表达式出发,利用条件概率密度函数解析变换给出衡量基本随机变量对动力可靠性影响的矩独立重要性测度指标。该指标可表征不确定性随机变量对动力可靠度响应量分布的平均影响程度,可全面反映随机变量对响应分布影响。基于状态依存参数模型,提出求解矩独立重要性测度指标的态相关参数(SDP)法。利用算例分析结构动力可靠性参数的矩独立重要性测度,并与直接Monte-Carlo法对比。所提方法可在保证计算精度同时大幅度提高计算效率,适用于分析复合随机振动系统非线性可靠性响应。     

随机结构在随机载荷下的动力可靠度分析

提出了综合考虑动载荷和结构参数双重随机性的动力可靠度分析方法。首先基于随机振动的首次超越破坏准则,参照随机变量功能函数模式,建立了随机结构动力可靠度功能函数;然后引入序列响应面法,对功能函数进行拟合;最后用JC法求解可靠指标。算例分析验证了本文方法具有较好的计算精度和计算效率,尤其在复杂工程结构的动力可靠度分析中有广阔的应用前景。     

基于二项级数近似的结构概率分析

结构稳健优化设计中,一个关键的环节是分析结构响应量的概率特性,即计算响应的均值和方差。常用的方法主要有泰勒级数法、蒙特卡洛法以及数值积分法等。其中泰勒级数法精度较差,不适用于参数方差较大的随机结构,而蒙特卡洛法和高斯积分法计算量又过大。为了提高结构稳健性分析的计算效率,将结构位移的二项级数近似技术引入到高斯积分方法之中,提出一种结构位移均值及方差的计算方法。同时,用伴随向量法推导了相关的灵敏度计算公式。通过一个算例与已有的方法进行了比较,表明该方法较大程度上减少了高斯积分法的计算量,而与泰勒级数法相比,该方法又具有较高的计算精度,并且其灵敏度计算不再需要重分析,计算量较少。     

随机结构随机激励下的响应灵敏度分析

对于随机激励下随机结构动力响应的灵敏度分析问题,提出基于点估计法的随机结构随机动力响应灵敏度分析方法.所提方法从随机结构响应均方值的均值表达式出发,首先将随机结构响应均方值的均值对基本随机变量分布参数灵敏度转化成求期望值问题,再由求解随机变量函数矩的点估计方法导出求解动力响应灵敏度的计算公式.算例分析表明该方法的计算结果是合理的,并且由于点估计法具有较高的效率和精度,因而所提方法具有一定的工程意义.     

风荷激励下天线结构的随机振动分析

研究随机天线结构的风激随机振动响应问题。考虑天线结构物理参数、几何尺寸和结构阻尼的随机性,在基于随机因子法对结构进行动力特性分析的基础上,从结构风激随机振动响应在频域上的表达式出发,利用求解随机变量函数矩的方法和求解随机变量数字特征的代数综合法,导出了随机天线结构在风荷激励下位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差和变异系数的计算表达式。以8米口径天线为例,分析了结构物理参数、几何尺寸和阻尼的随机性对天线结构风激位移响应均方值和应力响应均方值随机性的影响。     

基于等概率近似变换的 向量型层递响应面法分析结构可靠度

基于正交变换和等概率近似变换,研究建立了随机变量为非高斯互相关的工程结构可靠度分析的向量型层递响应面法。首先利用正交变换将非高斯互相关随机变量变换为互不相关的非高斯标准随机变量,建立结构总体刚度矩阵和荷载列阵,据此定义预处理器并形成预处理随机Krylov子空间,进而利用该空间的层递基向量将结构总体节点位移向量近似展开,建立关于互不相关非高斯标准随机变量的层递响应面;然后根据等概率近似变换,将独立标准正态空间的样本点转换为层递响应面在非高斯空间中的概率配点;最后通过回归分析确定层递响应面待定系数,并利用层递响应面建立极限状态方程求解结构可靠度。分析表明：该文提出的等概率近似变换方法不仅成功地将层递响应面法拓展到非高斯互相关随机变量下的结构可靠度分析,而且方法简便、适用范围广、计算精度和效率较高,具有良好的全域性。     

关于箱型梁结构提高舰船抗舱内爆炸可靠性水平的研究

针对箱型梁结构舰船和普通结构舰船,综合考虑多种随机变量的影响,分别计算其在舱内爆炸载荷作用下的结构可靠性,并进行比较分析,从而对箱型梁结构提高舰船抗舱内爆炸可靠性水平进行评价。爆炸载荷作用下的结构响应采用流固耦合方法,借助MSC-Dytran软件进行计算。结构失效概率采用Monte-Carlo方法,通过最大熵法拟合程序进行计算。研究结果表明:箱型梁结构对于降低内部爆炸载荷下01甲板产生破口概率和炸点正上方区域发生塑性大变形概率的作用并不明显,但是能够明显降低01甲板产生横向和纵向大变形的概率。     

模糊参数平面连续体结构的拓扑优化设计

研究了具有模糊参数的连续体结构在模糊载荷作用下的拓扑优化设计问题。利用信息熵将模糊变量转换为随机变量,构建了随机载荷作用下的随机参数的连续体结构的拓扑优化设计数学模型,以结构的形状拓扑信息为设计变量,结构总质量均值极小化为目标函数,满足单元应力可靠性为约束条件,利用分布函数法对应力可靠性约束进行了等价显式化处理。基于随机因子法,利用代数综合法导出了应力响应的数字特征的计算表达式。采用双方向渐进结构优化(BESO)方法求解。通过两个算例验证了该文模型及求解方法的合理性和有效性。     

随机风荷载作用下桅杆结构响应矩计算的离散分析法

整体考虑纤绳的空间振动以及纤绳、杆身的相互影响,推导出桅杆结构在随机风荷载作用下的非线性振动方程;在此基础上采用随机振动的离散分析理论,推导出结构响应均值和方差的递推式。由于结构的非线性特征,矩方程中包含位移的高阶矩,递推方程式不闭合。引入Gauss闭合假定,将影响的高阶矩用值和方差表示,递推方程式成为响应均值和方差的非线性方程,可以迭代求解。该方法计算效率高,收敛快。算例表明,该方法计算结果与Monte Carlo模拟结果符合较好。