模糊分布参数的全局灵敏度分析新方法

为合理度量随机输入变量分布参数的模糊性对输出性能统计特征的影响,提出了模糊分布参数的全局灵敏度效应指标,并研究了指标的高效求解方法。首先,分析了不确定性从模糊分布参数至模型输出响应统计特征的传递机理,以输出性能期望响应为例,利用输出均值的无条件隶属函数与给定模糊分布参数取值条件下的隶属函数的平均差异来度量模糊分布参数的影响,建立了模糊分布参数的全局灵敏度效应指标。其次,为减少所提指标的计算成本、提高计算效率,采用了扩展蒙特卡罗模拟法(EMCS)来估算输入变量分布参数与模型输出响应统计特征的函数关系。最后通过对算例的计算,验证该文所提方法的准确性和高效性。     

基于刚度和模态灵敏度分析的轿车车身轻量化研究

以某轿车白车身为例,建立有限元模型,以车身结构的刚度和模态有限元计算为基础,经灵敏度分析方法确定优化设计变量,以车身结构质量的最小化为目标,在保证车身刚度和模态性能的前提下,优化车身零件的厚度,从而实现车身结构的轻量化,车身减轻的重量为原来的3.6%,车身结构的刚度和主要模态频率也都获得不同程度的提高。     

面向固定条盒自动装填设备协同设计的任务规划研究

目的 解决固定条盒自动装填设备的复杂机械设计中,多人协同设计的作业效率问题。方法 采用基于模糊设计结构矩阵(FDSM)的任务规划方法进行任务规划,根据机械设计关联尺度将整体设计任务进行分解,将各设计任务间的耦合关系度量化并构建模糊设计结构矩阵,经过行列变换和分区算法解耦,得出规划后的协同设计任务顺序和分配。结果 通过G–value值验证,优化前后矩阵紧密性程度降低了24.95%了,有效降低了多人协同的相互制约。结论 基于模糊设计结构矩阵(FDSM)的任务规划方法能有效提高固定条盒自动装填设备多人协同设计的工作效率。     

基于失效概率偏导数的局部与全局混合灵敏度分析

基于失效概率偏导数的局部灵敏度与矩独立的全局灵敏度定义了一种新的混合灵敏度指标,该灵敏度指标不仅继承了传统的矩独立灵敏度的优点,而且反映了矩独立灵敏度和基于方差的灵敏度之间的内在联系。针对该矩独立的混合灵敏度指标计算量大的问题,该文首先将其转化为基于方差的混合灵敏度指标,然后利用能够高效计算条件矩的态相关参数(SDP)法进行求解。为了进一步提高计算效率,该文建立了基于重要抽样和截断重要抽样的SDP方法。算例结果验证了该文所提指标的合理性及所提方法的准确性。方法方法     

基于全局灵敏度的高效一体式隔振超结构不确定性分析

以控制力矩陀螺等为代表的航天器执行机构能产生微扰振,后者直接影响光学荷载的成像精度和航天器关键部件的寿命,从而降低航天器的核心性能。一体式隔振超结构展现出了优异的隔振性能,但是由制造误差带来的几何不确定性会影响其隔振频带和隔振效果。该研究提出一种基于全局灵敏度的高效不确定性分析方法,能够在隔振超结构设计过程中准确地量化由制造误差带来的隔振性能偏差。首先,将高阶的稀疏点区间切比雪夫多项式展开与基于方差的Sobol’灵敏度指数相结合得到一种高效的全局灵敏度分析方法。该方法与传统蒙特卡洛灵敏度分析方法相比计算效率提高了三个数量级。其次,通过忽略全局灵敏度指数较小的区间变量,大大减少了由复杂单元组成的超结构不确定性分析的工作量。最后,进行了不确定性灵敏度分析方法的试验验证。结果表明,所提出的基于全局灵敏度的不确定性分析方法可为隔振超结构的设计与制造提供高效指导。     

热塑性预浸料赋形褶皱缺陷的全局灵敏度分析

复合材料复杂构件成型过程中极易产生褶皱,影响构件成型质量和承载性能,因而迫切需要建立成型工艺参数对预浸料褶皱的定量映射关系,支撑构件的低缺陷成型制造。本文发展了一种多工艺参数耦合的热塑性预浸料褶皱缺陷全局灵敏度分析方法。基于非正交本构模型发展了热塑性预浸料宽温域赋形变形有限元仿真方法,将预浸料与模具的距离和预浸料面外弯曲的曲率相结合,提高了褶皱缺陷定量表征的可靠性,最终采用基于方差的 Sobol全局灵敏度指标,建立了一套能够定量计算赋形工艺参数对褶皱缺陷影响程度的全局灵敏度分析方法。通过典型平纹碳纤维/聚碳酸酯(CF/PC)材料单穹顶成型过程验证,结果表明: 在200~250℃温度范围和0.2~2.0 kPa压强范围内,赋形温度对CF/PC 预浸料褶皱缺陷的影响大于赋形压强,而且赋形过程中存在温度和压强的双参数耦合作用。     

基于钢丝绳传动的自动抹灰机的轻量化设计

针对上一代自动抹灰机“头重脚轻”的问题,基于轻量化设计的理念,设计了一种基于钢丝绳传动的自动抹灰机。该装置主要分为横纵移模块、小车模块和喷涂模块,通过一根封闭的钢丝绳的传动快速高效地完成整个墙面的抹灰工作。对自动抹灰机中的主要承载件——钢丝绳进行了受力分析和计算,计算结果表明,所选择的6*7+IWS钢丝绳符合工况要求。对自动抹灰机的作业成本进行分析并与人工抹灰成本进行比较,表明自动抹灰机作业成本较低,具有良好的市场前景。轻量化的自动抹灰机工作性能好,工作效率高,环保性强,在现代建筑施工中具有很高的应用和推广价值。     

基于模态误差函数灵敏度分析的损伤识别方法

利用非完整的模态响应信息进行损伤识别,通常归结为一个基于模态参数匹配的优化问题,较多的待识别参数将导致优化反问题计算规模过大以及识别结果非唯一性等问题。本文提出了基于误差函数灵敏度分析的新的参数更新策略。该方法将少数优势单元参数的提取与单元参数参考值的改进结合起来,实现逐次扩增的参数分组过程,每一步所采用的优化反问题中,只求解较小规模的优化问题。基于所建立的参数识别方法,数值仿真结果显示所采用的模型更新方法可以有效处理稀疏的有噪音测试数据,具有较稳健的识别性能。     

基于有限元灵敏度分析的预锻模具形状优化设计

在控制锻件几何形状的前提下 ,采用有限元灵敏度分析方法 ,对预锻模具形状进行优化设计 .针对下模速度为零时 ,速度灵敏度边界条件为零 ,其形状在优化迭代过程中得不到优化的情况 ,对速度灵敏度边界条件提出改进措施 ,使上下模具形状同时能够得到优化 .最后给出了优化设计实例 ,验证该方法的可靠性 .     

商用车内饰件的轻量化设计分析

随着我国出行工具的发展,车的内饰也进入到了新的发展层面。就目前汽车行业的发展来看,车身的安全性能逐渐提高,其重量也在不断加大。这就对车的内饰件提出了新的要求,那就是内饰件需要采取安全性能高且质量较小的材料,也就是对轻量化的材料使用。尤其对商用车来说,其安全性、舒适性以及节能性都应该是技术提升的重点。本文就通过对商用车的内饰件材料的研究,对轻量化设计的方案和意义进行总结。     

锤片式粉碎机转子结构动态优化设计

运用有限元法对锤片式粉碎机进行了动力学分析,得到了转子的固有频率、模态振型及不平衡响应等动态特性参数。利用灵敏度分析技术研究了各结构参数对转子动态性能的影响程度。以转子重量和不平衡振动响应为状态变量,以转子的固有频率为目标函数对结构进行了动态优化设计。优化结果表明,转子动态性能得到明显改善,为解决粉碎机的振动问题提供了有效的途径。     

软土浅埋框架结构抗震计算方法评价

摘要：我国地下工程结构的抗震设计主要采用等效静力法,国外则提出了自由场变形法、反应位移法等方法。本文分析评价等效静力法、自由场变形法和反应位移法应用于软土地下结构抗震设计的差异。分析中设定表征软土地下结构的基准模型,并以动力时程分析给出地下结构的地震响应。假定地质条件和结构埋深不变,通过比较分析随基准模型的结构刚度变化时计算变形和内力的差异,评价三种拟静力地下结构抗震设计方法的适用性。结果表明,等效静力法对刚度较大的浅埋框架结构适用性较好,其它情况计算的结构变形和内力偏大;自由场变形法适用于浅埋框架结构刚度较小或与周围地层刚度接近的情况,且倒三角形分布力模式优于集中力模式;反应位移法可适用于不同刚度软土浅埋框架结构的抗震设计。     

提高地铁车站结构抗震能力的理论及数值分析

1995年阪神地震中,地铁车站等地下结构遭受了严重的破坏,其中大开地铁车站破坏尤为严重,一半以上的中柱发生坍塌,为了提高地铁车站结构的抗震能力,本文基于第二类拉格朗日方程首先建立了地震荷载和轴力联合作用下柔性动边界梁动力响应的分析方法,并讨论了轴力和弹簧刚度与阻尼系数对动力响应的影响特点与规律,然后利用ABAQUS软件对阪神地震荷载作用下大开地铁车站在有无设置隔震器时进行了三维非线性动力分析。研究结果表明：)     

悬挑大跨混凝土框架-剪力墙结构弹塑性分析及试验研究

某拟建文化艺术中心是一个具有大空间、大悬挑等特点的混凝土框架-剪力墙结构,结构一端为多层大悬挑结构,最大悬挑长度为22m,并且在顶层中庭有30m的大跨度区域,属平面和立面均不规则的结构。本文采用NOSACAD和ABAQUS有限元程序建立整体结构分析模型,进行7度罕遇烈度下的弹塑性时程分析,研究了该结构在大震作用下的变形情况、塑性铰的分布以及受力机理等。计算结果表明：结构的悬挑端在竖向地震作用下的动力响应显著,剪力墙受拉损伤在结构底部和悬挑楼层处较为明显;但在大震下层间位移角满足规范要求;并对结构裙房截断后的模型进行了1/30的大缩尺模拟地震振动台试验,验证了截断模型方法在本试验中的合理性,最后根据构件的受力或损坏情况给出了设计改进建议。     

基于声辐射模态模型求解声功率灵敏度

声功率灵敏度分析揭示了结构振动引起的辐射声功率与结构设计变量之间的关系。通过利用声辐射模态模型来处理声辐射环节,利用有限元振动模型来处理结构振动环节,从而提出一种新的声功率灵敏度求解方法。在带障板的加筋板声辐射模型中,采用较常用的瑞利积分模型处理辐射环节的方法对其进行了验证。最终验证了这种方法的可行性。     

一种基于冲击振动响应分析的桥梁橡胶支座病害诊断方法

提出了一种利用桥梁在冲击荷载作用下动力响应诊断既有桥梁橡胶支座脱空或者受力不均病害的理论方法。以支座刚度的相对下降量为病害指数,计算桥梁冲击响应及其对病害指数的灵敏度,建立灵敏度方程,采用有限元更新技术和优化算法识别支座刚度。一座铁路简支单箱梁桥和一座公路装配式简支箱梁桥的分析结果表明,利用所提病害诊断方法可以准确识别单个或多个支座的刚度变化量,从而判断桥梁支座是否脱空或受力不均。对于铁路简支单箱梁桥,宜将冲击点和响应点布置在扭转振动较大的梁翼缘上;对于公路装配式简支箱梁桥,宜将冲击点和响应点设置在每片主梁的轴线上。     

汽车车身耐撞性设计参数的区间稳健性优化

基于区间分析,提出了一种考虑公差的汽车车身耐撞性稳健优化设计模型,可在有效降低耐撞性能对设计参数波动敏感性的同时实现公差范围的最大化。该模型首先利用对称公差来描述汽车碰撞模型中车身关键耐撞部件的主要尺寸、位置和形状等设计参数本身的不确定性,然后将参数设计和公差设计相结合,建立了以稳健性评价指标和公差评价指标为优化目标,设计变量名义值和公差同步优化的多目标优化模型。再次,利用区间可能度处理不确定约束,将该优化模型转换为确定性多目标优化模型。最后,将该模型应用于两个汽车耐撞性优化设计问题,并通过序列二次规划法和改进的非支配排序遗传算法进行求解,结果表明该方法及稳健优化设计模型可行且实用。     

频响函数曲线拟合与模态分析精细化

由于Vector Fitting (VF)将有理分式函数直接分解为部分分式和的叠加,极点(模态频率)获取顺序依模态贡献量由大到小排列,可保证拟合误差随拟合阶次增大迅速收敛,故对VF方法用于模态参数辨识的可行性进行论证,优化拟合精度与计算规模,并对曲线拟合算法误差、参数稳定性、模型定阶详细讨论,实现频响函数曲线拟合的精细化。利用已有文献数据进行考核,并与商业算法比较。     

基于齿轮传动系统横-扭-摆耦合非线性动力学模型的齿廓修形优化设计

基于齿轮传动系统动力学模型的齿廓修形优化设计可真实地反映修形参数对齿轮动态特性的影响。考虑几何偏心、陀螺力矩和齿向偏载力矩,建立了单级齿轮传动系统10自由度横-扭-摆耦合非线性动力学模型。提出了考虑齿轮实际运动状态并可适用于齿廓修形齿轮的啮合刚度模型,并采用解析法计算啮合刚度。为了降低齿轮传动系统的振动和噪声,以减小齿轮传动系统的动载系数为目标,建立了基于齿轮传动系统横-扭-摆耦合非线性动力学模型的齿廓修形优化模型。对某重载车辆齿轮传动系统进行了齿廓修形优化设计,优化结果有效的降低了齿轮的动载荷,可为设计低振动和低噪声的齿轮传动系统提供依据。     

基于振动测试的非线性参数识别方法

研究了利用特殊的正弦扫频技术识别非线性参数的方法。该方法利用目前线性系统成熟的模态分析技术,并结合等效线性化理论,通过振动测试识别结构的非线性参数,可以建立一个更加准确的模型来反映非线性结构的动力学特性,从而提高模型的预测精度。该方法包括两部分：（1）常位移测试识别非线性刚度;（2）常速度测试识别非线性阻尼。常位移测试是在一次正弦扫频过程中,通过调整各频率下的激励力幅值使得位移响应的幅值为常数,获得一组频响函数,通过模态分析获得等效刚度;改变位移响应的幅值进行多次测试,获得多组等效刚度;对获得的一系列恒定位移响应下的等效刚度进行曲线拟合,即可获得所有线性和非线性刚度参数。常速度测试与其类似。以三自由度非线性系统为例,进行了常位移测试和