机械结构系统模糊可靠性分析的数字计算方法

基于模糊可靠性问题向随机可靠性问题的数学转换,提出了应力和强度均为模糊变量时机械结构模糊可靠性分析的数字计算模型,在该模型中与截集水平对应的模糊应力和模糊强度首先被转化为普通的区间,然后在该普通区间上引入合适的概率分布,即可采用随机可靠性模型得到与截集水平对应的模糊失效概率,以此模糊失效概率为被积函数,以模糊应力的截集水平和模糊强度的截集水平为两个积分变量进行二重积分,并以0和1作为两个截集水平的积分限,即可得到机械结构系统的模糊失效概率。在所提方法的基础上,还提出了同时考虑基本变量模糊性和失效/安全域模糊性的失效概率计算公式。所提方法与模糊线性回归相结合,可用于计算具有多个基本模糊变量的机械结构系统的模糊失效概率。     

机械与制造科学“十一五”发展的战略方向(机械学)

根据中国国家自然科学基金委员会《机械与制造科学“十一五”发展战略研究报告》，阐述机械与制造科学有关机械学的“十一五”发展战略。 给出复杂机电系统、机构与机器人、摩擦学及表面表层科学、机械结构强度与失效学、智能结构及系统、机电产品现代设计理论与方法的内涵、研究范围及其重要性。指出“十一五”期间将进行的研究。 复杂机电系统的研究目标是，以揭示的系统规律认识和使用已有的复杂装备，在认识系统规律的基础上耦合多物理过程、运用先进技术精确地构建并组成功能更丰富、卓越和完善的复杂装备。 机构和机器人学的研究任务是，揭示自然和人造机械的机构组成原理，创造新机构，研究基于特定性能的机构分析与设计理论，为现代机械与机器人的设计、创新和发明提供系统的基础理论和有效实用的方法。     

考虑共因失效的机械零部件可靠性模型

共因失效作为相关失效的一种重要形式,普遍存在于机械零部件和系统的失效中.研究了机械零部件中由载荷所引起的相关失效现象,分析了相关失效产生的原因,运用应力-强度干涉模型,建立了存在多种失效模式的机械零部件可靠性模型,并运用该模型对齿轮的可靠度进行了实例计算.     

冗余结构系统共因失效相关性分析及概率预测

通过分析冗余结构系统环境载荷和元件强度分散度对系统各失效模式之间相关程度的不同影响,阐明了元件强度变量相互独立时冗余系统共因失效的发生机理,揭示了共因失效这种系统失效相关性的最基本原因。通过系统1、2重失效概率近似表达了系统各重失效概率的下限,并在此基础上建立考虑共因失效的冗余结构系统概率预测模型,利用JC方法的分析结果近似预测单位时段冗余系统的失效概率。     

结构疲劳百年研究的回顾与展望

疲劳是机械结构最普遍的失效模式之一.自1854年第一次提出"Fatigue"(疲劳)概念以来,相关研究已有160余年的历程,逐步形成了以疲劳研究为基础的机械结构强度理论与技术,推动机械结构从经验设计走向安全设计.本文回顾了结构疲劳研究的缘起及发展历程,总结了典型失效案例对疲劳基础研究的促进作用和里程碑式成果,基于文献统...     

有限元法在机械结构强度可靠性设计中的应用

应用有限元技术的基本理论,针对机械结构强度的可靠性设计问题,建立了机械结构强度设计的有限元和失效模型。在此基础上,介绍了求解不确定性有限元方程的一阶二次矩方法。     

征稿简则

1《机械强度》是中国机械工程学会、郑州机械研究所主办的公开发行的学术与技术刊物。主要刊载机械、强度、振动及材料强度的研究与应用领域具有创新性、经济意义和实用价值的论文、综述或阶段性研究成果简报。其范围:机械结构强度、微电子机械系统(MEMS)、可靠性、优化设计、机械设计、计算方法、疲劳、损伤、断裂、振动、噪声、故障诊断与监测、测试技术、检测与评价、测试仪器、实验应力分析、残余应力、失效分析及有关的交叉学科。     

一种智能电子锁的离合装置设计

智能电子锁要实现应急开锁功能,需要包含两套系统,一套是由电子驱动系统,另一套是单纯的机械驱动系统;在电子驱动系统失效时,可启动机械驱动系统来开启或关闭智能电子锁。为确保两套系统独立运行、互不干扰,设计了一种新型离合装置,并采用有限元分析、机构仿真等方法进行分析;分析结果表明,装置实现了电子驱动系统与机械驱动系统的各自独立、互不干扰的运行要求,且结构可靠、机械强度高,能够满足产品的运动机理要求。     

征稿简则

1《机械强度》是中国机械工程学会、郑州机械研究所主办的公开发行的学术与技术刊物。主要刊载机械、强度、振动及材料强度的研究与应用领域具有创新性、经济意义和实用价值的论文、综述或阶段性研究成果简报。其范围:机械结构强度、微电子机械系统(MEMS)、可靠性、优化设计、机械设计、计算方法、疲劳、损伤、断裂、振动、噪声、故障诊断与监测、测试技术、检测与评价、测试仪器、实验应力分析、残余应力、失效分析及有关的交叉学科。     

复合材料机翼壁板离散源损伤修理评估方法

针对含离散源损伤复合材料机翼壁板机械连接修理结构,开展了机械连接修理结构渐进式破坏有限元分析技术的研究和验证。建立了利用梁元耦合解析刚性面模拟螺钉,采用适用于平面应力状态的LaRC05强度准则和B-K准则作为复合材料层板和胶接界面失效判据的机械连接修理结构有限元分析模型。在此基础上,通过编写用户自定义材料子程序(UMAT),实现了材料失效准则与刚度退化方案在商用软件Abaqus中的应用和机械连接修理结构承载能力的求解。计算结果表明,对于大规模螺钉连接的复杂修理结构,所采用的有限元建模和分析方法有效可行。与试验结果相比,结构承载能力数值分析与试验值吻合良好,误差在5%以内,预测的失效模式也与试验结果一致。     

复合材料层合板的极限强度分析与可靠性优化设计

研究层合板结构基于最终层失效准则的可靠性分析方法,在此基础上,对复合材料层合板可靠性优化设计的方法和算法进行讨论.层合板作为一个系统考虑,其可靠性分析含以下几个步骤:(1)随机载荷和强度参数作为随机变量,利用一次二阶矩法(first order reliability method, FORM)分析单层板的失效概率.(2)假定失效概率最大的单层板首先破坏,然后通过修改刚度矩阵对结构进行再分析,得到剩余结构各单层板的失效概率,从而建立主要失效序列.(3)计算系统的可靠度.在确立复合材料基于最终层失效准则的可靠性分析方法的基础上,以系统可靠度指标最大为目标,研究层合板的可靠性优化问题.建立和发展基于最终层失效准则的复合材料层合板可靠性优化方法以及相应的算法,并对比讨论单变量和多变量优化设计问题.     

含裂纹结构剩余强度的一种估算方法

剩余强度分析对结构断裂安全性评价十分重要。现有的剩余强度分析方法中,Feddersen工程分析法具有代表性,它对简单含裂纹结构比较有效。但这类方法一般需要预先得到弹性断裂应力的连续曲线,才有可能进行短裂纹阶段的弹塑性修正和长裂纹时的净截面屈服修正,使用不方便,有时甚至不适用。本文认为含裂纹结构的破坏是静力学模式破坏和断裂力学模式破坏共同作用的结果,从而建议一种结构剩余强度的实用估算方法。通过表观断裂韧度准则确定的弹性断裂强度和净截面全面屈服后的静力学破坏强度的结合,估算剩余强度许用值。该方法可以方便地估算任意时刻的剩余强度。分别进行含中心裂纹的有限宽板和含裂纹耳片结构的剩余强度试验,并与估算结果进行比较,表明本文方法预测精度良好,有望推广到其他结构形式。文中强调,表观断裂韧度Kapp值的合理与否对估算结果有明显影响。     

Sliding wear of spark plasma sintered CrFeCoNiCu high entropy alloy coatings with MoS<Subscript>2</Subscript> and WC additions

Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) specimens manufactured by fused deposition are tested under uniaxial compression in order to judge the effectiveness of printing orientation, density, and filler patterns in terms of stiffness and strength per printing time. The compressive properties of the 3D printed materials along the three orthogonal directions are studied on cylindrical specimens filled with honeycomb and rectangular patterns. In order to achieve different densities, five filler percentages (0, 20, 30, 40, and 100%) are employed for each type of structure. Specimens filled with honeycomb patterns are stiffer and stronger than those with rectangular patterns only when they are oriented along the applied load. However, structures with rectangular patterns only require roughly half of printing time of those filled honeycomb cells, which yields effective rectangular structures with high elastic properties per printing time. Stress–strain curves reveal that compressive strength and stiffness increase with respect to the structure density. Patterns printed along the loading direction present higher strength and stiffness than on the other orthogonal orientations. Local buckling and compressive failure mechanisms are identified for light weight and heavy structures, respectively. A combination of shear and local buckling failure appeared in honeycomb structures printed transversely with relative densities around 20–40%.     

New tendencies in tribology in relation to the scientific heritage of I.V. Kragel’skii

A brief analysis is presented of current trends in tribology in terms of the development of Kragel’skii’s scientific ideas. Among these trends are studies of the transition to friction and wear on the micro-and nanolevels, development of new facilities for micro-and nanotribology, tribotests in space and at super-high sliding speeds, application of smart magnetic fluids and superlubricity, and the creation of built-in and portable tribomonitoring devices.     

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.     

双剪统一弹塑性有限差分法在金属结构中的应用

双剪统一强度理论及其弹塑性有限差分方法引入到金属结构的数值模拟中,对金属结构强度及金属加工等问题的研究具有实际意义。简要介绍双剪统一强度理论和拉格朗日有限差分方法的理论基础,推导双剪统一弹塑性有限差分格式,并利用C++语言编写动态连接库文件载入FLAC中进行计算。分别计算分析厚壁圆筒受均匀内压和中心带孔铝板的拉伸两个问题并与有限元法的计算结果进行比较,通过两个算例的计算结果说明拉格朗日有限差分方法的计算精度与有限元软件差别不大,双剪统一弹塑性有限差分方法能够运用到金属结构的数值分析研究中来,并且双剪统一强度理论可以适用于抗剪强度与抗拉强度之比为0.500和0.667之间的金属材料,使其在金属结构数值分析中的应用范围更加广泛。     

失效相关系统动态可靠性建模与失效率研究

建立了随机载荷作用下的失效相关串联系统、并联系统和k/n系统动态可靠性模型,并研究了系统可靠度和失效率随时间的变化规律。在系统层运用载荷-强度干涉模型建立了失效相关系统可靠性模型;在分析系统可靠性模型的基础上,建立了系统强度的累积分布函数和概率密度函数。运用顺序统计量理论建立了载荷多次作用时等效载荷的累积分布函数和概率密度函数,进而建立了强度不退化时载荷多次作用下的系统可靠性模型以及系统动态可靠性模型。运用概率微分方程建立了强度退化时的系统动态可靠性模型。研究了串联系统、并联系统和k/n系统可靠度和失效率随时间变化的规律。研究表明：系统与零件具有相似的特征;系统的可靠度随时间逐渐降低,k/n系统的可靠度介于串联系统和并联系统之间;强度不退化时,系统的失效率随时间逐渐减小;强度退化时,系统的失效率具有“浴盆”曲线的全部特征。

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随机振动环境下结构的疲劳失效分析

讨论了随机振动响应的统计特性分析、结构响应的动应力与常规疲劳载荷的关 系,如何将结构响应动应力等价为常规的静力疲劳载荷,利用Ｓ－Ｎ曲线和名义应 力法对结构寿命的估算方法等。完成了用功率谱密度表示的随机振动载荷作用下悬 臂板结构的响应分析以及疲劳寿命估计。     

多晶硅微机械构件损伤的表面效应

利用电磁力驱动微拉伸装置，考察多晶硅微构件表面粗糙度和施加表面分子自组装膜(octadecyltrichlorosilane，简称OTS)对抗拉强度及断裂损伤的影响。结果表明，微构件的抗拉强度表现出依赖表面性质的表面效应。抗拉强度随表面粗糙度的增加而降低，并受环境气氛的影响。当构件表面施加表面分子自组装膜后，在以上两因素的作用下．多晶硅微构件的抗拉强度提高了32．46％。研究结果可用于微机械构件的材料表面改性设计。