应用BP神经网络和均值一次二阶矩法的连杆频率可靠性分析

为研究机械零部件尺寸参数及材料性能参数对机械零部件频率失效的影响,对NC450型单缸发动机连杆进行了研究,应用多平台集成设计对其进行频率可靠性分析.首先,建立ANSYS有限元模型进行模态分析,得到了连杆前四阶固有频率值及振型;其次,通过ANSYS与Isight集成设计模态联合仿真及DOE样本实验,获得用于频率可靠性分析的样本数据,并经DOE样本分析确定了连杆的最低阶固有频率的敏感设计变量;然后,由MATLAB编制BP神经网络程序进行回归分析,拟合连杆最低阶固有频率和敏感设计变量之间的函数关系,建立了基于共振失效原理的频率失效功能函数;最后,结合均值一次二阶矩法有效分析了连杆在稳定工况下的可靠性,为机械零部件的可靠性分析及设计提供新的方法.     

振动筛试验模型和原型相似试验研究

通过对27 m2大型直线振动筛及缩比为1:10的相似试验模型筛的试验模态分析,得到其幅频特性曲线并提取其中6阶固有频率,测试分析出其模态振型.根据相似理论,通过对原型筛与相似试验模型筛的固有频率对比,得出二者固有频率的相对误差小于8.62%.通过对原型筛及其相似试验模型筛的振型分析对比,发现二者各阶振型基本一致.结果表明,用模态分析法可以直观有效地得到直线振动筛的固有特性参数,为提高直线振动筛的使用寿命和可靠性以及结构优化设计提供了理论依据,证实了利用缩小比例的相似试验模型筛进行试验模态分析的有效性,验证了相似模型与原型的试验数据的一致性和可靠性.从而可知振动筛试验模型可以近似代替原型样机进行试验模态分析,对相似模型试验研究提供了参考.     

随机故障注入结合神经网络法的机电系统可靠性计算方法

将随机故障注入方法与神经网络技术相结合,提出机电系统多失效模式可靠性计算方法。以液压缸内外泄漏故障为事例,将虚拟故障信息注入活塞杆线性定位系统一体化仿真模型中。利用神经网络较强的函数逼近功能,得到关键敏感特征参数与系统状态信号间的显式极限状态方程,将系统的可靠性概率约束转化为一个等价的确定型,避免了机电系统动态响应的多次遍历运算。再结合随机模拟,避开了各失效模式极限状态函数间复杂的相关性讨论。采用正交试验设计方法对机电系统进行参数灵敏度分析并精简样本。基于随机故障注入-神经网络法得到了关键敏感特征参数的改变对机电系统可靠性的影响规律,进而获得了参数的可靠性区间及失效临界值。为机电系统的可靠性分析和设计提供了参考和依据。     

孔缝双桥结构高性能压阻式加速度传感器

针对装备智能化与监测系统无线化发展对振动传感器的要求,基于微机电系统和应力集中技术,提出并研制一种具有孔缝双桥结构的高灵敏度、高固有频率的压阻式微型加速度传感器。结合理论分析与数值计算方法,分析该结构的特性,通过研究孔缝尺寸对传感器性能的影响确定传感器敏感结构尺寸。传感器芯片采用微细加工工艺制作,并在简单的封装之后进行静态、动态性能测试。试验结果表明,孔缝双桥结构加速度传感器在3 V供电电压下,灵敏度可达到0.424 mV/g,相对传统双桥结构提高了60%以上,而测得的固有频率相对于传统双桥结构仅略有下降,仍在10 kHz以上。孔缝双桥结构加速度计通过引入应力集中孔缝,以较小的固有频率损失,明显提高了传感器的测量灵敏度,具有更为优良的综合性能。     

管座结构设计研究

通过对含油封装压阻式压力传感器的结构和工作时的受力状态分析,给出了管座的2种失效模式,即密封性差导致的内充液体的泄漏和管座的结构破坏2种模式.在此基础上,设计了几种不同结构的管座形式,并对其优缺点进行了比较.试验结果表明:采取不同的管座结构,可以改善管座各组件的受力状态,从而扩展了压阻式压力传感器的应用场合和使用范围,保证了传感器的长期稳定性和可靠性.     

Hamilton体系下阶梯梁的辛求解与实验验证

在哈密顿体系中,用辛数学方法求出了阶梯梁自由振动的固有频率和结构振型,并进行试验验证。通过对具有3个阶梯的两端固支阶梯梁进行实验验证,得到了实测的前4阶固有频率和对应的结构振型。结果表明,辛数学方法所得到的频率和振型与实测结果符合很好,其可靠性与准确性得到了验证,同时,可以很好的保证结果的完备性和收敛性。     

传感器输出特性校正方法与多参数测量的研究

传感器对温度,电源波动等多种工作参数敏感,致使其准确度大为下降。本文在压力传感器静态标定实验的基础上建立了输出特性校正模型,并成功求解了该模型最小二乘解中范数最小的唯一解。经验证,该模型显著改善了传感器的非线性,有效消除了工作参数的影响,使测压准确度提高了一个数量级由于传感器对多种工作参数敏感,故可以实现多参数测量。本文在不增加设备的情况下,利用一个压力传感器同时测温和测压,测压有效消除了环境温度的影响,准确度提高一个数量极,测温准确度优于±1.0℃,提高了压力传感器的性价比     

一种针对概率与非概率混合结构可靠性的敏感性分析方法

基于概率与非概率混合不确定模型,提出了一种用于不确定结构的可靠度敏感性分析方法。混合不确定模型中,使用随机分布描述不确定性变量,并给定某些关键分布参数变化区间而非精确值,通过混合可靠性分析方法,获得结构可靠性指标或失效概率区间。给出了六种敏感性指标,定量描述了可靠性区间对区间分布参数的敏感程度。该方法被用于一悬臂梁结构及一实际车门结构的可靠性分析中。     

工程机械柔性机械臂振动的混合可靠性分析

基于概率-区间混合不确定性模型及结构可靠性分析方法,针对工程机械多关节柔性机械臂的振动可靠性进行研究。根据机械臂不确定参数的信息完备程度,通过概率变量和区间变量对不确定参数进行度量。基于柔性臂架有限元仿真数据,构建机械臂参数与结构固有频率关系的径向基函数代理模型,进而通过概率-区间混合可靠性分析方法对机械臂共振的失效概率进行区间估计。最后将该方法应用于实际产品,通过工程实例验证了方法的有效性。     

压阻式高固有频率Z轴加速度敏感结构

基于微机电系统(MEMS)技术的加速度传感器因其性价比高、易于集成化而得到广泛应用,但在普通MEMS加速度敏感结构中仍然存在灵敏度和固有频率相互制约的弱点。为此,文中优化设计了一种压阻式新型加速度敏感结构,该结构在弹性梁加质量块的基本结构上引入了敏感微梁,在保证高灵敏度的同时,显著提高了固有频率。其灵敏度与固有频率的乘积可比普通MEMS加速度计提高25倍以上。     

新一代机载电子设备结构设计方法初探

文中针对传统机载电子设备研制中,结构性能参数模糊,产品研发周期较长,后期排故较难等问题,在产品设计的多个阶段,引入数字仿真工具,进行拓扑结构优化设计和热、力学有限元分析。采用相关测试方法对数字样机进行修正,并依据相关标准进行试验,使设计方案得到充分验证,为结构进一步优化提供依据。这些方法的应用使产品存在的一些问题得到快速暴露和解决,有效地提高了产品的可靠性和数字化程度。     

三轴标准振动台簧片解耦结构遗传算法多参数优化设计

针对三轴标准振动台簧片解耦结构低固有频率及非线性特性导致的工作频率范围受限及输出振动波形严重失真等问题,首先基于确定的解耦结构关键参数及简化组合,通过Ansys模态和瞬态动力学分析,得到相应参数变化时三轴标准振动台的固有频率和输出波形失真特性。进一步,采用多元非线性回归法建立准确表征固有频率、失真度与关键结构参数间非线性变化关系的回归方程,并基于NSGA-II遗传算法对簧片解耦结构进行多参数优化,求解得到前3阶固有频率、弯曲振型固有频率最大可分别提升123.95%、166.85%及失真度最大可降低36.83%的最佳簧片结构参数。最后,实验测试表明最优簧片解耦结构对应的三轴标准振动台在固有频率及输出波形失真度两方面性能均得到提升,验证了簧片解耦结构遗传算法多参数优化设计的有效性,为其他多维柔性结构优化设计提供了参考。     

基于多域空间状态特征的高端装备运行可靠性评价

机械设备运行可靠性对设备状态监测及故障诊断具有重要意义。传统可靠性评估方法依赖于大量故障样本,运用在单台设备可靠性评估上的实际意义有限。本文提出一种基于设备状态特征空间的运行可靠性评价方法。采集设备运行过程中的振动信号,获取时频域信息特征;采用小波包分解提取能量分布特征,构建高维特征空间。应用流形学习优化算法进行降维,获得其低维敏感特征空间,计算当前状态与正常状态的特征子空间的夹角,建立其映射关系,表征设备的当前运行可靠性。将该方法应用于不同状态下的转子实验台和滚动轴承实验台振动数据,实验结果表明:该方法对设备进行运行可靠性评价合理有效,具有很好的工程应用价值。     

基于Maxwell车用双盘式永磁缓速器理论研究

结合双盘式永磁缓速器的结构及工作原理,利用Maxwell软件,建立简化模型,设定仿真优化参数和均匀设计仿真试验。通过回归分析,得出制动力矩回归方程。优化得到最大转矩值,通过验证,最大值点落在回归方程预期范围内,回归模型合理。     

基于两重威布尔分布的铸造造型机可靠性分析

为了定量分析铸造车间造型机故障的分布规律,并为其可靠性分析提供理论依据,收集设备故障数据,确定其服从标准威布尔分布,并进行参数拟合.在此基础上,建立了两重威布尔混合分布模型,通过图解法得到参数估计初始值,利用非线性最小二乘法进行参数估计优化.比较两参数威布尔、两重威布尔图解法以及非线性最小二乘法得到的参数,得出混合模型非线性最小二乘法参数估计值最为精确.根据已知参数估计值,最终确定该造型机可靠性函数,为其可靠性指标的进一步计算提供信息.     

采用流场分析提高涡轮流量传感器性能的研究

以10 mm口径液体涡轮流量传感器为研究对象,经过对传感器内部流场进行分析,提出通过减小靠近叶片顶端的叶片受力面积,提高传感器测量性能的方法。从对特性曲线的分析出发,结合传感器数学模型,提出了一种利用不同流量点的仪表系数平方差Δ(K~2)评价传感器性能的方法。在此基础上,结合CFD仿真和传感器样机实验测试,研究了不同叶轮叶片形状参数对传感器性能的影响。实验结果表明:改变叶轮叶片形状能有效提高传感器的测量性能,切角参数为0.25时,传感器性能最优;此方法同样适用于其他口径涡轮流量传感器结构的优化。     

基于贝叶斯估计的起重机械主梁的可靠性预测

针对起重机械主梁工作环境的复杂性和在相同工作环境下可靠性数据不足的问题,将贝叶斯估计方法和数据拟合相结合,以主梁的退化量作为性能参数,建立了起重机械主梁在工作环境下的可靠性预测模型;利用贝叶斯估计方法最大限度地将工作现场数据和历史试验数据相结合,及时更新主梁在工作环境下性能参数的分布函数,进而估计工作环境下不同时刻主梁的可靠度,最后采用最小二乘法估计主梁的可靠性函数.预测结果表明,起重机械主梁失效满足参数为(9.290,225.9)的2参数威布尔分布,得到为了满足主梁98％的可靠度要求,最小的维修间隔周期为149天.     

Dynamic reliability sensitivity of cemented carbide cutting tool

Influence of geometric and cutting parameters of cemented carbide cutting tool on reliability of cutting tool has become more and more mature, yet influence of its physical and material parameters on reliability is still blank. In view of this, cutting test and fatigue crack growth test of YT05 cemented carbide cutting tool are conducted to measure such data as the original crack size, growth size, times of impact loading, number and time of cutting tool in failure, and stress distribution of cutting tool is also obtained by simulating cutting process of tools. Mathematical models on dynamic reliability and dynamic reliability sensitivity of cutting tool are derived respectively by taking machining time and times of impact loading into account, thus change rules of dynamic reliability sensitivity to physical and material parameters can be obtained. Theoretical and experimental results show that sensitive degree on each parameter of tools increases gradually with the increase of machining time and times of impact loading, especially for parameters such as fracture toughness, shape parameter, and cutting stress. This proposed model solves such problems as how to determine the most sensitive parameter and influence degree of physical parameters and material parameters to reliability, which is sensitivity, and can provide theoretical foundation for improving reliability of cutting tool system.     

基于设备状态振动特征的比例故障率模型可靠性评估

基于概率统计的传统可靠性评估方法一般依赖于失效寿命数据。但失效寿命数据需要通过寿命试验和加速寿命试验获取,对于大量的实时工作设备采用这种方法是不适宜的。这种情况下,基于设备状态的性能退化数据能够提供可靠性评估的重要信息。在集成失效数据可靠性建模技术和基于设备状态的振动信号特征提取的基础上,提出设备状态振动特征的比例故障率模型可靠性评估的新方法。该方法可以把底层信息(如设备运行状态特征的方均根、峭度)与高层信息(如可靠性统计学)之间建立联系,适合设备运行可靠性参数的估计,并能够提供有效的可靠性评估,为设备以可靠性为中心的基于状态的预防维修提供技术支持。通过在铁路机车轮对轴承上的应用实例说明该方法的合理性和有效性。     

Dynamic characteristics analysis and vibration experiment of Upper-time of Flight Counter (U-ToFC)

The dynamic characteristic parameters of Up-time of Flight Counter (U-ToFC) are important for research of structure optimization and reliability. However, the current simulation is performed based on homogenous material and simplified constraint model, the correct and reliability of results are difficult to be guaranteed. The finite element method based on identification of material parameters is proposed for this investigation on dynamic analysis, simulation and vibration experiment of the U-ToFC. The structure of the U-ToFC is complicated. Its’ outside is made of aluminum alloy and inside contains electronic components such as capacitors, resistors, inductors, and integrated circuits. The accurate material parameters of model are identified difficultly. Hence, the parameters identification tests are performed to obtain the material parameters of this structure. On the basis of the above parameters, the experiment and FEA are conducted to the U-ToFC. In terms of the flight acceptance test level, and two kinds of joints condition between the U-ToFC and fixture are considered. The natural frequencies, vibration shapes and the response of the power spectral density of the U-ToFC are obtained. The results show simulation which is based on parameters identification is similar with vibration experiment in natural frequencies and responses. The errors are less than 10% . The vibration modes of simulation and experiment are consistent. The paper provides a more reliable computing method for the dynamic characteristic analysis of large complicated structure.