基于极值响应面法的叶盘应力可靠性分析

针对航空发动机叶盘动态可靠性问题,提出了一种极值响应面法。该方法首先综合考虑了温度载荷和离心载荷的影响作用,通过确定性分析找到叶盘最大应力点;然后以叶盘材料密度、转速和温度作为输入随机变量,随机小批量抽取随机变量样本,得到叶盘应力在分析时域内的动态输出响应,并取各组动态输出响应在分析时域内的最大值,建立极值响应面函数;最后,应用蒙特卡罗法对ERSF模型进行大批量抽样,获得叶盘动态可靠性指标。     

基于响应面法的刚性太阳翼可靠性分析

为保证刚性太阳翼的服役安全性,探明其运动过程中可靠度的变化规律,提出了基于响应面法的可靠性分析流程。首先,对刚性太阳翼的结构组成和工作原理进行剖析,明确了可靠性分析的评价指标;其次,对刚性太阳翼的结构进行仿真分析,并建立了以根部铰链阻力距、板间铰链阻力距、钢丝绳刚度以及时间为输入,帆板展开角度差为输出的响应面模型;最后,推导了刚性太阳翼帆板角度差阈值区间范围,并基于极限状态方程进行了可靠性分析。结果表明：所提方法能够有效地量化刚性太阳翼帆板角度差随时间的波动规律以及运动过程中可靠度随时间的变化规律,可为其进一步优化提供理论参考。     

柔性机构动态可靠性分析的先进极值响应面方法

为了提高柔性机构可靠性分析的精度和效率,提出动态可靠性分析的先进极值响应面法。该方法将智能算法与可靠性分析的极值响应面法相结合,利用蒙特卡洛法抽取样本,经过网络训练建立先进极值响应面法的数学模型。以柔性机械臂为例,以柔性机械臂材料密度、弹性模量、构件截面尺寸为输入随机变量,构件变形为输出响应;利用蒙特卡罗法、极值响应面法和先进极值响应面法分别进行动态可靠性仿真计算,得出了各自输出响应量的分布特征及可靠度。通过方法比较表明:先进极值响应面法在保证计算精度的前提下,大大提高了计算速度,验证了先进极值响应面法在柔性机构动态可靠性分析中的可行性和适用性;也为柔性机构可靠性优化开辟了有效途径。     

基于响应面法的起重机结构可靠性灵敏度分析

针对桥式起重机的金属结构可靠度计算方法特点,提出响应面法可靠性分析方法。从起重机金属结构的强度、静刚度进行了可靠性分析,并对灵敏度进行了探讨。将Visual Studio软件与ANSYS有限元软件的APDL语言相结合,开发了通用桥式起重机可靠性分析系统。通过分析工程算例,得到了灵敏度分析中随机参数对结构的影响程度和效果,为金属结构优化设计人员提供理论和技术指导。     

利用响应面方法的汽轮机叶片振动可靠性分析

考虑随机因素的影响,确定汽轮机叶片固有振动静、动频率的统计特性,建立叶片避开共振时的功能函数.以汽轮机扭叶片为研究对象,在考虑几何因素、安装因素、材料因素和转速随机性的同时,将确定性有限元法、响应面方法和Monte-Carlo模拟法相结合对叶片进行振动可靠性分析.在对扭叶片复杂叶型进行有限元参数化建模和试验设计基础上,分别采用多项式响应面法和神经网络响应面法构建了扭叶片静、动频率与随机变量之间的近似关系式,并代替有限元模型,同时结合Monte-Carlo模拟技术得到静频、动频的统计特性和累积分布函数.针对叶片危险振型,在合理确定功能函数的基础上对其进行了振动可靠性分析,并以Latin Hypercube样本Monte-Carlo 模拟法计算结果作为相对精确解,对两种不同响应面法进行了对比.     

基于改进响应面法的桁架结构的可靠性分析

在对现有结构可靠度计算方法进行深入研究的基础上,文中提出了一种结构可靠度计算方法,以便能将桁架结构可靠度分析更加高效。这种分析方法是通过改进的响应面法进行的,旨在减少桁架结构可靠度计算中涉及的计算工作量,并利用APDL命令流对桁架结构进行建模。在不能或难以获得功能函数与其变量之间明确表达式的复杂结构中,应用Matlab-Ansys数据交互寻找一个合适的、能够近似等于原始功能函数的显式功能函数式(RSF)代替原始的、近似隐式的功能函数(LSF),获得显式功能函数式(RSF)后分别使用Ansys中PDS模块的蒙特卡洛法-响应面分析法（MCS-RSM）混合模拟法和遗传算法(GA)进行迭代计算可靠性指标和设计点,并以桁架结构为算例进行分析比较。结果表明：使用Matlab-Ansys数据交互较易获得显式功能函数式(RSF),遗传算法（GA）可将计算效率提高95%以上。     

基于响应面法的弯叶片旋涡泵优化设计

为改进已有的弯叶片旋涡泵,利用workbench平台对原模型建立了优化设计模型。叶型的参数化建模基于5点控制的B样条曲线设计,由6个设计参数同时控制。首先进行了设计参数对旋涡泵的外特性参数功率、效率、扬程的相关性分析,结果表明叶片进口角和出口角对外特性影响较大;进一步以叶片进出口角为自变量,采用面心立方的中心复合设计法设计了9个试验点,拟合出的3个响应面均具有较高拟合度;通过设置约束条件和优化目标,在响应面上的100个样本点中选取了3个优化点,其中优化点1扬程提高最多,较原型扬程上升了45.80%,优化点3效率提高最多,效率提高了5.60%。     

基于设计验算点拟合的响应面法可靠性分析

对于复杂机械结构的可靠性分析,通常需要形式简单的功能函数来定义结构失效,响应面法是结构可靠性分析中最常用的近似功能函数形式,传统近似过程在以基本随机变量均值点为中心开展拟合实验,对于大多数可靠性问题可以得到满足工程需要的结构可靠度。针对核电设备等精度要求较高的结构可靠性问题,文中提出基于设计验算点拟合的响应面近似功能函数,并采用矩法计算结构可靠度,仿真结果表明,基于设计验算点拟合的响应面更接近真实失效曲面,结构可靠度精度明显提高。     

工程机械金属结构疲劳可靠性分析的响应面法

研究了响应面法在分析工程机械金属结构疲劳可靠性时的应用。求解疲劳可靠性时若将结构的材料、几何尺寸、载荷等视为基本随机变量,功能函数不能表达为基本随机变量的显式函数。本文运用商业有限元软件对结构进行计算,由响应面法构造功能函数二次多项式,再结合JC法或改进的一次二阶矩法求解疲劳可靠度。文中对160t铁路救援起重机伸缩臂结构其进行了疲劳可靠度计算。     

基于双重响应面法的涡轮叶盘蠕变可靠性分析

为了精确有效地解决高温蠕变状态下多种失效模式共存时的综合可靠性分析的问题,运用双重响应面法(Dual Response Surface Method, DRSM)对航空发动机涡轮叶盘进行了可靠性分析。通过蠕变试验数据确定材料特征参数;将叶盘结构的燃气温度、材料密度、弹性模量和工作转速作为输入变量,基于建立的叶盘有限元模型,结合有限元法对其进行热-结构耦合分析得到叶盘应力和应变;利用拉丁超立方抽样技术小批量抽取样本,建立涡轮叶盘的应力和应变双重响应面数学模型;运用蒙特卡罗联动抽样技术对双重响应面数学模型进行大批量抽样,完成叶盘结构的综合可靠性分析。分析结果表明:涡轮叶盘高温蠕变综合可靠度为0.985 6;方法比较显示:双重响应面法在保证计算精度的同时明显提高了计算速度。     

基于响应面法的大型机械传动系统扭转振动可靠性分析

对传动系统扭转振动有限元模型应用LANCZOS迭代方法计算固有频率,用MATLAB调用NASTRAN进行迭代,在参数的整个设计空间范围内利用回归分析技术以显式的响应面模型逼近特征量与设计参数间复杂的隐式函数关系。选择较难确定或随时间变化的且对响应特征较为敏感的模型参数作为响应面输入参数,从输入参数的正态分布中抽取样本,利用响应面函数计算样本点的响应值,拟合出响应固有频率值的正态分布。根据工作转速给出传动系统工作频率的分布情况,从而根据可靠性分析方法计算出在模型参数不确定前提下系统不发生共振的可靠度。     

响应面法在可靠性灵敏度分析中的应用

可靠性灵敏度分析在可靠性设计和修改、可靠性优化设计、可靠性维护等方面均有重要的应用。但由于最大可能点摄动法、JC法、几何法等方法进行结构可靠度的计算时无法将可靠性指标函数表示为随机变量的显式,给可靠性灵敏度分析带来困难,该文基于响应面法将可靠性指标函数表示为随机变量的显式,从而较好地解决问题。通过实例计算,说明文中方法在工程实际中的应用。实例结果表明响应面法在获得在某区域内的可靠度及该区域内的可靠性灵敏度时是一种实用、快速、有效的方法。     

基于响应面法的核部件运输桶结构冲击可靠性分析

根据专用的水力部件应用环境要求,设计一款用于核部件运输的专用容器。利用ANSYS中的LS-dyna模块对运输桶进行高度为0.3 m的垂直掉落和倾斜掉落冲击研究,得出其在2种冲击工况下的应力分布情况,并以3个壁厚和掉落高度4个输入变量进行可靠性分析;利用二次多项式对4个输入变量和对应的应力点进行拟合,求解参数变量,构建响应面模型;结合6 Sigama模块对整体结构进行可靠性分析,算出该模型的整体冲击最大应力,并得出该模型在倾斜冲击情况下的可靠性为95.233%。     

基于响应面法的轿车主减速齿轮可靠性灵敏度研究

为获得某轿车主减速齿轮尺寸参数对其传动可靠性的影响,提出采用改进拉丁超立方抽样(LHS)获取随机尺寸样本的方法;通过显式有限元仿真构建齿面最大接触应力完全二次响应面(RSM),研究了可靠度对参数的灵敏度。结果表明主减速齿轮可靠度对压力角和模数的均值与方差较为敏感,应合理控制其取值。     

基于响应面法的装载机动臂结构可靠性研究

为了预测装载机动臂的可靠度,将动臂结构尺寸、材料属性和外载荷等参数视为随机变量,基于响应面法建立了动臂结构可靠性分析模型。该模型考虑了外载荷变化对动臂结构可靠性的影响,结合一次二阶矩法求解模型可靠度。利用该模型对ZL50型装载机动臂可靠性进行研究。结果表明,动臂的稳定性可靠度与铲装作业时所受外载荷为非线性关系,外载荷均值增大时,动臂可靠度以结构设计极限载荷为分界,呈现出不同的降低趋势。用S曲线模型可以很好地描述动臂可靠度与外载荷的变化规律。研究方法和结果为装载机动臂结构稳定性分析和结构优化提供了参考。     

基于响应面法的地铁齿轮箱箱体时变可靠性研究

地铁齿轮箱作为地铁车辆的核心部件,其可靠性决定了整辆列车的可靠性。地铁的运行过程包括启动、持续、高速、短路工况,短路工况箱体受力最大,可靠度最低。根据GB/T 21563—2018的测试要求,对某型号地铁齿轮箱箱体的超常工况（工况1）和实际运行过程中发生的短路工况（工况2）进行了可靠性分析。考虑铸造公差、材料参数、输入转矩的不确定性对箱体最大等效应力与最大变形的影响,采用CCD实验设计方法进行了样本计算并拟合出响应面,结合蒙特卡罗抽样得出静态可靠度;在此基础上,结合顺序统计量理论对多次载荷作用进行等效,得出了箱体随载荷作用次数变化的可靠度。结果表明,两种工况下,载荷作用105次后,箱体的可靠度仍然很高,符合设计要求;根据时变可靠度图得知,尽管工况2的应力均值小于工况1,但与工况1相比方差较大,这导致了工况2的可靠度下降速率大于工况1。所以,应减小应力的离散度,以增加运行时的可靠性。     

响应面法在主轴模态可靠性分析中的应用

针对高速磨削用空气静压电主轴的动态可靠性能要求,依据模态理论分析了主轴的预应力模态特性,得到其前六阶固有频率值和振型;假设主轴关键几何尺寸、材料性能为随机输入变量且服从正态分布,采用以二次多项式表示极限方程的响应面法研究了主轴的模态可靠性;利用六西格玛概率分析模块对主轴模拟抽样10000次,得到其振动可靠度指标。结果表明,主轴低阶固有频率在共振安全域内,不会出现共振现象;弹性模量E和密度值ρ的分布对主轴低阶频率值影响最明显;抽样后得到主轴抗共振可靠度趋于100%,结构设计合理,可以满足加工需求。     

一种结构可靠性分析的加权线性响应面法

响应面法用于对极限状态函数不能明确表达的复杂结构进行可靠性分析,是一种常用方法。在传统线性响应面法的基础上,介绍了一种加权线性响应面法,即通过赋予样本点合理的权数来选取质量好的样本点,剔除劣质样本点,从而提高拟合精度。同时给出了加权线性响应面法的计算步骤和流程图,最后通过算例验证了加权线性响应面法在拟合精度和插值系数变动对结果的影响方面要优于传统的线性响应面法。     

隐式极限状态方程可靠性分析的加权响应面法

针对隐式极限状态方程的可靠性分析,提出加权回归响应面法,该方法采用线性响应面来拟合隐式极限状态方程。所提方法的策略可以归结为三点,一是选取极限状态函数绝对值更小的实验抽样点;二是根据每个实验抽样点的极限状态函数绝对值的大小,构造每个点在回归分析中的权数,增强极限状态函数绝对值小的实验抽样点对响应面函数确定的作用,削弱极限状态函数绝对值大的实验抽样点对响应面函数确定的作用;三是采用与传统响应面法一样的向设计点收敛的迭代方法。这三点策略保证了所得到的线性响应面函数能够在设计点附近更好地拟合真实隐式极限状态函数值为零的表面,从而达到高精度计算隐式极限状态方程可靠度指标的目的,算例结果充分显示所提方法的优越性。文中所提方法与组合响应面法结合,可以发展成为非线性高变异性隐式极限状态方程失效概率计算的高精度方法。     

一种基于响应面法的动力涡轮轴强度可靠性分析计算方法

动力涡轮轴在工作时承受着较大离心载荷、预紧力载荷、热载荷以及扭矩载荷等,为提高动力涡轮轴的安全性,研究其可靠性具有重要的现实意义,以动力涡轮轴为研究对象,考虑材料性能、结构尺寸和载荷参数的随机性,对其进行参数化建模,通过混合模拟(有限元、响应面、改进一次二阶矩法三者结合)的方法对其进行可靠性分析,该方法计算量小、拟合精度高、速度快。