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。     

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。     

失谐叶盘振动可靠性分析的径向基极值响应面法

为了研究随机刚度失谐对叶盘振动可靠性的影响,将径向基函数神经网络与极值响应面结合提出了径向基极值响应面法。选取叶盘材料密度、工作转速、激振力幅值作为随机输入变量,叶盘振幅极值为输出响应,利用拉丁超立方抽样法抽取不同输入样本点,通过有限元分析计算得到各样本点对应的振幅极值响应,用抽取的样本点构建径向基极值响应面,并结合蒙特卡洛法对随机变量进行大批量抽样,将其带入径向基极值响应面分析得到叶盘振动可靠度。结果表明,在随机刚度失谐因素影响下,叶盘振动可靠性降低,更容易发生振动失效。通过与蒙特卡洛法、极值响应面法进行对比,得出径向基极值响应面在保证计算精度的情况下提高了计算效率。     

基于支持向量机柔性机构动态可靠性分析

针对柔性机构可靠性分析中计算效率低和精度差的问题,提出一种柔性机构动态可靠性分析的支持向量机回归极值法。该方法利用蒙特卡洛法抽取柔性机构动态响应极值的小样本;基于这些样本和支持向量机回归理论,建立柔性机构动态响应极值的代理模型;使用该代理模型进行柔性机构动态响应可靠性分析。结合曲柄摇杆柔性机构实例,利用支持向量机回归极值法、蒙特卡罗法、人工神经网络代理模型和二次响应面代理模型方法,分别对连杆的变形和摇杆的摆角进行可靠性分析,通过对四种方法计算结果的比较,证明了支持向量机回归极值法在柔性机构动态可靠性分析中高效率和高精度,验证了支持向量机回归极值法在柔性机构动态可靠性分析的可行性和适用性。     

起重机吊钩等效应力非线性可靠性灵敏度分析

为描述起重机吊钩提升重物非线性时域内等效应力分布规律,改善其设计优化的合理性,考虑多种随机变量,融合有限元法和响应面法进行了吊钩等效应力的可靠性灵敏度分析。通过在非线性载荷下的结构分析,计算出吊钩等效应力的分布情况,选取等效应力最大点作为输出响应对吊钩进行概率分析;在计算点处考虑随机变量的影响,结合响应面拟合蒙特卡洛法计算出吊钩等效应力分布概率和符合设计要求的可靠度,并分析了影响等效应力的随机变量灵敏度。结果表明:吊钩等效应力和安全概率基本符合设计要求;得出了吊钩等效应力分布的主要影响因素是等效载荷,灵敏度概率达到96.19%。     

结构动态可靠性分析的最大熵方法

由于材料特性、外部载荷和部件老化等时变不确定性因素的存在,结构的可靠度是时间的函数并随服役时间降低的。基于结构响应的极值,提出了一种动态可靠性分析的最大熵方法。该方法将输入随机过程进行离散化,使极限状态函数只含有随机变量和时间参数。利用拉丁质心Voronoi抽样技术获取抽样样本,求出目标时间区间内极限状态函数的极值。利用最大熵原理拟合极值分布,将时变可靠性问题转化为时不变问题,求解动态可靠度。利用工程算例验证了所提方法的有效性。     

基于FE-ERSM航空发动机叶盘结构可靠性研究

为了更准确地描述航空发动机叶盘结构的变形以及控制的合理性，提出了一种高效高精度的概率分析方法，即有限元-极值响应面法（finite element extremum response surface method, 简称FE-ERSM）。该方法与响应面法（response surface method，简称RSM)和蒙特卡罗法（Monte Carlo method，简称MCM)相比，在不降低精度的情况下，效率显著提高，具有非常重要的工程应用价值。在分析中考虑了典型载荷，选取输入变量且考虑了参数的不确定性等因素。通过概率分析，不仅获得了其径向变形可靠度和径向变形以及应力场模拟样本、极值响应面、相对概率分布,而且对其径向变形和应力场进行灵敏度分析，得到了影响叶盘结构径向变形以及应力场分布的主要影响因素。最后，将FE-ERSM与RSM和MCM比较分析，验证了该方法在航空发动机叶盘结构分析中的合理性。     

柔性机构动态强度可靠性分析理论和方法研究

提出机构动态强度可靠性分析的理论和方法,给出柔性机构动态强度可靠性分析的模型.将驱动加速度、驱动时间、摩擦和阻尼力(矩)等作为随机变量,应用蒙特卡罗方法,取得动态参数样本,再利用人工神经网络方法,根据抽取的样本对网络进行训练,统计网络输出得到动态应力分布,进而求出机构动态强度可靠度.通过空间站柔性展开机构实例计算动态强度可靠度,结果表明, 该方法精度高,与单纯使用蒙特卡罗方法的结果相比,提高了计算精度,大大减少计算时间,可用于复杂柔性机构的动态强度可靠性分析.     

涡轮冷却叶片低周疲劳可靠性协同分析

考虑材料性能和载荷的分散性,运用分布式协同响应面法对涡轮冷却叶片低周疲劳可靠性进行协同分析。运用有限元分析软件,对涡轮冷却叶片进行流-热-固耦合分析;利用人工神经网络构建其平均应力和总应变幅的响应面模型;结合GH4133镍基高温合金的疲劳试验数据,运用线性异方差回归分析方法构建材料寿命响应面模型;以叶片的平均应力和总应变幅作为输入变量,代入到材料寿命响应面模型中得到叶片低周疲劳寿命分布式协同响应面模型;将获得分布式协同响应面模型代替有限元分析模型和材料疲劳试验进行Monte Carlo可靠性分析,得到了不同可靠度下的叶片低周疲劳寿命。与传统响应面方法相比,分布式协同响应面法降低了响应面的非线性程度,提高了分析精度。     

概率密度演化方法在机构运动精度可靠性中的应用研究

以工程中实际应用的某压力机平面多连杆机构为例,分析了其运动方程,得到了其运动精度可靠性分析的功能随机过程。采用极值变换理论,构造了机构运动精度极值概率演化的虚拟随机过程。利用概率密度演化方法求解得到了响应极值的概率密度函数,概率密度演化方法可直观地反映机构运动精度响应量与输入随机变量的概率演变、转化关系,并可方便地求解出机构运动精度可靠度。最后,结合计算结果分析了概率密度演化方法在机构运动精度可靠性分析中应用的优越性和可能存在的问题。     

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.     

循环对称结构动态响应问题的可靠性分析

以提高复杂循环对称结构动态响应问题的可靠性分析精度为主要目的,运用三参数可靠性模型,对循环对称结构动态响应问题的概率有限元方法的基本理论及计算进行了研究。以结构的材料性能参数、几何参数等为随机变量,导出了求解循环对称结构的动态响应及动应力的数字特征及概率分布的计算表达式。在此基础上计算了在动载荷工作状态下的圆盘和齿轮的可靠度,并与Monte-Carlo法的计算结果进行了对比。结果表明文中的方法更加有效、简捷。     

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。     

柔性机构运动参数动态可靠性分析方法研究

研究目的是提出柔性机构运动参数动态可靠性分析方法,给出了柔性机构运动参数动态可靠性分析的广义模型.将驱动力（矩）、摩擦和阻尼力（矩）等作为随机变量,应用蒙特卡罗方法,取得动态参数样本,再利用人工神经网络方法,根据抽取的样本对网络进行训练,统计网络输出的动态参数分布,得到机构动态可靠度.空间站柔性展开机构动态可靠度计算实例表明该方法减少了计算时间.     

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ERSM涡轮盘径向变形的非线性动态概率分析

为了准确设计高压涡轮盘和叶尖间隙,从概率的角度进行了涡轮盘径向变形的分析。介绍了高精度高效率的非线性动态概率分析的极值响应面方法(Extremum Response Surface Method, ERSM),并建立了其数学模型。考虑材料属性和边界条件的非线性,以及热载荷和离心载荷的动态性,基于ERSM对涡轮盘径向变形进行了非线性动态概率分析,得到了输入输出参数的分布特征和影响涡轮盘径向动态变形的主要因素。最后,通过方法比较,验证了ERSM在保证计算精度的前提下能大大提高计算速度,节约计算时间,改善计算效率。为进行更有效的涡轮盘设计和优化,改善叶尖间隙设计和控制的合理性提供了有效依据。      

基于响应面法的L型弯管概率可靠性及灵敏度研究

采用APDL语言对L型弯管进行参数化建模,将有限元法、响应面法和Monte-Carlo模拟法结合起来,通过有限元循环计算得到拟合响应面函数的样本,用含有交叉项的二次多项式对样本进行回归分析,得到响应变量(最大等效应力)和随机输入变量间的函数关系式,用此表达式来代替真实的响应面模型。通过输出响应变量的累计分布函数等相关数据,对L型弯管进行可靠性分析,通过对L型弯管进行灵敏度分析得出了对响应变量影响比较大的随机输入变量。     

基于子结构分析的动态载荷和模型参数复合反演研究

针对结构特征参数、输入激励和输出响应等信息不完备的系统,基于子结构方法提出一种时域内动态载荷和模型参数复合反演的方法。首先,将结构划分成不同的子结构,对存在动态载荷的子结构建立有限元模型,该子结构与其他部件之间的连接关系采用等效的界面力代替。采用Green核函数法建立识别该子结构所受动态载荷的正问题模型,利用正则化方法实现时域内动态载荷的稳定识别。然后,在已识别载荷的基础上建立整体结构的有限元模型,通过非线性最小二乘法实现结构的未知模型参数的识别。数值算例表明,在响应存在测量噪声的情况下,所述的复合反演方法能够有效稳定地实现动态载荷和模型参数的复合反演。     

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。     

复本材料与金属榫槽粘接结构强度可靠性分析

采用有限单元法分析复合材料榫槽粘接结构应力分布,确定结构上强度危险区域,发现结构薄弱区域位于胶层上.考虑由于加工工艺引起的结构胶层厚度及胶粘剂材料参数的不确定性,将胶层厚度及胶粘剂材料参数作为随机变量,分别采用Monte-Carlo法、二次响应面法、改进的一次二阶矩法和重要抽样法,借助有限元分析软件MSC.Patran/Nastran对榫槽结构进行强度可靠性分析.几种可靠性分析方法分析结果发现:在计算结果近似相等的情况下,蒙特卡罗法计算时间明显长于其他可靠性分析方法,而且二次响应面法和重要抽样法计算结果更接近于蒙特卡罗法计算结果.因此,使用二次响应面法和重要抽样法对结构进行可靠性分析不但可以保证精度,也可以节省计算时间.