可靠性灵敏度分析的重要抽样方法

基于重要抽样模拟,提出一种新的求解可靠性参数灵敏度的方法.所提方法依据失效概率对基本变量分布参数偏导数的积分表达式,推导可靠性灵敏度分析的重要抽样计算公式,该公式为一推导的函数在失效域中的数学期望形式,而该数学期望可以利用重要抽样函数获取的落入失效域中的样本来估计.算例结果表明,所提方法在保证同样计算精度的情况下具有比Monte Carlo模拟法更高的计算效率.     

基于重要抽样马尔可夫链模拟的可靠性灵敏度分析新方法

重要抽样法是一种计算效率高而应用广泛的可靠性分析方法.在采用重要抽样法计算失效概率的前提下,文中基于重要抽样马尔可夫链模拟提出一种可靠性灵敏度分析新方法.所提方法根据计算失效概率积分表达式,将失效概率对基本变量分布参数的偏导数表征的可靠性灵敏度转化为一个特征函数的条件数学期望形式,该数学期望是以基本变量在失效域中的条件概率密度函数为基础的.然后利用重要抽样马尔可夫链模拟,将计算失效概率的重要抽样样本转化为基本变量落在失效域中的条件样本.最后用特征函数在这些条件样本点处的样本均值估计数学期望,进而完成可靠性灵敏度分析.文中方法的主要优点是效率高,只需要在计算失效概率重要抽样法的基础上增加很少的工作量,即可完成可靠性灵敏度分析.另外,由于该方法未引入线性假设,因此它可以较好地考虑极限状态方程非线性对可靠性灵敏度的影响,大量的算例结果充分证明所提方法的这些优点.     

改进的重要抽样可靠性灵敏度估计及其方差分析

针对可靠性灵敏度分析,提出了一种改进的重要抽样方法.与传统的重要抽样可靠性灵敏度分析方法类似,所提方法需首先找到失效域的最可能失效点来构造重要抽样密度函数.显然求得最可能失效点后即可求得相应的可靠度指标.改进的方法利用标准正态空间中失效域位于以坐标原点为球心可靠度指标为半径的超球之外的性质,只计算超球外的重要抽样样本点的功能函数值来完成可靠性灵敏度的估计,而传统方法则是通过计算所有重要抽样样本点的功能函数值来完成可靠性灵敏度估计的,因此改进的方法将具有更高的计算效率.文中推导了单模式和多模式串联系统的改进方法可靠性灵敏度估计值的方差和变异系数计算公式,通过算例比较了改进方法与传统方法的效率.算例结果表明:在灵敏度估计值方差相同的条件下,改进方法所需计算的功能函数的次数小于传统方法.     

基于自适应重要抽样的可靠性灵敏度分析方法

针对隐式极限状态方程的小失效概率问题,提出基于自适应重要抽样的可靠性灵敏度分析方法,给出该方法的具体实现步骤.所提方法从重要抽样抽取的所有样本点中选取合适的样本,利用回归分析和隐函数求导法则,求取失效概率对基本变量分布参数的灵敏度.所提算法的精度首先用有精确解的问题进行验证,然后在工程实例中进行应用.研究结果表明,与Monte Carlo可靠性灵敏度方法相比,所提方法具有计算精度相近但计算工作量小的优点,这种优点在失效概率小的情况下体现得更加充分.     

截断正态分布情况下结构可靠性分析的方向抽样和方向重要抽样估计及其方差分析

针对工程中普遍存在的截断分布问题,首先将截断分布情况下的可靠性模型转化为非截断分布情况下的多模式并联系统的可靠性模型,然后采用方向抽样法和方向重要抽样法两种方法对可靠性模型进行求解。所提方法不仅适用于单个失效模式情况下截断分布可靠性分析,也适用于多模式串、并联系统截断分布情况下的可靠性分析。推导基于方向抽样和方向重要抽样的截断分布可靠性估计值的方差分析公式。在给出所提模型的基本原理和实现过程后,数值算例用来比较方向抽样、方向重要抽样法和直接Monte Carlo数字模拟法的效率和精度,结果表明在满足精度的条件下,所提的两种方法具有较高的效率,且与方向抽样法相比较,方向重要抽样法具有更高的计算效率。非截断和截断情况下机翼模拟算例的分析结果表明,忽略实际中存在的截断可能带来较大的计算误差。     

重要抽样可靠性灵敏度的方差分析

利用重要抽样函数获取的样本对结构可靠性灵敏度分析进行无偏估计,可以提高可靠性灵敏度分析的效率.为了比较重要抽样与直接Monte Carlo方法在分析可靠性灵敏度时的收敛性,推导可靠性灵敏度估计量方差和变异系数的计算公式,近似计算重要抽样可靠性灵敏度估计量在给定置信度下的置信区间.算例结果表明,在可接受精度的条件下,重要抽样可靠性灵敏度分析比Monte Carlo可靠性灵敏度分析具有更高的计算效率.     

变量相关时多模式可靠性灵敏度分析的矩方法

针对变量相关情况下多模式系统可靠性灵敏度分析问题,给出一种通用数字模拟的方法,并将变量相关情况下单模式可靠性灵敏度分析的矩方法推广到多模式情况,得到串、并联多模式系统可靠性灵敏度分析的矩方法.在所提的方法中,首先将相关变量空间等效转化为不相关变量空间,并将系统多个失效模式的功能函数转化为不相关变量空间的功能函数,进而利用矩方法得到多模式系统失效概率对不相关变量空间基本分布参数的灵敏度,最后利用相关变量空间与不相关变量空间的等价关系及复合函数求导法则,求得多模式系统失效概率对相关变量空间中变量均值的灵敏度.并以数值算例说明所提方法的合理性.     

失效概率全局灵敏度分析的改进重要抽样法

针对结构可靠性分析中如何减小结构失效概率的问题,引入一种基于失效概率的全局灵敏度指标,通过分析指标,可判断基本变量的不确定性如何影响系统失效概率。求解全局灵敏度指标,在H-S方法基础上,提出一种改进估计量与重要抽样法相结合的方法,基本思想是用重要抽样法构造输入变量样本,寻找中间估计量,建立模型输出量和中间估计量;中间估计量和输入变量主效应、总效应之间的关系,然后求得变量基于失效概率全局灵敏度指标。由于所提方法继承了中间估计量的快速收敛性及重要抽样法高效搜索感兴趣区域样本的优点,因此在保证与标准Sobol方法计算结果同等精度的条件下,方法大大减少了对结构功能函数的计算次数,提高了效率,方便对精度和计算时间控制。最后,算例验证所提方法求解基于失效概率的全局灵敏度指标的准确性和高效性。     

变量相关情况下基于杂交GA-PSO算法的结构协同优化

为解答实际工程中变量相关情况下的高维小概率失效问题,将子集模拟与重要抽样法结合起来,根据重要抽样的概率密度函数获取的相关变量的样本点来构造中间失效事件,从而将小失效概率问题转化为一条由一系列易于求解的较大条件失效概率的连乘积组成的马尔可夫链(Markov chain,MC),并直接抽取相关样本点来高效模拟结构的可靠性灵敏度。由此创建失效概率对各变量均值、方差(包含相关系数)的可靠性灵敏度最低以及体积最小的多目标优化问题,并提出多目标协同优化的思想,同时,针对可靠性灵敏度作为目标函数因误差导致多目标协同优化难以收敛的问题,提出利用误差的思想与方法;为加速遗传算法(Genetic algorithm,GA)与粒子群优化(Particle swarm optimization,PSO)算法的收敛,提出克隆与进化同时并举的精英策略及相似交配的思想,并用此GA得到的个体与PSO算法杂交,以进一步提高其收敛性;最后,以盾构三级行星减速器的三个行星架为例,运用上述算法对所建数学模型进行求解,结果表明:①所提直接抽取相关样本的MC能很好地模拟出相关变量的可靠性及灵敏度,免除了变量独立化过程反复转换的繁琐;②提出的杂交GA-PSO协同算法较GA与PSO算法有更快的收敛速度,当相关系数为0.7时,可使该行星架的总体积减小7.06%;③证实将可靠性灵敏度作为目标函数时所提利用误差的思想与方法的可行性与正确性。     

基于马尔可夫蒙特卡罗子集模拟的可靠性灵敏度分析方法

在小失效概率可靠性分析子集模拟法的基础上,提出基于马尔可夫蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)子集模拟的可靠性灵敏度分析方法.在子集模拟的可靠性分析中,通过引入合理的中间失效事件将概率空间划分为一系列的子集,从而将小的失效概率表达为一系列易于模拟求解的较大条件失效概率乘积的形式,然后利用MCMC抽取条件样本点来估计条件失效概率.基于MCMC子集模拟的可靠性灵敏度分析,是将失效概率对基本变量分布参数的偏导数转化成条件失效概率对基本随机变量分布参数的偏导数.给出了偏导数通过MCMC模拟的条件样本点进行估计的原理和步骤,推导得出可靠性灵敏度分析的计算公式.利用简单数值算例和工程算例验证所提方法,算例结果表明:基于MCMC子集模拟的可靠性灵敏度分析方法有较高的计算效率和精度,对于高度非线性极限状态方程问题亦有很强的适应性.     

利用可靠性单元法计算可修工程系统可靠性

针对可修工程系统的可靠性计算的复杂性,提出了简单实用的可靠性单元法,利用这些可靠性单元的特性可以方便地估计工程系统可靠性指标,避免了求解复杂的微分方程组。这些可靠性单元都是基于马尔可夫过程的状态空间法分析的结果,利用可靠性单元法估计工程系统的可靠性比现有方法有较大的优越性。可以满足工程需要。     

基于传统可靠性理论联接方程的模糊可靠性分析方法

根据模糊可靠性分析模型,推导了模糊变量变换为当量随机变量时其概率密度函数和概率分布函数的一般表达式,并得出了线性模糊变量变换为当量随机变量时的具体表达式。然后利用概率论的知识,给出了线性模糊变量的当量均值和当量标准差的计算式,再用传统可靠性理论中的联接方程,计算出了模糊可靠性分析的可靠性系数,进而用标准正态概率分布函数估计失效概率。算例验证了这一思路是可行的,并可简化模糊可靠性分析。     

滚子链疲劳强度可靠性设计

研究了滚子链链板应力分布、链板材料的疲劳强度分布、影响疲劳强度的有效应力集中系数分布、表面加工质量系数分布和尺寸系数分布，提出了滚子链可靠度的计算模型和计算方法，给出了常用材料和典型工艺制作的链条的可靠性数据，指出了提高滚子链可靠性的重要途径。     

疲劳寿命可靠性分析模型

基于寿命失效准则：使用寿命≥疲劳寿命，建立一种直接基于疲劳寿命分布的可靠性分析模型。并从理论上证明了该模型与应力－强度可靠性干涉模型的一致性。     

CIMS软件可靠性保证技术

软件已成为计算机集成制造系统(CIMS)的关键组成部分,其可靠性直接影响到CIMS的性能、运行和维护成本.本文从软件生存周期的角度,论述了在各个阶段中保证软件可靠性的技术.     

静电微电机及其可靠性分析

自1987年首台静电微电机诞生以来，微电子机械系统(micro-electro-mechanical system，MEMS)的研究和开发已取得突破性进展。对静电微电机的可靠性研究现状进行综述，介绍静电微电机主要结构元件呈现的失效模式和机理，以及摩擦、磨损、粘附等特性对微电机运行稳定性的影响，从不同角度探讨减少微电机失效的问题，介绍各种测试方法、检测仪器、润滑抗粘附材料和解决方案，并对相关领域的工作进展进行总结和展望。     

随机应力模糊强度时模糊可靠性计算理论的等价性研究

从数学上对现有的两种随机应力模糊强度的模糊可靠性计算理论的等价性予以证明,即加权平均法和模糊事件概率法足等价的。分析二者共同具有的理论实质,是将模糊强度的隶属函数归一化,即隶属函数乘以某一系数使可将模糊强度转化成名义随机强度,而待求的模糊可靠度就等于随机应力小于名义随机强度的概率。根据已有文献对加权平均法和随机阈值仿真法等价的证明,获得现有关于随机应力模糊强度的模糊可靠性计算理论的三种计算方法是相互等价的结论。     

RELIABILITY ANALYSIS OF CRANE BRAKE PARAMETERS

The high failure rate of crane brake results from improper choice of braking torque. The mathematical model of reliability for the crane brake parameters is introduced. Based on large amount of actual data the parameter reliabilities of 5-50 t general overhead travelling cranes are calculated, the probabilities that the braking torque is less than the static torque acting on the axle when the load moves down are obtained. Moreover, the ways to improve the reliability of brake parameters are discussed, the most reasonable values of braking safety coefficient are given.     

工作流系统模型的建立及其可靠性的评价

复杂产品的设计、制造及销售是高度复杂的工作流程 ,且流程具有极大的不确定性 ,这就要求工作流管理系统有较大的柔性。动态的、分布式的以及智能化的工作流是支持复杂流程管理的最佳选择 ,但这样的工作流却引起系统的不确定性 ,因此 ,必须给出工作流的可靠性评价。建立了工作流结构的数学模型 ;提供了计算系统资源耗费及流程不确定性的方法 ;对包含‘环’结构的系统 ,该法实现对‘环’的提取 ,以便于资源耗费的计算 ;随后给出了可靠性评价方案 ;对一工程实例进行了详细的分析。     

载荷粗糙度对可靠性的影响

研究随机载荷粗糙度和作用次数对系统可靠性的影响,运用应力-强度干涉模型和数理统计理论,建立随机载荷多次作用下的应力-强度干涉模型.在此模型下,通过理论分析和实例计算,找到载荷粗糙度、安全裕度和失效概率三者之间的关系,并建立一种新的零部件尺寸的计算方法.