仿生虎鲸瞬时负载数值模拟

仿生虎鲸作为仿生机器鱼的一类,在海洋开发和科学考察研究中具有重要的作用.基于扑翼运动原理,以鱼类推进方式设计的仿生虎鲸,其受载具有非线性、时变性和强耦合性,通过对仿生虎鲸在水中直行和转弯运动工况的分析,建立仿生虎鲸的受力模型;基于Matlab进行了仿生虎鲸的瞬时负载数值模拟,生成了仿生虎鲸瞬时负载数值模拟的文本文件,并...     

基于改进量子进化算法的仿生机器鱼渐变可靠性优化设计

为提高仿生机器鱼的工作可靠性,提出一种应用于仿生机器鱼的渐变可靠性稳健优化设计方法。以仿生虎鲸为研究对象,基于扑翼运动理论,利用Matlab得到了仿生虎鲸的动态载荷。基于可靠性灵敏度设计理论和稳健设计理论,构建了优化设计状态函数,得到了仿生虎鲸尾鳍推进系统对其渐变可靠性灵敏度的影响。利用改进量子进化算法进行优化设计,得到了尾鳍推进机构的最优解,结果表明,设计变量的灵敏度的绝对值均有降低,可靠度得到提高,结构更加稳健。将扑翼运动理论、可靠性灵敏度设计理论、可靠性稳健设计理论、性能退化理论和改进量子进化算法相结合,提出一种应用于仿生机器鱼的渐变可靠性稳健优化设计方法,为仿生机器鱼的可靠性分析与设计提供理论方法和数据支撑。     

仿生微扑翼机构的设计与机电耦合特性研究

根据昆虫扑翼飞行的原理，设计了一种基于昆虫胸腔式结构的静电驱动微扑翼机构。根据驱动机构的物理模型建立了机电耦合系统的非线性动力学模型，应用数值方法研究了系统在常值电压激励下的动态响应；在相空间中分析了系统的非线性动态特性，研究了阻尼和初值对系统动态特性的影响；讨论了系统在正弦激励电压信号下的响应。研究结论对微扑翼驱动机构的设计、制作和应用提供了一定的理论依据，对于其他静电驱动的微机电系统亦有一定的参考价值。     

仿生扑翼结构优化设计及动力学仿真分析

针对目前飞行器结构复杂、效率低下及动作单一等问题,设计一种新型仿生扑翼飞行机构,仅通过单驱动装置即可实现机构扑翼的扑动、折叠、扭转等运动。依据生物尺度率设计扑翼机构的结构尺寸并对机构参数进行优化;通过SolidWorks构建仿生三维模型并基于ANSYS Workbench对扑翼机构进行有限元分析,得到扑翼齿轮组、曲柄、主翼杆等主要部件的总形变、应力、等效应变及主、副翼动力学运动参数,为仿生样机研制提供理论支持。     

汽车零部件可靠性灵敏度计算和分析

讨论了汽车零部件可靠性灵敏度的计算和分析问题,提出了可靠性灵敏度分析的计算方法;研究了正态分布参数的改变对汽车零部件可靠性的影响,编制了实用的计算机程序,利用它可以迅速准确地得到汽车零部件可靠性灵敏度的设计信息,为汽车零部件的可靠性设计提供了理论依据。     

圆锥齿轮可靠性分析的参数灵敏度

讨论了圆锥齿轮可靠性灵敏度的计算和分析问题,提出了可靠性灵敏度分析的计算方法;研究了正态分布参数的改变对圆锥齿轮可靠性的影响,编制了实用的计算机程序,利用它可以迅速准确地得到汽车零部件可靠性灵敏度的设计信息,为汽车零部件的可靠性设计提供了理论依据.     

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.     

水陆两栖仿生海龟机器人设计与分析

针对传统机器人在水陆工作环境下运动模式转换的适应性问题,以海龟的水陆行进方式为出发点,分析了水下扑翼动作、水下转向和沉浮动作以及上岸后水翼折叠动作的实现方式,提出了一种采用扑翼传动机构、可变形自锁水翼机构、后腿机构和重心调节机构来实现水陆行进的水陆两栖仿生海龟机器人设计方案。建立了扑翼传动机构运动模型和仿生机器人整体重心仿真模型,分析了仿生扑翼运动特性并计算了固定配重安装位置。对仿生水翼进行力学分析,表明机器人能够实现可靠的水下扑翼运动。对仿生机器人关键零部件进行了流固耦合力学仿真分析和方案优化。试制了仿生机器人样机并进行了试验测试,实现了仿生机器人的基本功能。     

一种攻角可调的双段翼仿生扑翼飞行器设计

基于机械设计技术与仿生学原理及空气动力学原理设计出一种可调节攻角的仿生双段翼扑翼飞行器.以无刷直流电机作为原动机,经过三级直齿轮减速器减速后,带动曲柄摇杆机构实现扑动动作,通过翅骨架上的舵机并配合各种传感器可在飞行过程中实时调节攻角.该仿生扑翼飞行器可以集起飞、加速、滑翔降落等飞行方式于一体,飞行方式灵活,仿真度高,隐...     

直齿轮传动系统特征分析与静强度可靠性模型

齿轮传动系统是一个串联系统,但在系统与零件之间的关系、系统实现功能的方式、以及系统的时间属性等方面与传统意义上的串联系统有明显不同。从可靠性分析的角度,详细分析了齿轮传动系统在系统构型、载荷传递及失效等方面的特点。鉴于可靠性分析的需要,细化了机械系统分类,把串联系统划分为简单(空间或空域)串联系统(常构串联系统)和时域串联系统(变构串联系统)。根据在功能、结构、载荷等方面不同的系统,有针对性地研究可靠性分析与可靠性建模方法。以单级齿轮传动系统为例,建立了不同系统结构参数、不同服役条件下的系统可靠性模型,展示了系统可靠性变化规律,以及所建模型与传统串联系统模型之间的差异。     

基于区间因子法的可靠度与参数敏感度分析

在基于区间参数可靠性的设计过程中,往往需要根据各设计参数的重要度次序,综合考虑加工成本因素而对关键参数的取值区间进行合理调整.文中通过理论推导,并结合算例说明,功能函数的区间因子半径与结构可靠度互为倒数;重要度越大的区间参数,其需要调整的范围可以越小.文中方法与有限元相结合可明显降低计算量,这对于那些无法给出显式函数的复杂工程问题的求解具有借鉴价值.     

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.     

NUMERICAL SIMULATION ALGORITHM FOR RELIABILITY ANALYSIS OF COMPLEX STRUCTURAL SYSTEM BASED ON INTELLIGENT OPTIMIZATION

An efficient importance sampling algorithm is presented to analyze reliability of complex structural system with multiple failure modes and fuzzy-random uncertainties in basic variables and failure modes. In order to improve the sampling efficiency, the simulated annealing algorithm is adopted to optimize the density center of the importance sampling for each failure mode, and results that the more significant contribution the points make to fuzzy failure probability, the higher occurrence possibility the points are sampled. For the system with multiple fuzzy failure modes, a weighted and mixed importance sampling function is constructed. The contribution of each fuzzy failure mode to the system failure probability is represented by the appropriate factors, and the efficiency of sampling is improved furthermore. The variances and the coefficients of variation are derived for the failure probability estimations. Two examples are introduced to illustrate the rationality of the present method. Comparing with the direct Monte-Carlo method, the improved efficiency and the precision of the method are verified by the examples.     

试验场载荷特征分析与标准化方法研究

针对车辆载荷的采集必须在样车试制完成后才能进行,产品开发阶段往往缺乏必要载荷数据的问题,开展了试验场耐久规范下的载荷谱标准化研究.首先,对国内某试验场不同车型道路实测载荷谱的特征分析,明确了不同车型载荷雨流循环频次分布的一致性.其次,综合载荷频次分布和损伤区间分布的差异性,对比了传统概率分布模型和极值分布模型在雨流循环...     

已知强度和载荷变差系数的结构可靠性分析

阐述了强度变差系数和载荷变差系数已知的工程背景，推导了正态分布之商的概率分布，改进了这方面的研究结果，给出了结构可靠性置信下限的分析方法，讨论了商分布的等概率曲线。通过比较各种可靠性评估方法，用算例体现了本文所提方法的优越性和实用性，说明了变差系数数据绎结构可靠性分析的重要性。     

基于四阶矩的车辆传动轴可靠性灵敏度分析及结构改进

提出了基于四阶矩理论的机械可靠性灵敏度分析的数值方法,建立了履带式车辆传动系统传动轴的力学模型,以传动轴为研究对象讨论分析了在仅知道机械构件结构随机分布参数前四阶矩的情况下机械构件的灵敏度分析问题,给出了传动轴可靠度随其各个结构参数改变的灵敏度变化规律,研究了结构设计参数的改变对传动轴可靠性的影响,为传动轴的可靠性优化提供理论依据,进而基于可靠性灵敏度分析结果对传动轴的结构改进进行研究,研究成果可以推广到相关机械可靠性灵敏度设计和结构优化领域,具有非常重要的实用意义。     

机械零件可靠性分析的参数灵敏度分析

对机械零件可靠性的参数灵敏度分析进行探讨，提出可靠性灵敏度设计的计算方法，研究正态分布设计参数的改变对工程机械零件可靠性的影响，为工程机械零件的可靠性设计提供理论依据。     

系统可靠性灵敏度分析方法及其应用研究

基于已有的单个失效模式可靠性灵敏度分析,建立多模式串、并联系统失效概率对基本变量分布参数的灵敏度分析方法,着重研究多模式并联系统可靠性灵敏度分析的近似方法.该方法以数字模拟为基础,根据样本点对系统失效概率的贡献,对计算失效概率的所有样本点进行筛选,并由筛选出的样本点线性回归模拟并联系统失效域,得到等价的单个线性极限状态方程,从而将多模式并联系统的可靠性灵敏度分析等价转换为单个模式的灵敏度分析.对于多模式串联系统的可靠性灵敏度分析,文中采用的方法是将串联系统的失效概率精确转换成单个模式失效概率与多个模式并联系统失效概率的代数和,然后逐项进行灵敏度分析,进而得到串联系统的可靠性灵敏度.对于结构系统的极限状态方程含有复杂综合随机变量的灵敏度分析问题,提出一种基于二次回归分析的近似处理方法,通过推导的综合随机变量分布参数对基本变量分布参数的偏导数公式和复合函数求导法则,最终得到复杂多模式系统失效概率对基本变量分布参数的灵敏度.文中用理论数值算例验证所提算法的精度与可行性,并将所提方法推广应用到工程算例中,验证其工程应用价值.