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.     

考虑铰链运动副间隙的机构运动可靠性分析模型

针对高速运动机构的特点,补充考虑铰链式运动副间隙的机构运动可靠性分析模型,并以曲柄滑块机构为例,应用非连续接触模型和连续接触模型,详尽分析运动副径向间隙和销轴位置的不确定性因素对机构运动可靠性的影响.     

估计疲劳寿命三参数P-S-N曲线的新方法

由于不同应力水平下对数疲劳寿命的方差不等,因而不同应力水平下的对数疲劳数据不满足最小二乘估计的Gauss-Markov假设条件,此时采用常规最小二乘法估计的三参数P-S-N曲线不是统计意义下的最佳线性无偏估计,而加权最小二乘法则可以给出异方差条件下的最佳线性无偏估计.为此基于加权最小二乘和Bootstrap方法提出一种疲劳寿命三参数P-S-N曲线估计方法,在所提方法中,Bootstrap方法被用来确定不同应力水平下疲劳试验寿命数据的协方差矩阵对角线元素,避免迭代确定加权最小二乘法中的权矩阵.对三种材料的四组疲劳试验寿命数据进行分析的结果表明,所提方法具有工程实用性,传统最小二乘法由于忽略了Gauss-Markov假设条件可能得到偏危险的结果,而由于所提方法得到的是最佳线性无偏估计,因而在子样容量增大时将趋于估计的真值,并且参数估计的方差将是最小的.     

复杂结构系统失效模式的响应面法

讨论了响应面方法的发展现状,根据大型复杂结构系统具有变量多和非线性程度高的特点,指出这将是影响响应面法应用的主要障碍。由此提出相应的改进方法。算例表明,该方法在与原方法精度要求相同的前提之下,比原方法的计算量要小。     

镍基单晶合金的厚度效应

考察了镍基单晶合金ＤＤ３板试样在厚度为０．５，１．０，２．０ｍｍ、晶体取向为［００１］，［０１１］，［１１１］和［１１２］以及试验温度为１０００，９５０，８５０和７６０℃下的变形和破坏规律。宏观结果表明，厚度效应表现出与温度的相关性：１０００℃时，试样越薄，屈服强度越高；９５０℃以下，试样越厚，屈服强度越高。ＳＥＭ细观断口形貌分析表明，除１０００℃［００１］取向试样断口表现出韧窝断裂模式外，其余试     

随机-区间混合不确定性多输出模型确认指标

为解决随机和区间变量共存条件下的多输出模型确认问题,提出了一种新的模型确认指标.首先,依据概率方法和区间理论,分析了随机输入变量在实现值条件下随机-区间混合不确定性多输出模型的特点;然后,将基于马氏距离的随机不确定性多输出模型确认方法,推广到随机-区间混合不确定性因素影响下的多输出模型确认之中,定义了一种新的多输出模型确认指标.该指标运用模型输出响应量与试验输出响应量的上、下界马氏距离分布函数曲线之间的面积差异,度量随机-区间混合不确定性条件下多输出模型预测结果与试验结果之间的不一致性.最后,讨论了所提指标的数学性质,给出了指标的计算方法和步骤,通过一个数值算例和一个工程算例验证了指标的正确性与有效性.研究结果表明,当样本数据量充足时,新的模型确认指标能够有效地度量模型输出响应量与试验结果之间差异程度,正确地判断不同多输出模型的优劣,适合于随机-区间混合不确定性因素影响下的多输出模型确认问题.     

粉末冶金涡轮盘裂纹扩展寿命可靠性敏度分析

结合粉末冶金材料含有非金属夹杂裂纹的特点，以裂纹扩展寿命可靠性分析的剩余强度模型与寿命干涉模型为基础，建立了多夹杂裂纹扩展的可靠性敏度分析模型。此模型首先给出了多个失效模式系统失效概率敏度与单夹杂裂纹扩展寿命失效概率敏度之间的关系；采用一次二阶矩敏度分析方法求出系统失效概率对综合随机变量分布参数与部分基本随机变量分布参数的敏度：通过回归分析与综合随机变量数字特征的性质，得到综合随机变量分布参数对相关基本随机变量分布参数的敏度，最终得到系统失效概率对所有基本随机变量分布参数的敏度。采用所建敏度模型计算了某型发动机粉末冶金涡轮盘裂纹扩展寿命失效概率对基本变量分布参数的敏度，通过对计算结果的分析，得到了在给定参数情况下影响粉末冶金涡轮盘系统失效概率的最主要因素，指出了模型与参数之间的本质联系。剩余强度模型与寿命干涉模型可靠性敏度计算结果一致性，以及定量计算与定性分析结果的一致性，说明了本研究方法是合理可行的。     

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.     

模糊可靠性分析的分段非线性加权响应面法及其应用

提出广义失效概率估箅的分段非线性加权响应面法.该方法首先将广义失效概率的积分区域划分为功能函数对模糊失效域隶属函数近似不变的积分微段,在积分微段中的广义失效概率可以转化为随机失效慨率,进而采用非线性加权响应面法拟合积分微段边界,并求得相应边界的随机失效慨率.针对0-起飞-0和0-最大连续-0循环载荷作用下的某型粉末冶金涡轮盘,采用文中所提方法对涡轮盘低周疲劳寿命进行模糊可靠性分析,分析结果表明,所提方法的效率、精度以及在工程上的实用价值.     

基于Latin方抽样和修正的Latin方抽样的可靠性灵敏度估计及其方差分析

运用Latin方抽样(Latin hypercube sampling)方法和经统计相关减小方程修正后的Latin方抽样(updated Latin hypercube sampling)方法对结构进行可靠性灵敏度估计及其方差分析.单模式和多模式的数值及工程算例说明, 可靠性灵敏度分析的Latin方抽样和修正的Latin方抽样在样本容量较小时都可以得到比Monte Carlo抽样方法更稳定的估计结果.采用Latin方抽样可以得到可靠性灵敏度的无偏估计,而修正的Latin方抽样方法在样本容量较小的情况下得到的可靠性灵敏度估计值的方差的分散性较Latin方抽样有进一步的减小.Latin方抽样和修正的Latin方抽样方法对基本变量的分布形式和相关性等均无限定,是适用于结构可靠性灵敏度分析的一种有效而实用的小样本抽样方法.