基于包络法的冗余机器人运动可靠性

为研究7自由度冗余机器人中连杆长度、连杆偏距及关节角对末端执行器运动可靠性的影响,提出一种基于包络法的运动可靠性分析方法。在获得机器人运动学误差函数的基础上,通过1阶泰勒公式将其线性化处理,并采用概率法得到末端执行器位置和姿态的失效模型。采用包络法将时变运动可靠性问题转换成时不变运动可靠性问题,找到轨迹中失效概率最大的点,引入协方差矩阵解析失效极值点与端点之间的内在关系,以多维正态积分计算得到机器人运动可靠度。通过仿真算例对所提方法的有效性进行验证。结果表明：包络法获得的结果与蒙特卡洛法的求解结果基本吻合,求解效率得到了较大的提升;与等效极值法相比,包络法的求解精度较高、鲁棒性较好。     

考虑共因失效的多状态系统可靠性分析模型

基于发生函数法建立了舍共因失效的多状态系统可靠性分析模型,通过改进的发生函数法求取多状态不可修串并联系统的可靠度函数。具体分两个步骤：第一步,先不考虑共因元件组的影响,用发生函数表示系统的性能分布;第二步,在“系统层”对共因元件组元件各状态信息进行分析,再用分析结果对系统发生函数进行修正,最终得到系统可靠度函数。     

考虑共因失效的系统可靠性模型

不考虑共因失效的影响,求出系统的可靠度表达式,然后将该表达式转化成包含共因信息的可靠度表达式。在模型推导的过程中,直接从系统的失效过程入手,假定构成系统的各元件在独立失效情况下其寿命具有相同的概率分布,构成系统的元件存在多种失效过程,各失效过程相互独立,并服从泊松分布,从系统中某一指定元件的可靠度推广到某指定m个元件均完好的概率。算例解释了该理论模型的使用过程,并将典型系统--串联、并联以及串并联系统的计算结果与不考虑共因失效时系统的可靠度相比较。结果表明,模型的计算结果与传统的定性分析结果相吻合,证明了该理论模型的正确性。     

基于幂指数分布的系统共因失效新模型

假定构成系统的元件存在多种失效过程,各失效过程相互独立,并服从非齐次泊松分布。则同一失效过程的连续两次失效事件之间的时间间隔服从幂指数分布,利用条件概率,从系统中某一指定元件完好的概率推广到某指定m个元件完好的概率,将独立失效时系统可靠度表达式转化成包含共因信息的可靠度表达式。算例验证了该理论模型的正确性。     

CFRP汽车防撞梁结构/材料一体化优化设计

针对复合材料汽车防撞梁结构布局和层合板铺层优化问题,提出以防撞梁强度最大为目标,宏观结构与层合板铺层角为变量的结构/材料双尺度优化设计方法。结构层面采用B样条对防撞梁轮廓曲线进行参数化表达,并改变防撞梁截面关键尺寸,构建几何模型;材料层面考虑铺层角对层合板性能带来的影响,采用0°、±45°、90°四种标准铺层角进行铺设。通过自适应遗传算法对结构与材料两个层面的设计变量进行初始化,实现了适用于复合材料汽车防撞梁的结构/材料一体化优化设计。结果表明:防撞梁结构的强度较优化之前升幅为81.41%,且最大等效应力下降至64.885MPa,小于CFRP材料的极限强度,优化结果达到预期效果。     

系统共因失效分析及其概率预测的离散化建模方法

通过系统层的载荷-强度干涉分析,展示了零件可靠度(或失效概率)的属性、精细结构及其与载荷／强度分布特性之间的关系,分析了传统的零件可靠性干涉分析过程中发生的系统可靠性信息损失问题以及无法通过传统的零件可靠度参数构建一般系统(具有失效相关性的非独立失效系统)可靠性模型的原因。从数学原理方面探讨了载荷-强度作用机制和冗余系统存在“共因失效”这种失效相关性的原因和建立冗余系统共因失效概率模型的方法。最后,建立了能根据系统的有限失效数据预测系统任意阶失效概率的离散化的系统失效概率模型。     

渐开线齿轮传动参数化有限元建模

基于ANSYS开发了齿轮传动的参数化有限元建模程序。运用UIDL语言设计了齿轮分析子菜单和齿轮参数输入对话框,实现了齿轮参数的可视化输入。根据渐开线齿廓方程和齿轮结构特征,运用APDL语言开发了渐开线系列齿轮有限元建模程序,实现了渐开线齿轮传动自动有限元建模。以非对称圆柱直齿轮为例进行了动态接触分析,分析了其在一个啮合周期内的接触应力。     

对称结构系统的Copula可靠性模型

Copula以灵活的函数形式实现多元随机向量的概率建模,能描述变量之间复杂的统计相关特征.在结构系统可靠性分析中引入Copula函数,初步探讨利用Copula实现对称结构系统可靠性建模的思路与方法.根据元件失效相关机理,以孪生应力、元件强度为基本变量,以元件安全裕度为分析变量,分别阐述利用高斯Copula和阿基米德Co...     

基于子集模拟和通用生成函数的结构可靠性分析

传统的结构可靠性分析方法在处理多维非正态分布、小失效概率以及功能函数高度非线性问题时,很难以较低成本获得满意的精度.为了克服现有方法的不足,将子集模拟法(SS)与通用生成函数(UGF)相结合,提出结构可靠性分析的UGF-SS法.根据子集模拟思想,利用通用生成函数获得中间失效概率,从而获得结构失效概率.对随机变量进行低密度离散,获得结构通用生成函数,划分中间事件,计算失效概率.在之后的模拟中针对中间事件进行非均匀自适应细分,获得每层中间失效概率.最后一层模拟利用拉丁超立方抽样扩充中间事件样本,计算失效概率.模拟结束后,各中间失效概率相乘得到结构失效概率.通过算例分析验证了所提方法的合理性和可行性,所提方法在保留子集模拟法高效率的同时,发挥了通用生成函数对任意随机变量和功能函数的普适性,保证了结果的精度.