矿用自卸车轮边减速器传动系统动态可靠性研究

轮边减速器传动系统作为轮毂驱动系统的核心部件,其可靠性直接影响轮毂驱动系统乃至整车的运行可靠性和工作寿命.针对现有轮边减速器传动系统可靠性评估只考虑单一齿面失效或齿根失效的不足,提出考虑二者失效相关的动态可靠度计算方法.首先,在考虑齿轮材料强度退化的前提下分别建立齿面、齿根强度退化随机模型;然后,基于应力-强度干涉理论并采用Monte Carlo方法计算得到2种失效形式下考虑强度退化的齿轮动态可靠度曲线;其次,根据Copula理论建立同时考虑2种失效形式相关性的单一齿轮动态可靠度数学模型;最后,应用Sklar定理对零件失效过程的相关性进行描述,建立轮边减速器传动系统动态可靠度数学模型.通过算例验证结果表明:该方法能够揭示多失效形式和多因素相关条件下系统疲劳寿命与各零部件疲劳寿命之间的关系,可以为轮边减速器传动系统的可靠性评估和预测提供理论依据.     

考虑失效模式相关性的正态分布随机载荷作用下的齿轮可靠性建模

弯曲和接触疲劳失效是齿轮的两种主要失效模式,两种失效模式之间存在一定的相关性.假设齿轮受到正态分布随机载荷的作用,提出一种计算齿轮可靠度的新方法.任意选择一个标准斜齿轮,在该齿轮上施加服从正态分布的切向载荷,采用Monte Carlo仿真的方法得到齿轮在两种失效模式下极限状态函数的散点图.通过观察散点的分布规律,提出采用二元正态分布模型建立两种失效模式的联合分布.考虑到二元正态分布的边缘分布是两个一维正态分布,利用边缘分布得到极限状态函数值的均值的估计值.通过Matlab中协方差函数先求得协方差矩阵,再通过计算得到两组数据的相关系数值.最后,将该模型应用于风电齿轮箱中齿轮的可靠度求解中,结果表明该模型具有高效性.     

考虑拉索抗力退化的斜拉桥体系可靠度评估

疲劳损伤和大气腐蚀作用致使斜拉索性能退化,影响斜拉桥运营期的安全水平.为了分析拉索抗力退化对斜拉桥体系可靠度的影响,建立了斜拉索抗力退化的串并联概率模型,提出基于机器学习的斜拉桥时变体系可靠度分析方法.以经典斜拉桥和某大跨度双塔混凝土斜拉桥为工程背景,研究了考虑拉索抗力退化的结构时变体系可靠度.研究结果表明:对于稀索体系的小跨度斜拉桥,随着斜拉索抗力的逐步退化,桥梁结构体系的主要的失效路径为由梁和塔的弯曲失效逐渐转变为由拉索腐蚀引起的拉索强度失效;当拉索抗力退化后的可靠度低于主梁关键截面可靠度时,结构体系可靠度将显著降低;对于密索体系的大跨度斜拉桥,在拉索疲劳和腐蚀共同作用下,该斜拉桥体系可靠指标将在29年降低到5.2.     

机械零件相关失效可靠度计算的二重积分模型

假设机械零部件同时发生3种或更多种失效模式的事件为极小概率事件,用线性回归法得到不同失效模式下极限状态函数之间的关系,建立相关失效模式下可靠度的二重积分模型.如果极限状态函数之间呈现平方、立方、指数函数等关系时,可以先经过线性变换后再应用该模型.用二重积分模型计算了销钉在相关失效模式下的可靠度,并用Monte Carlo等方法进行了验证.算例表明该相关失效模式下的可靠度计算模型是正确的.     

考虑腐蚀影响的钢结构轴压构件可靠度预后分析

针对腐蚀会严重影响结构的性能甚至使其崩塌失效这一事实,基于蒙特卡洛方法和Weibull模型提出了钢管轴压构件考虑腐蚀的时变可靠度预测方法.首先利用幂函数模型替代钢材的实际腐蚀过程计算腐蚀厚度,其次利用蒙特卡罗方法计算不同年限时的腐蚀钢管轴压构件的可靠度,同时依据Weibull模型提出钢管在腐蚀作用下的可靠度随时间变化预测曲线.最后通过实际算例验证了所提方法的有效性.结果表明:Weibull模型可以较好地模拟腐蚀影响下的可靠度随时间变化的模型;提出的时变可靠度曲线与理论值吻合较好;考虑腐蚀影响的可靠度值在一定年限以后将会小于目标可靠度.     

考虑载荷作用次数的齿轮可靠度计算模型

研究了随机载荷作用次数对齿轮可靠性的影响.通过引入条件可靠度,在不作失效独立假设的前提下,运用应力-强度干涉模型建立了具有多种失效模式的齿轮可靠度计算模型.根据随机载荷作用的统计学意义,运用顺序统计量理论建立了随机载荷多次作用时的齿轮可靠性模型,并研究了齿轮可靠度随载荷作用次数的变化规律.研究表明,即使在强度不退化的情况下,齿轮的可靠度也随着随机载荷作用次数的增加在逐渐降低.     

基于剩余强度衰减退化的非线性累积损伤准则及其可靠性定寿

零件的疲劳破坏是一个损伤逐步累积、承载能力逐步下降的过程,其疲劳强度随其承受的载荷和频次而不断衰减.通过研究疲劳过程中材料剩余强度衰减退化的规律,从疲劳损伤的定义出发,把剩余强度退化通过一个衰减系数引入到损伤的定义中,提出考虑材料强度性能退化的非线性累积损伤模型来修正Corten-Dolan理论模型.该模型不但考虑了载荷间的相互作用效应,而且还考虑了载荷加载历史引起的强度退化的影响.同时提出了一种基于剩余强度衰减退化的零件疲劳寿命可靠性分析方法,即在假设剩余强度分布服从对数正态分布下,用零件的剩余疲劳损伤强度计算疲劳可靠度和预测零件疲劳可靠性寿命.通过基于修正Corten-Dolan模型的疲劳寿命预测和算例对比分析,该模型完善了传统Corten-Dolan理论模型的适用范围,提高了预测精度.以恒幅载荷作用下的疲劳可靠性描述为例,通过对比模型分析值和实验值,证实了基于剩余强度衰减退化的疲劳寿命可靠性分析模型的可行性,并可以推广至多级载荷作用下的疲劳可靠性寿命的预测.     

斜拉索退化机理及钢丝力学模型

通过分析实桥锈蚀钢丝的断口特征,确定钢丝存在着3种失效模式,分别是均匀腐蚀与孔蚀、腐蚀疲劳、应力腐蚀.通过试验研究总结了钢丝力学性能随锈蚀程度变化的规律,将锈蚀钢丝建模为带单边裂纹的圆柱,并对钢丝的退化过程进行了模拟.     

预应力混凝土简支梁的桥静力挠度可靠度分析

依据可靠度理论、相关可靠度设计标准和桥梁设计规范,推导基于最大挠度计算的预应力混凝土简支梁桥正常使用极限状态功能函数.分析功能函数中包含混凝土强度、弹性模量等随机变量的分布类型,利用Monte Carlo法进行可靠指标的计算.选取交通部公路桥涵通用图(2008版)中的预应力混凝土简支梁桥为例,借助Monte Carlo的重要抽样法,利用C++编程实现可靠指标的计算,揭示并分析按规范设计的预应力混凝土简支T梁的静力挠度可靠度水平.选取轻度腐蚀、一般腐蚀和严重腐蚀3种桥梁服役环境对应的抗力退化模型,计算静力挠度可靠度指标随着时间的演变过程.结果表明,按规范设计的各个标准跨径预应力混凝土简支T梁的静力挠度可靠度处于相对较高的水平,但对于腐蚀环境,桥梁在运营一段时间后(50a),挠度可靠度指标急剧下降,由设计初始状态下的3.58下降到2.00左右,对应失效概率增大.     

腐蚀和疲劳耦合作用下Q345角钢拟静力试验研究

基于环境腐蚀和疲劳振动的相互作用,建立了腐蚀疲劳耦合损伤模型,分析Q345角钢力学性能在腐蚀疲劳耦合作用下的退化规律.利用目标地区年降雨时间统计数据建立环境腐蚀模型,并将能量耗散与疲劳裂纹扩展Paris公式相结合给出衡量疲劳损伤的演化模型.与此同时,为有效衡量腐蚀与疲劳之间的相互关系提出耦合因子,并基于该因子将腐蚀和疲劳的损伤模型相结合建立腐蚀疲劳耦合损伤模型.最后,对20根规格为70mm×5mm的Q345等边角钢展开拟静力试验,分析腐蚀、疲劳及其偶合作用对角钢承载能力和耗能性能的影响规律,建立各参数耦合损伤退化模型.结果发现:腐蚀疲劳耦合作用能显著促进构件损伤的发展,但现行设计规范和研究很少考虑这种影响;Q345角钢的承载能力、滞回曲线形状和循环次数等均随腐蚀疲劳耦合作用增加发生了明显变化,加速腐蚀12h和疲劳振动4.0×104次的耦合作用使延性系数和累积耗能参数的退化率比两者单独作用造成的损伤总和多11.1%和7.7%.