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.     

疲劳与强度耦合下结构系统可靠性研究

本文首先建立了考虑疲劳载荷和静载荷同时作用下的结构系统可靠性分析模型.并针对在疲劳与强度耦合下的结构系统可靠性分析中,采用改进的分支限界法搜索主要失效模式存在计算量过于庞大的问题,提出一种基于增量时间法来判别系统主要失效模式.引入承损伤比和承力比两个参数,并以该阶段系统的时间增量最小为准则选取进入主要失效模式的单元,组合顺序失效元即可生成系统主要失效模式.该方法可为快速合理评估结构系统可靠性提供理论参考依据.     

复杂结构件疲劳可靠性模型与评估技术研究

为了评估复杂结构件在随机载荷作用下的疲劳可靠性,将含有多个疲劳细节的复杂结构件看作由多个只含有单一疲劳细节的单元构成的串联系统,在不做各个疲劳细节失效独立假设的前提下,根据疲劳可靠性异量纲干涉模型,提出了一种从系统层级上直接建立的复杂结构件疲劳可靠性模型。以某型列车枕梁为例,展示了随机载荷历程下含多个疲劳细节结构的疲劳可靠性预测方法及流程,并对其疲劳可靠性进行了分析。结果表明:在随机载荷作用下,提出的模型考虑了复杂结构件中疲劳细节之间失效的统计相关性,计算出的列车枕梁服役30年后的可靠度约为0.90,相比之下,传统的系统可靠性模型计算的可靠度偏于保守。     

结构失效模式的快速识别方法

提出了一种延性结构失效模式的快速识别方法;讨论了结构局部刚度对系统可靠性的影响;采用截断枚举法,考虑了奶状态方程间的统计相关性,从每级彀的许多失效序列的构成形式上进行分析,快速识别出主要失效模式,大大减少了计算量,可分析大型结构的可靠性。     

考虑载荷作用次数的失效相关系统可靠性模型

研究了随机载荷作用次数对系统可靠性的影响,运用载荷-强度干涉模型和顺序统计量理论建立了随机载荷多次作用下的失效相关系统可靠性模型.考虑系统中零件的失效相关性,在不作独立假设的前提下,运用系统级载荷-强度干涉模型建立了串联系统和并联系统可靠性模型;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载荷多次作用时等效载荷的累积分布函数和概率密度函数,在此基础上,建立了载荷多次作用下的失效相关系统可靠性模型.并运用Monte Carlo方法对随机载荷多次作用下的失效相关串联系统可靠性模型进行了仿真实验,验证了本文模型的正确性.     

基于累积损伤的随机结构系统刚度可靠性分析

根据疲劳载荷造成的累积损伤对材料极限应力的影响,结合材料强度与弹性模量之间的关系,给出了结构构件在基于累积损伤下的剩余弹性模量的表达式,并分析了其数字特征。考虑结构的随机性,在求解可靠性指标时,采用改进的一次二阶矩法和随机有限元相结合的算法,以改进的分枝限界法寻找主要失效模式,以PNET法计算结构系统可靠性。算例表明:结构系统在设计寿命内虽然满足了系统疲劳可靠性的要求,但随着使用寿命的增加,结构系统刚度可靠性在下降,当疲劳载荷循环次数大于11.08×105时,结构系统结构刚度可靠性不能满足设计要求。     

基于变载荷间隔的MSD结构疲劳可靠性研究

多部位损伤(MSD)会使结构的强度大幅降低,为了防止由此造成的灾难性破坏,必须对MSD结构在整个寿命周期内的裂纹扩展情况及可靠性水平进行准确评估.文中在假设MSD结构断裂韧性和应力强度因子服从对数正态分布的基础上,结合应力强度干涉模型和二阶窄边界理论,建立了MSD结构的裂纹扩展可靠性模型;考虑MSD结构多裂纹扩展过程中的两类影响因素,推导了疲劳载荷作用下的裂纹扩展增量递推公式;结合变载荷间隔分段处理方法,提出了MSD结构随载荷循环次数变化的失效概率计算方法.通过对一受远场均匀载荷作用的含共线孔边裂纹的MSD壁板结构的分析计算,得到了MSD壁板结构失效概率随疲劳载荷作用次数的变化趋势,并将其与试验值进行比较,较为准确地反映了MSD壁板的失效趋势.     

基于变动失效阈值和退化速率的系统可靠性模型

为对同时存在退化过程和冲击过程的系统进行可靠性分析,建立了突发型失效与退化型失效共存的系统可靠性模型.考虑退化过程和冲击过程的相关性,通过退化过程和冲击过程的分布函数,基于变动失效阈值,建立系统可靠性模型的一般形式.进一步用线性退化路径描述系统的退化过程,考虑退化速率的改变,建立系统可靠性模型的具体形式.通过具体算例,对所建立模型的有效性与合理性进行了验证与分析.     

管道类连续系统可靠性建模方法

以管道这种典型的连续系统可靠性建模为背景,论述了国内外研究现状,通过将连续系统离散成单元(作为一个"串联系统"对待),应用最小次序统计量推导出系统强度的概率密度函数;分析了基于最小次序统计量思想的串联系统相关失效可靠性建模;同时讨论了连续系统材料强度的两种影响因素:材料自身的不均匀性和材料质量的不稳定性.最后建立了管道类连续系统可靠性模型,能够反映单元间的失效相关性,为管道、钢缆等连续系统的可靠性设计与可靠性计算提供依据.     

基于相关性分析的载荷-强度干涉模型

传统载荷-强度干涉模型适用于零件及系统的静态可靠性分析,并且模型中假设载荷与强度是相互独立的.因为当考虑强度退化时,零件的剩余强度是载荷大小及载荷作用次数的函数,所以传统的载荷-强度干涉模型不能用于分析强度退化时零件和系统的可靠性.通过定义次数等效系数和参考载荷,提出考虑载荷和强度相关的载荷-强度干涉模型,用于分析随机载荷作用下强度退化时零件及系统的可靠性.此外,由于承受共同的随机载荷而产生的共因失效对于系统的可靠性分析具有较大影响,因此建立了考虑共因失效的系统可靠度计算模型.最后通过算例证明提出模型的可用性和合理性.     

船用夹芯复合材料接头疲劳裂纹扩展研究

以船用L型夹芯复合材料连接接头为研究对象,将结构刚度退化作为夹芯复合材料连接接头在疲劳载荷作用下的观察变量,建立了以连接接头剩余刚度为表征参量的疲劳累积损伤状态量D的失效准则.通过对L型连接接头在疲劳累积损伤过程中裂纹发生、扩展直至破坏的整个失效过程的形态进行研究,最终揭示了船用复合材料典型连接结构累积失效规律.结果表明:复合材料接头刚度在疲劳过程中,分为缓慢下降与急剧下降两个阶段,刚度缓慢下降阶段占据了试件疲劳周期的95%,刚度急剧下降阶段仅发生在疲劳崩溃情况下,并伴随裂纹快速扩展直至断裂的过程.     

考虑啮合齿对失效相关性的齿轮系统可靠性评估

为了考虑齿轮系统在输入扭矩载荷作用下啮合齿对的失效相关性,详细分析了齿轮时变啮合关系,基于蒙特卡罗抽样方法,提出了考虑齿轮啮合时变特性及失效相关性的仿真方法。编写了考虑多种失效模式和时变啮合关系的可靠性仿真程序,以齿轮的齿根弯曲和齿面接触静强度失效模式为研究对象,分析了多种失效模式的共因失效现象和时变啮合特性,并比较了所提出方法与传统的串联系统可靠性分析方法之间的差异。算例表明:随着载荷作用次数的增加,传统方法由于未考虑相互啮合轮齿的失效相关性、时变特性和各轮齿强度的不确定性,从而高估或者低估了齿轮系统的可靠度,表明文中提出的方法更贴合实际,评估结果更趋于合理。     

竹材碎料复合板的结构设计与弯曲性能预测理论

对称结构的竹材碎料复合板静曲强度与弹性模量试验值与试件宽度无相关性。根据这一规律,用拟梁法研究了竹材碎料复合板受横向载荷时的刚度特性和应力分布特性,并推导出竹材碎料复合板静曲强度和弹性模量的理论估计模型;提出了竹材碎料复合板的最佳结构设计准则;对不同支承跨距时试件的破坏形式进行了分析,提出了竹材碎料复合板在实际使用时的失效判据。     

具有多种缺陷的船舶结构系统的可靠性分析

本文分析了含有初始变形、焊接残余应力、裂纹和局部凹陷等多种缺陷对板的极限强度的影响,给出了该板单元的可靠性计算和敏度分析的表达式.对含有多种缺陷板单元组成的结构系统,进行了可靠性分析,给出结构系统的失效机理、失效路径和总体可靠性指标的计算方法.推出了含有多种缺陷板元失效后,对残余结构影响的反向节点力计算公式,及系统可靠性指标的敏度表达式.保证了计算精度和可靠性分析的合理性,同时也便于找到影响结构系统可靠性的薄弱板单元.最后通过船舶结构的一个舱段,对比开展了含有多种缺陷与不含缺陷的结构系统的可靠性计算及敏度分析,以说明本文提出方法的有效性.该文提供的方法为结构系统的设计及制定合理的维修和更新策略提供了参考.     

海洋结构裂纹检测与维修优化

首先讨论了海洋结构含裂纹构件的失效准则及修复构件疲劳性能的评价模型。应用概率断裂力学方法提出了一个描述海洋结构检测与维修过程的可靠性模型 ,该模型同时考虑了疲劳和断裂两种失效形式 ,并可以评价检测、维修过程对平台可靠性的影响。基于该模型 ,开发了一个描述裂纹萌生与扩展过程的可靠性数值仿真器 ,用于对服役平台的检测和维修进行优化。用该数值仿真器对一个实例进行计算的结果表明 ,对裂纹进行检测优化时 ,不计断裂失效是不合理的。     

考虑约束效应的概率断裂失效分析

针对试样几何、加载方式会在裂纹尖端产生不同的约束效应,对存在缺陷的构件进行安全性评定、寿命评估和失效概率计算时考虑约束效应,在R6失效评定曲线基础上,采用T-应力作为约束参量,建立与约束相关的失效评定曲线.在单向和双向载荷情况下,利用Mont-carlo法对存在半椭圆形表面裂纹的构件进行概率断裂力学分析,并与由传统R6失效评定曲线得到的结果进行比较.在不同的双向载荷比和裂纹几何情况下,讨论约束效应对裂纹失效概率和失效点位置预测结果的影响程度.结果表明,裂纹尖端的约束效应对构件断裂失效概率和起裂点位置均具有较大的影响;载荷比越大,由两种评定曲线计算得到的失效概率越接近.     

海洋结构裂纹检测与维修优化

首先讨论了海洋结构含裂纹构件的失效准则及修复构件疲劳性能的评价模型。应用概率断裂力学方法提出了一个描述海洋结构检测与维修过程的可靠性模型,该模型同时考虑了疲劳和断裂两种失效形式,并可以评价检测,维修过程对平台可靠性的影响。基于该模型,开发了一个描述裂纹萌生与扩展过程的可靠性数值仿真器,用于对服役平台的检测和维修进行优化。用该数值仿真器对一个实例进行计算的结果表明,对裂纹进行检测优化时,不计断裂失效是不合理的。     

复合材料层板损伤失效分析

基于连续损伤理论,利用多标量损伤模型,考虑单层板失效前由微裂纹损伤所造成的刚度下降,将Hoffman准则作为复合材料单层板在复杂应力状态下的极限损伤条件,应用该准则对含圆孔复合材料层合板在单向拉伸载荷下的损伤破坏过程进行了数值分析,并与常规(无损伤)失效准则的结果进行了比较.计算表明:损伤引起单层刚度下降,使应力重新分布,加速应力向未损伤层和周围单元转移,从而使应力集中得到缓解,层板的单层破坏载荷明显提高,从而提高层板的极限载荷,提高程度受铺层方式的影响.可见,由损伤引起的刚度下降应在层板失效分析中加以考虑.     

基于结构应力法的钢管混凝土焊接接头疲劳评估

裂纹尖端应力的奇异性导致传统疲劳评估法和部分标准对焊接结构疲劳寿命预测精度不够，影响工程结构可靠性。裂纹扩展是焊趾或焊根所在截面外载荷驱动造成的，基于焊缝处力平衡关系提出结构应力法。该方法将单元节点力转换成线力，并综合考虑不同焊接接头类型、板材厚度和加载模式。运用断裂力学理论将微小复杂裂纹扩展至疲劳失效全过程统一起来，以等效结构应力幅值推导出主S-N_d曲线疲劳评估表达式。采用不同单元仿真试件证明了结构应力法具有网格不敏感力学特征，与试验数据对比，焊缝的薄弱位置和实际疲劳裂纹一致，验证了结构应力法具有较高的疲劳预测精度。钢管混凝土焊接结构验证了结构应力法在疲劳寿命评估时具有有效性和可靠性。     

考虑多失效模式老龄平台结构可靠性分析

针对老龄平台结构存在的多种退化失效因素,综合考虑疲劳失效、腐蚀失效和静强度失效这3种失效模式,建立每种失效模式的可靠度模型,并相应给出可靠度计算方法.通过相关系数研究任意两种失效模式之间的相互影响,进而提出两种计算3种退化失效模式全耦合作用下可靠度的方法:一是根据O. Detlevsen窄界限理论计算可靠度指标上、下限,二是通过将疲劳裂纹扩展和腐蚀退化引起的总抗力衰减引入静强度退化失效模型中,得到3种失效模式的耦合失效概率.实际算例结果表明:在不同服役阶段构件具有不同的主导失效模式;任意两种失效模式的耦合可靠度均低于单一失效模式的可靠度,3种失效模式耦合可靠度最低.