机械零件可靠性设计示例一则

本文根据机械零件可靠性设计的数学模型，将载荷，材料的强度及零件的尺寸等设计参数，作为服从正态分布的随机变量处理，结合螺栓联接设计实例，导出在给定条件和规定可靠度指标下零件的几何人出了螺栓联接的可靠性设计可推广到类似的螺栓联接的设计场合。     

螺栓联接的有限元建模方法研究

对螺栓联接的有限元建模方法进行研究和评估.以螺栓-法兰联接为例,基于有限元分析软件ANSYS,建立了3种螺栓联接的有限元模型,即实体螺栓联接模型、梁单元联接模型和刚性单元联接模型.模态试验和应力分析表明,实体螺栓联接模型和梁单元联接模型具有广泛的适用性,可准确分析螺栓联接结构的静态特性和动态特性.相比实体螺栓联接模型,梁单元联接模型在保留了关键细节的同时提高了建模和计算效率.刚性单元联接模型不能模拟螺栓预紧和接触,只适用于模态分析.试验和仿真均表明,螺栓预紧力的大小对结构模态影响很小.仿真表明,螺栓联接表现出复杂的非线性特性,如应力的非线性变化、法兰之间接触状态的变化、螺栓总拉力的非线性变化等.      

设计紧联接螺栓直径的新方法

本阐述了设计紧联接螺栓直径的中值法和优化设计法,通过这两种方法的结合,可以既快又精确地设计出紧联接螺栓的直径。     

整体法兰可靠性优化设计

对法兰进行了可靠性优化设计，即将概率统计和优化原理应用于法兰设计，以可靠度来保证法兰的安全。把δf、δ1、h、S、p作为随机变量，SH、SR、ST作为约束条件，法兰质量作为目标函数，通过网络寻优，在满足所要求的可靠度的基础上优化法兰尺寸，从而减少法兰的质量，并用C语言编制了计算程序。将常规设计与可靠性优化设计结果进行比较，认为可靠性优化设计是一种有效可行的设计方法。     

基于ANSYS鼓形齿联轴器螺栓联接有限元分析

采用ANSYS对非标准鼓形齿联轴器螺栓联接进行有限元分析.首先,利用UG软件进行联轴器螺栓联接实体建模;然后,用ANSYS软件对其进行有限元分析.考虑螺栓联接的接触特性,通过改变摩擦因数分析螺栓所受的拉伸应力和剪切应力,得到螺栓受拉伸和受剪切的危险截面均在螺母与内齿套法兰结合面靠近内齿套外圆部位;摩擦因数增大时螺栓所受...     

兆瓦级风力机组偏航齿圈螺栓联接强度分析

建立兆瓦级风力发电机组偏航过程动力学模型和偏航齿圈与塔架法兰处螺栓联接三维模型并运用Hypermesh软件处理,在ABAQUS中建立螺栓接触模型,取预紧力为屈服极限σp0.2的60%~80%对螺栓联接偏航过程静力学性能进行分析。研究结果表明:通过对比不同预紧力工况下得出的应力强度与疲劳强度,提出可供参考的预紧力Fv取值范围;当且预紧力为0.7σp0.2时,螺栓及其连接件应力应变最理想,在仅受预紧力和加载极限载荷后最大应力分别为712.5 MPa和733.4 MPa,工作应力下的安全系数SF=1.28,满足强度设计要求,为该兆瓦级风力发电机组偏航齿圈螺栓联接及其他连接系统的应力强度校核、疲劳分析等提供参考,便于进一步优化设计。     

两种计算环法兰联接刚度的方法

介绍了两种计算螺栓法兰联接刚度的方法;Timoshenko法和WAaters法,前者考虑了螺栓位置疏散性及法兰-小筒节联接对刚度的影响,更符合实际情况。     

联接螺栓静强度的模糊可靠性设计研究

应用信息熵理论,将联接螺栓的模糊静强度和模糊载荷分别等效为随机静强度和随机载荷,按联接螺栓安全等级确定其静强度的可靠指标,建立按可靠指标进行联接螺栓静强度设计的方法,得到联接螺栓静强度的可靠性安全系数。研究表明:1)对于安全等级为一般、比较重要和重要的联接螺栓,其屈服强度的可靠指标分别为0.815,1.920和3.819,抗拉强度的可靠指标分别为3.740,4.729和6.828;2)基于满足联接螺栓静强度的可靠指标,对于安全等级为一般、比较重要和重要的联接螺栓,在静载荷时,螺栓屈服强度的最小可靠性安全系数分别为1.10,1.25和1.45,抗拉强度的最小可靠性安全系数分别为1.35,1.50和1.75;在变载荷时,螺栓屈服强度的最小可靠性安全系数分别为1.15,1.35和1.60,抗拉强度的最小可靠性安全系数分别为1.60,1.80和2.20。     

法兰设计方法及预紧力的确定

选取9对工作压力为1.0～6.5 MPa、工作温度为400℃的标准带颈对焊管法兰,分别运用EN13445附录G法兰设计的另一方法与Waters方法计算螺栓预紧力,运用ANSYS有限元软件对其进行模拟,分析法兰接头的应力分布和应变,研究这两种计算方法在指导法兰接头螺栓安装时,法兰强度以及密封性的可靠程度和方法的可行性.结果表明:EN13445附录G计算确定的螺栓预紧力能保证该种法兰接头在该温度、压力范围内的强度与密封性,可用于指导该种法兰螺栓的安装;Waters计算确定的螺栓预紧力在较高工作压力时会导致垫片应力过大,可能会压溃垫片,建议在工程实际中该种法兰螺栓在该温度、压力范围内安装时谨慎使用Waters螺栓预紧力.     

螺栓联接力分析与装配的新方法及应用

通过对螺栓联接力深入分析,进而提出改善工艺结构,加工和装配方法来提高螺栓强度,探讨联接受力分析和装配方法的新理论,及如何用于联接的设计与制造,以期提高螺栓联接的性能和减轻重量、降低成本.     

基于灵敏度分析的单层厚壁容器可靠性稳健优化设计

针对可靠性的稳定性问题,将可靠性优化设计理论与可靠性灵敏度分析相结合,提出可靠性稳健优化设计方法.将此法运用于单层厚壁容器设计,建立基于灵敏度分析的附加目标函数的可靠性稳健优化设计模型,并用MATLAB语言工具箱和优化工具箱实现参数求解,可迅速、准确地获得容器可靠性稳健设计信息.结果表明该方法简便易行,为提高和稳定过程设备的可靠性水平提供理论依据和应用参考.     

机械零件的可靠性优化设计

在分析传统设计方法与可靠性设计方法在设计思想、设计原理上的区别的基础上,将可靠性设计与优化设计结合起来,对机械零件的可靠性优化设计方法进行研究。在满足可靠度约束及结构几何约束的条件下,以机械零件具体情况最小作为优化目标函数进行可靠性优化设计,得到了比常规设计更为合理的设计结果。     

基于投资-效益准则的结构目标性能水平

投资-效益准则作为基于性能的抗震设计的一个基本原则,反映了现代结构抗震设计思想的一个重要转变,即从以往只注重结构安全,向全面注重结构的性能、安全及经济等诸多方面发展.讨论了结构目标性能水平的合理描述;根据投资-效益准则,提出了基于结构层间变形失效模式的目标可靠度优化决策模型,并介绍了最优结构设计强度和最优设防烈度;最后讨论了上述3种目标性能水平的特点,得出结构寿命周期总费用评估是3种目标性能水平优化决策中均需解决的问题,而且最优可靠度强调结构个性,最优设防烈度是强调结构共性的结论.     

基于遗传算法的层合板结构的可靠性优化设计

采用遗传算法分析了存在初始缺陷的复合材料层合板的可靠性优化问题．优化设计时，以层合板结构的厚度最小为目标函数，以可靠度要求为约束条件．在可靠度分析中，取初始缺陷、强度参数、单元层的厚度为随机变量，采用一阶矩法和Tsai-Wu准则分析每个单元层的失效概率，系统失效概率的计算基于串联系统假定．通过比较遗传算法与序列二次规划法的计算结果，证实了遗传算法用于可靠性优化设计的有效性．     

钢筋砼框架结构的可靠性优化设计研究

提出了一种融结构可靠性分析与结构优化设计于一体的钢筋砼框架结构的可靠性优化设计方法。利用优化技术对传统的概率网络估算技术（PNET）进行改进,通过考虑代表机构之间的相关性,使寻找代表机构和计算结构体系失效概率的方法得到了简化。在分部优化策略的基础上,导出了钢筋砼梁、柱结构可靠性的约束公式,建立了钢筋砼框架结构基于可靠性优化设计的。设计计算结果表明,这种方法实现了结构设计的安全性和经济性的平衡,不仅适用于钢筋砼框架结构,而且还可用于其他钢筋砼结构。     

基于混合离散复合形法的工程优化设计

针对工程中大量存在的设计变量为离散型和连续型的混合离散变量优化设计问题,提出了连续变量及非均匀离散变量的均匀离散化处理方法,并借鉴离散变量的搜索优化法,在连续变量的复合形法基础上,探讨了一种求解有约束非线性混合离散变量的优化设计问题的方法———混合离散复合形法。算例表明,混合离散复合形法可用于工程结构优化设计中,其结果不需圆整,解题可靠性和效率大大提高。     

基于PSO算法的复合材料层合板可靠性优化设计

采用粒子群算法(PSO)分析了存在初始缺陷的复合材料层合板的可靠性优化问题.在层合板结构总厚度一定的情况下,以系统可靠度最大为目标函数,对复合材料的纤维方向角和相对厚度进行优化设计.单层板失效与否应用Tsai-Wu准则判断,采用一次二阶矩法(FORM)计算和评价失效概率.通过具体算例及借鉴遗传算法中的在线性能和离线性能评估准则,对粒子群算法的收敛性能进行评估,结果表明:与遗传算法相比,该方法具有操作简单、计算效率高等特点,对复合材料层合结构的可靠性优化设计十分有效.     

工字型截面构件的船体板架结构可靠性优化

利用有限元方法进行结构分析,建立失效模式的安全余量方程,失效模式的可靠性指标由一次二阶矩法确定,由分枝限界法识别主要失效模式,结构系统和主要失效模式的可靠性指标之间的关系通过ＰＮＥＴ法（概率网络估算法）确定,并依此导出系统可靠性指标相对设计变量的导数。结构的可靠性优化,通过考虑具有工字型截面梁元的稳定性,将设计变量减少一半,降低优化规模,然后,采用最佳矢量法完成两类优化设计：在结构系统可靠性约束下     

大跨越输电塔的结构优化分析

为了研究和解决大跨越输电塔的优化设计问题,以结构截面、根开和腰部尺寸为设计变量,以结构质量为经济性优化目标,以结构各构件应力比差的平方和为等强度优化目标,提出了经济性等强度优化设计方案,建立了优化目标函数,并采用APDL语言编制了相应的优化程序,利用基于共轭梯度法的一阶优化算法对优化目标函数进行了求解.优化计算结果表明,经济性优化设计方案侧重于节省钢材,等强度优化设计方案则侧重于结构的等可靠性,而经济性等强度优化设计方案既可以满足工程的经济性要求,又可以适当提高结构的整体安全性.     

钢筋砼框架结构的系统可靠性优化设计

推导了钢筋砼结构可靠性优化设计所需的约束条件和目标函数，并建议通过求主要破坏机构来计算结构系统的可靠度，在采用分部优化策略的基础上，实现了结构系统可靠性分析与结构优化设计的有机结合，并将该方法和确定变量的现行设计方法进行了比较，指出了钢筋砼框架结构的系统可靠性优化设计的优点，为工程设计和修订规范提供了理论依据。