基于随机载荷和强度退化的可靠性灵敏度分析

针对随机载荷和强度退化所引起的动态可靠性问题,将载荷和强度同时考虑成随机过程,利用顺序统计理论得出最大等效载荷,利用Gamma过程来描述机械零件的强度退化过程,并对零件进行动态可靠性建模.在此基础上,运用随机摄动理论和四阶矩技术给出了动态可靠性灵敏度的求解公式,解决了参数服从任意分布的灵敏度求解问题.以零件螺栓为例建立了可靠性动态模型,给出了各参数变量的灵敏度随时间变化的动态曲线,并用Monte Carlo方法进行了验证,结果表明所建立的模型能准确反映出机械零件的可靠性随使用时间的变化规律.     

轧机主传动万向接轴随机疲劳设计

万向接轴是轧机主传动系统的关键部件,具有结构复杂、工作时承受随机冲击扭矩等特点.在分析轧机主传动万向接轴受力特点的基础上,提出应以轧机冲击扭矩载荷谱作为主传动万向接轴的疲劳设计载荷;计及低于疲劳极限的应力循环对裂纹发展的影响,采用修正后的材料p-S-N曲线并运用累积损伤理论对万向接轴进行随机疲劳设计和寿命预测.提出的轧机主传动万向接轴随机疲劳设计方法同样适合于具有同类载荷特征机械零件或结构的疲劳设计.     

条件可靠度等效寿命法及其应用

统计分析了桥式起重机大车运行机构的动载荷,获得了其扭矩概率密度函数的分布形式.本文将多级定常幅值载荷下的“条件可靠度等效寿命法”推广至随机载荷下机械零件的寿命可靠度分析,编制了相应的计算程序,并将其用于桥式起重机大车运行机构减速器输出轴的疲劳寿命可靠度计算.结果表明,本方法用于工程计算是可行的,其程序可用于一般机械零件的分析.     

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.     

机械零件随机疲劳的等效寿命蒙特卡洛法

机械零件在随机载荷作用下产生疲劳失效。本文建立随机疲劳失效的多维概率模型。论述推导机械零件疲劳失效分布的随机模拟公式。用等效寿命蒙特卡洛法在计算机上进行模拟统计和可靠性分析 ,加快收敛速度 ,提高实验精度。并结合实例 ,计算出轴类零件随机疲劳极限应力的可靠度 ,证明了此方法是可行的。     

基于随机有限元方法的机械结构可靠性评估

采用随机有限元方法研究复杂载荷条件下某机械结构组件的可靠性特性.考虑工作状态和运输状态,获取组件的载荷特性及其计算模型;利用Ansys软件建立组件有限元分析模型,分析不同工况下组件的静力学和动力学特性,包括应力应变、固有频率、振型、风载静响应以及随机振动响应分析等.基于拉丁超立方抽样的蒙特卡洛方法,将载荷和材料的屈服强度作为随机输入变量,利用随机有限元模型评估风载和路面载荷交互作用下组件的可靠度.在此基础上,分析影响结构可靠性的灵敏度参数.结果表明,该方法能够有效地评估动态工作环境下结构件的可靠性特性,为此类系统的可靠性设计提供理论依据.     

采煤机截割部扭矩轴的动态可靠性分析

考虑结构和材料等随机参数对零件动态可靠性的影响,避免轴系产生共振,利用Workbench软件建立扭矩轴参数化有限元模型.用模态分析法求解前六阶固有频率和临界转速,并与传递矩阵法比较,证明了结构和转速设计的合理性.结合谐响应分析,说明共振失效应考虑一阶固有频率.通过响应面设计和拉丁超立方抽样法完成对扭矩轴结构、材料参数的抽样,运用BP神经网络拟合一阶固有频率的功能函数,并求解随机参数的可靠性灵敏度.采用一次二阶矩法(FOSM)计算轴在特定转速下的可靠度,并用Monte-Carlo模拟法(MCS)进行了验证,说明转速设计较为可靠.通过灵敏度分析,明确了对扭矩轴动态可靠性影响最大的因素,为轴的稳健优化设计奠定基础.     

采用等效载荷的装甲车辆扭力轴疲劳可靠性评估

为了评估扭力轴在随机载荷作用下的动态疲劳可靠性,提出了一种基于疲劳可靠性异量纲干涉模型的扭力轴动态疲劳可靠性评估方法。将实测扭力轴载荷频次谱进行分布拟合,生成随机载荷历程,利用雨流计数法获得载荷幅值、均值和循环次数,经平均应力修正后统计极值载荷分布,构建等效输入应力谱,避免了多次载荷等效的统计分析;基于材料P-S-N曲线,应用样本集聚原理建立疲劳寿命概率分布连续模型,实现变幅应力疲劳寿命的连续表达。对某扭力轴疲劳可靠度的分析结果表明:在寿命为15×104 km时,计算的扭力轴疲劳可靠度与文献方法计算结果相对误差小于2%,扭力轴疲劳可靠度的50次和10 000次仿真结果的变异系数均小于1%。     

疲劳剩余寿命分布的当量关系及可靠性计算方法

通过大量试验分析了两级载荷作用下疲劳寿命分布参数的变化规律,研究了非恒幅循环载荷下的疲劳强度可靠性问题的特点及计算方法,通过对疲劳过程中剩余寿命分布规律的分析和研究,针对程序载荷作用下疲劳过程的物理本质,提出了一个以载荷循环数一疲劳寿命干涉模型为基础,以“损伤等效原则”计算不同载荷水平之间的当量循环次数,并充分考虑不同载荷历史下剩余寿命分布参数的变化的疲劳可靠性计算方法。     

随机载荷下风电叶片疲劳寿命及可靠性试验评估

为对随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命及可靠性进行预测与评估,首先基于Miner累积损伤理论及全概率公式,推导出随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命预测模型;然后根据寿命等效原则(即随机载荷下的疲劳寿命与恒幅载荷下的疲劳寿命相等)提出了随机载荷下风电叶片疲劳可靠性评估的等效应力试验法;最后通过风电叶片复合材料的疲劳试验数据对本文方法的有效性进行验证.结果表明:本文方法能够有效预测与评估风电叶片复合材料的疲劳寿命及可靠性,为随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命预测及可靠性试验评估提供理论依据.     

零均值随机变幅载荷作用下零件疲劳可靠度尺寸的计算方法

本文根据现有的疲劳理论,提出了进行零均值随机变幅载荷作用下零件疲劳可靠度尺寸的计算方法。这个计算方法同时也适用于零均值随机变幅应力下,零件给定可靠度时的寿命计算及给定工作寿命时的可靠度计算。计算过程简单,适合于工程应用。     

管桩预应力自动张拉机张拉部件的优化设计与疲劳寿命分析

针对现有管桩预应力张拉机的张拉部件因疲劳强度不足而引起断裂问题,设计了合抱式张拉部件,并结合实际生产工况进行了疲劳寿命分析和结构优化。以提高系统的响应速度为目标对张拉部件进行了轻量化的结构优化设计;考虑到其受到的变幅载荷是随机的,得到的疲劳寿命具有较大的离散性,且在前期优化设计中变幅载荷曲线难以准确获取,故对张拉部件进行了寿命预测和疲劳强度评估,将变幅载荷转化为峰值的恒幅载荷条件分析了其疲劳寿命。通过结合改善变截面处应力集中等方法,结果表明：重量减轻了3.5%,疲劳寿命提升了15.5%。本研究对优化设计方案的疲劳寿命预测与评估有工程实用价值,可为张拉机的设计与工程化提供参考。     

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.     

基于疲劳强度分布的复合材料疲劳验证载荷放大系数

传统的载荷放大系数(LFE)法是在复合材料静强度和疲劳寿命的Weibull分布基础上推导得出的。为了保证复合材料疲劳试验验证的可靠性和疲劳载荷放大系数的分散性较小,利用疲劳可靠性理论,提出一种基于复合材料疲劳强度和疲劳寿命Weibull分布的载荷系数法——疲劳强度载荷放大系数(FLEF)法。将LEF和FLEF方法应用于疲劳试验数据分析,结果表明:在无批量数据的前提下,采用LEF法获得的疲劳载荷放大系数无法保证复合材料疲劳试验验证的可靠性,FLEF法确定的载荷系数具有更小的分散性,更高的可靠性。可见,与LEF法相比,FLEF法在理论和实践上更适合复合材料疲劳试验载荷放大系数的确定。     

异步永磁耦合器轴偏心传动特性

耦合器在其使用安装中都不可避免的存在轴对中误差,因此产生的附加载荷会对邻近零部件如轴承、密封等使用寿命造成不良影响,使机械系统产生振动．为了研究异步永磁耦合器的轴偏心传动特点,通过模拟其磁转矩的产生,证明了耦合器输出转矩是一力偶系作用的结果;阐释了该耦合器在轴对中存在偏差时无附加载荷的传动机理．该耦合器特别适合于大惯量、高转速机械设备的连接．     

基于低载强化的轮边减速系统耐久性试验研究

基于上海市标准道路循环工况,外推轮边减速系统关键部件载荷谱.根据材料低载强化特性确定减速系统磨合试验规范.基于Miner线性累积损伤理论,制定了电驱动系统耐久性试验规范,预估了减速系统耐久性里程.实施了耐久性台架试验,试验结果表明:样机满足设计的耐久性里程要求,齿轮的弯曲疲劳强度具有足够的可靠性储备,具有一定的轻量化空间.在保证可靠性、耐久性的前提下,该方法为汽车关键零部件的轻量化提供参考.     

考虑服役年龄的零件强度-应力可靠性动态建模与仿真

基于强度-应力干涉理论设计的零件,通常由于没有考虑服役时间导致零件疲劳失效.这种静可靠度设计不能正确反应零件在服役过程中可靠度的变化,印使设计一定的安全裕度也往往在服役过程中由于可靠性不满足要求而导致零件失效.充分考虑服役年龄对机械零件强度分布的影响,建立零件强度-应力可靠度动态模型,探讨疲劳失效对零件可靠度的变化;通...     

东风-12型旋耕机刀轴疲劳寿命分析

讨论了构件在复杂载荷作用下其疲劳寿命的估算问题和根据线性累积损伤理论 ,通过引入当量载荷推导出构件在弯扭载荷作用下的疲劳寿命估算式 ,并利用刀轴弯扭载荷谱估算了刀轴的疲劳寿命 ,为刀轴的改进设计提供了理论依据。     

基于Gamma退化过程的机械零部件可靠性灵敏度方法

采用随机变量描述初始强度的不确定性，利用Gamma过程描述强度退化过程.在此基础上，运用摄动法、四阶矩法和Edgeworth级数方法，解决了随机参数服从任意分布的可靠度计算问题.基于矩阵微分方法，推导出关于随机变量均值和方差的可靠性灵敏度的计算公式.以螺栓为例对所提方法进行验证，结果表明该方法可有效地解决机械零部件强度退化时的可靠性灵敏度问题.