基于灵敏度附加项的多目标可靠性稳健优化设计

以实现多目标优化问题的可靠性稳健优化设计为目标,基于可靠性设计的随机摄动法建立可靠度约束条件,通过对目标函数和约束条件进行灵敏度分析,生成目标函数和约束函数的灵敏度附加项,建立了两种基于灵敏度附加目标函数的可靠性稳健优化设计模型;应用Matlab7.1语言的优化和符号工具箱实现机械零件的稳健设计.算例表明,本文提出的可靠性稳健优化设计方法具有较高的精度和可靠度,为机械零件的可靠性设计提供了理论依据.     

基于可靠性的柔顺微夹持机构几何非线性拓扑优化

为减少因制造过程中的不确定性因素而导致的机构性能下降现象,文中给出了一种基于可靠性的柔顺机构几何非线性拓扑优化设计方法.首先,建立增量形式的平衡方程,采用Total-Lagrange描述方法和Newton-Raphson载荷增量求解技术获得几何非线性的结构响应.其次,考虑几何尺寸及作用荷载大小的不确定性,建立柔顺机构多目标拓扑优化数学模型.目标函数以平均柔度最小和几何增益最大来满足机构的刚度和柔度需求;可靠度的概率约束采用一次可靠度方法计算;目标函数灵敏度分析采用伴随求解技术;拓扑优化采用固体各向同性材料插值方法,并用移动渐近方法进行迭代求解.最后,以柔顺微夹钳的可靠性拓扑优化为例进行研究,发现基于可靠性的拓扑优化所得机构比确定性拓扑优化所得机构更合理,说明文中所提方法是正确和有效的.     

平面轨迹机构多目标的运动精度可靠性评价

提出了一种多尺寸概率综合法,对考虑构件杆长公差和运动副间隙的平面轨迹机构进行了运动学设计.构建轨迹点运动误差的概率模型,以运动精度最大失效概率最小化为目标,将可靠性和运动无缺陷作为性能概率约束,建立了机构运动精度可靠性概率优化设计数学模型,并验证了模型的有效性.在满足给定运动输入输出关系的前提下,优化出了各配合方案的最优杆长及允差等设计参数.根据铰点配合方案及优化获得的杆长尺寸公差均值,得到了不同铰点配合间隙对机构运动精度可靠度的影响程度;结合预估制造成本,进行方案综合评价.研究结果表明铰点B,C,A和D的配合间隙对机构运动精度可靠度的影响程度依次增大.兼顾成本和可靠度,给出了最优设计方案.     

基于可靠性稳健优化设计的齿轮轮齿修形量

在可靠性高阶矩理论基础上,将优化设计、灵敏度设计与稳健设计相融合,建立了圆柱齿轮传动的齿轮修形参数可靠性稳健设计模型,提出了一种以修形参数为设计变量,以修形参数的灵敏度和齿轮质量为目标函数的圆柱齿轮优化修形方法.从可靠性稳健设计角度解决了齿轮修形参数确定方法的问题.研究了轮齿修形参数的改变对齿轮传动可靠度的影响,通过计算机程序进行验证并获得了理想的数值计算结果.数值算例表明所提出的方法是一种非常方便和实用的改善轮齿修形量的方法,为确定齿轮轮齿最佳修形量提供了一种理论依据.     

基于贝叶斯网络的MEMS安全系统可靠性分析

随着MEMS技术的不断发展,对于引信中MEMS安全系统的可靠性提出了更高要求.为了解决目前MEMS安全可靠性分析中存在着各机构可靠度数据不全面,主要依赖于大量实验或专家经验的现状,对MEMS安全系统的失效状况进行分析,构建了MEMS安全系统的故障树,并计算了各重点机构的可靠度功能函数.以此为基础,提出了一种将故障树与贝叶斯网络进行转化的可靠性分析方法.同时针对各失效机理进行了概率重要度和结构重要度计算,从可靠性重要度角度提出了MEMS安全系统设计中的重点优化机构,并进行了计算实例分析.借助于MEMS加工工艺,实现了MEMS安全系统的加工,通过可靠性测试实验,证明了本方法计算的快速准确性.      

齿轮系统随机振动及其传动误差的可靠性及灵敏度分析

基于齿轮动力学模型建立了齿轮传动系统耦合振动的可靠性模型,解决了齿轮耦合振动的可靠性分析和可靠性灵敏度分析的问题.将齿轮系统的非线性动力响应与可靠性技术相结合,利用四阶矩技术、Edgeworth级数方法对齿轮振动的振幅响应和系统传递误差进行了可靠性分析,并基于失效模式相互独立分析了系统的可靠度.在可靠度分析基础上求解了可靠度对随机参数均值与方差的灵敏度.所述方法可有效地解决齿轮系统的振动可靠性问题,并可指导其结构的优化设计,以减少因振动引起的齿轮系统传动的不稳定性问题.     

动作可靠性分析评价方法

机构动作失效形式多,各失效之间存在相关性,同时,基于数值计算法很难进行系统动作可靠性的分析计算.为解决这一问题,利用动作可靠性仿真数据获得各失效参数之间的相关系数,并给出了联合密度法、界限法和条件概率法求解系统可靠度的公式,进行了机构动作可靠性的综合评价.所提方法较之独立假设条件下的系统可靠度计算结果,更接近实际.     

基于蒙特卡洛方法的滚珠丝杠副运动可靠性分析

对滚珠丝杠副的可靠性分析有利于提高机床的传动精度.用赫兹空间接触理论对滚珠丝杠副的接触变形进行分析,得到了滚珠丝杠副的接触变形量函数.在无法预先确定变形量函数分布类型的条件下,用蒙特卡洛数字仿真方法,实现了滚珠丝杠副运动可靠性分析.用MATLAB生成随机数,并对各参数进行随机抽样,得到滚珠丝杠副的运动误差和运动可靠度值,并得到丝杠各加工尺寸参数精度等级与可靠度的关系曲线.对加工工艺与尺寸误差等因素对滚珠丝杠副运动可靠性的影响作出评价.     

整体式转向机构的时变可靠性分析与综合

转向梯形机构的运动精度直接影响到汽车的转向性能。考虑转向机构中存在的不确定性因素,采用机构运动时变可靠性理论对整体式转向机构进行运动分析与综合,提出一种考虑不确定性因素影响下高精度真实转向机构的设计方法。在机构运动分析的基础上,建立了考虑机构构件尺寸为随机性变量的机构运动误差概率模型,推导了转向机构运动时变可靠度分析的解析模型,并由此建立了机构时变可靠度概念下的可靠性综合模型。最后给出数值实例验证了基于机构时变运动可靠性优化综合方法的有效性和稳健性。     

175FM发动机配气机构的可靠性仿真分析

开展机构可靠性研究必须综合地运用机构运动学、机构动力学、摩擦磨损原理及可靠性工程等学科的最新成果。本文是将概率仿真分析与机构运动学、动力学微分方程相结合，通过对影响机构可靠性的基本变量离散化，运用概率仿真的方法，最终得出准确的可靠度指标。从而影响到对产品的设计，达到对产品优化的目的。     

采煤机牵引部可靠性灵敏度分析及优化设计

以MG300/700-WD牵引部传动系统为例,考虑了系统非线性侧隙和时变啮合刚度,建立了传动系统的动力学模型.基于高阶随机响应面方法,构建了牵引部参数与系统最大接触应力的显式关系,并计算了系统参数的可靠性灵敏度.建立了牵引部传动系统最佳可靠性与最小占用空间的优化模型,并分析了优化模型的可靠性灵敏度.结果表明:牵引部传动系统第二级行星轮的参数对于系统可靠性影响较大,太阳轮参数较行星轮参数灵敏.优化模型可以提高牵引部系统的可靠性,在高结构强度区域降低了参数的可靠性灵敏度.     

考虑失效模式相关性的机械系统可靠性分析

考虑失效模式相关性对机械系统可靠性的影响,提出了一种基于FORM(first order reliability methods)近似的系统可靠性分析方法及其实施流程.采用FORM计算系统各失效模式的可靠度和灵敏度,在此基础上,获得用于衡量失效模式相关性的相关系数矩阵.将系统可靠性模型求解转化为多维正态积分计算,进而采用高效的近似方法获得系统可靠度.给出失效模式灵敏度和随机变量灵敏度的定义及其相应的计算方法.算例结果表明:该方法能够获得较为准确的系统可靠度,且具有较高的计算效率,能够有效识别关键失效模式和随机影响因素.     

机械可靠性的灵敏度

基于应力———强度干涉模型,研究了机械可靠性的灵敏度。通过对设计参数求偏导数的方法,得到可靠性的灵敏度计算公式。给出了多种失效模式可靠性的灵敏度计算方法。以轴为实例,计算了可靠性的灵敏度。机械可靠性设计应该进行灵敏度分析,灵敏度大小做为再设计时,修改设计参数的依据。不进行灵敏度分析的机械可靠性设计是盲目的。     

“渐开面包络环面蜗杆付(TI型)”的初步研究

本文扼要阐明了“渐开面包络环面蜗杆付”的加工原理。并以矢量及微分几何为工具,阐述了这种蜗杆的啮合理论和计算公式。可为传动结构的设计、制造和啮合质量分析提供一定的基础理论知识。     

复合材料加筋板多失效模式可靠性分析

复合材料加筋板在轴向压缩的曲屈过程中,存在多种失效模式,对整体的可靠度有不同影响.本研究利用ABAQUS软件,建立由shell-solid单元组合的复合材料加筋板渐进失效模型,并基于Quads和Hanish失效判据,用Cohesive单元来模拟胶层,通过对模型轴向加位移的弯曲情况,确定刚心位置后,进行轴向加载仿真实验.通过有限元模拟方法,用均次一值二矩法计算可靠度,分析曲屈失效过程,影响可靠度的主要因素为静力.通过灵敏度分析,归一化计算,得到材料不同弹性模量对复合材料加筋板模型的基体失效、纤维失效、界面层失效和静力失效的贡献率.由失效判断指标可知,纤维失效是造成复合材料加筋板结构整体失效的主要因素,由灵敏度分析结果可知是影响基体失效、纤维失效、界面层失效的主要因素.     

微加速度计多失效模式可靠性分析

以梳齿式电容微加速度计为研究对象,开展考虑刚度失效、黏附失效等多个失效模式共同作用下的可靠性分析。首先,建立表征各失效模式的数学模型;并利用结构可靠度方法进行各失效模式的可靠性分析。然后,进行各失效模式的相关性分析,获得相关系数矩阵。最后,以各失效模式可靠性结果和相关系数矩阵为输入,建立微加速度计多失效模式可靠性分析模型;并进行相应的可靠性分析。一方面给出了微加速度计的可靠度,用于判别微加速计是否满足可靠度要求;另一方面给出了微加速度计各失效模式和各随机变量的量化的重要度排序,用于确定具有针对性的可靠性提高措施。     

基于可靠度的输电塔抗风优化研究

提出一种基于可靠度约束的输电塔实用抗风优化设计方法.首先,识别出体系的失效模式并找出关键杆件同时提取各失效模式对应的安全余量方程,计算各失效模式的可靠指标.然后,对可靠度不满足的失效模式通过加强关键杆件的方法进行优化.最后,对各失效模式进行综合求出体系可靠指标,若体系可靠度满足要求则优化结束,若体系可靠度不满足则通过优化最小可靠指标的失效模式来提高体系可靠度直到满足为止.编制程序对塔架进行了若干个风速的优化,分析结果表明:1)在完整失效路径上存在关键的破坏杆件,对关键杆件进行优化可以有效地提高体系可靠度;2)这是一种直接消除结构薄弱点的优化,优化效果好;3)随优化风速的增大,优化的效率将变低;4)方法计算简单,结果合理.