基于区间模型的飞机复合材料翼肋腹板稳健可靠性分析

该文开展了复合材料翼肋腹板稳健可靠性分析.首先,建立复合材料翼肋腹板的有限元分析模型,通过确定性分析发现翼肋腹板最危险部位.其次,以应力-强度干涉理论建立翼肋腹板强度失效的稳健可靠性模型,给出结构不确定性参数基于区间的描述形式,采用稳健可靠性指标来度量结构的安全程度,通过迭代二次响应面法获得结构的极限状态方程,并结合Monte Carlo法来求解稳健可靠性指标,分析结果对翼肋腹板的设计有指导意义.     

受载复合材料角片弯角区域应力分布特征分析

为了分析受载复合材料角片在弯角区域的应力分布特征,建立了受载复合材料弯角的有限元模型.通过对一组复合材料弯角结构进行准静态拉伸试验,并通过对比载荷-位移曲线、载荷-应变曲线、失效模式和失效位置等力学响应,验证了有限元模型的正确性.应用所建模型,分析了复合材料角片弯角区域沿轴向、径向和宽度方向的应力分布特征,以及角片厚度对弯角区域应力分布特征的影响.结果发现:受载复合材料角片的主要失效模式是弯角区域分层,受载时材料内部面外剪应力相对较低,分层主要受面外正应力影响;对于所分析的14层复合材料角片,分层起始位置沿径向比较靠近内部圆角处、沿周向位于29°处、沿宽度方向位于中面处;随角片厚度的增加,其承载能力提高;角片越厚,在厚度方向上分层起始位置从绝对距离上说越远离内角,但是此分层起始位置至内角的距离与板厚的比值越小;角片越厚,其分层起始位置越靠近加载端.     

基于竞争失效的集成电路寿命研究

基于电路板互连可靠性分析技术,提出了集成电路的寿命仿真分析流程。首先运用ANSYS软件对PCB电路板组件在典型电子装备环境试验条件下的温度应力与随机振动响应进行分析;其次采用CALCE-PWA软件分别建立热与振动故障预计模型,从热仿真、振动仿真结果中导入模型所需应力参数进行集成电路的寿命仿真分析;最后基于竞争失效机制,确定集成电路失效状态与计算结果。结果表明该集成电路为热失效,失效循环数为260 089。其寿命仿真分析方法与计算结果具有一定的参考价值,并为集成电路的可靠性评估提供一定依据。     

一种自适应PC-Kriging模型的结构可靠性分析方法

为提高小失效概率及耗时的复杂结构可靠性评估精度和效率,提出了一种基于PC-Kriging(polynomial-chaos-based Kriging)模型与自适应k-means聚类分析相结合的结构可靠性分析方法.PC-Kriging的回归基函数采用稀疏多项式最优截断集合来近似数值模型全局行为,并用Kriging来处理模型输出的局部变化.在基函数的建立上,PC-Kriging采用最小角回归(LAR)计算功能函数可能的多项式基函数集的数量,同时用Akaike信息准则(AIC)来确定最优多项式形式.自适应k-means聚类分析确保每次迭代添加若干个对失效概率贡献较大的样本点.通过两个数值算例分析,结果表明所提出方法在能够保证失效概率估计值的有效性和准确性的同时减小结构功能函数的评估次数.     

基于蒙特卡罗模拟的CFRP缠绕压力容器可靠性分析

对具有多维基本随机变量的碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)缠绕压力容器提出一种可靠性分析方法.选取CFRP单向板弹性常数、基本强度、纤维缠绕角和压力容器纵环向层壁厚作为基本设计变量,制备CFRP单向板试件和CFRP缠绕压力容器,并通过大量试验获得各变量的概率统计分布.根据经典层合壳体理论和Tsai-Wu失效准则对CFRP缠绕压力容器进行结构失效演变及应力分析,基于可靠性分析的极限状态方程,完成压力容器失效载荷与失效概率分布以及重要随机变量对失效概率分布影响规律的数值模拟.模拟结果与试验结果基本符合,验证了本文分析方法的准确性.     

数控电路板性能退化分析及可靠性统计推断研究

针对长寿命产品很难通过寿命试验和加速寿命试验获得充足的失效寿命数据的情况,以某型号的国产数控用印制电路板为试验对象,在高温高湿条件下开展了偏置电压性能退化试验.通过探讨其主要的故障模式和失效机理,建立了数控用电路板的电压应力退化失效模型,然后在对性能退化数据的统计分析研究的基础上,提出了基于退化轨迹的可靠性评估方法,并对高可靠性长寿命的数控用印制电路板进行了可靠性统计推断.最后给出了威布尔分布下的可靠性统计推断结果,验证了方法的正确性和有效性.     

小失效概率和多失效模式相关的结构可靠性分析方法

本文针对结构可靠性问题中普遍存在的小失效概率和多种失效模式的情形,提出一种联合多维响应高斯过程模型(Multiple Response Gaussian Process,MRGP)和子集模拟(Subset Simulation,SS)的结构可靠性分析新方法MRGP-SS.针对结构功能函数难以获取显式表达式及多种失效模式之间可能存在相关性的问题,采用MRGP模型构建多失效模式下功能函数的代理模型,并结合主动学习策略,对代理模型进行更新迭代,直至满足一定精度条件.针对小失效概率导致构建功能函数代理模型效率低的问题,采用SS方法来评估结构的失效概率,从而获得更小的变异系数,以提升MRGP构建代理模型的效率.将提出的MRGP-SS方法应用到案例分析中,并结合蒙特卡洛仿真,验证了本文方法的有效性.     

整体叶盘结构模态特性分析及应力分布规律

为了研究整体叶盘结构的模态特性及应力分布规律,基于有限元分析方法建立了整体叶盘结构有限元仿真模型,对自由状态及离心力载荷下的整体叶盘进行模态及振动特性分析;并探究实心与空心整体叶盘的应力分布差异及不同叶片间隙的整体叶盘应力分布规律。为了验证仿真结果的准确性,基于多点激励单点响应方法开展了整体叶盘结构模型的模态试验,并在多功能转子实验台上开展不同转速下应力测试试验。结果表明,该结构模态频率的仿真结果与试验测试结果误差在4%以内,验证了所建立的有限元仿真模型的正确性;应力测试试验验证了其不同转速下的应力分布规律;离心力载荷对整体叶盘二节径振动下固有频率影响最为显著;空心叶盘较实心叶盘应力集中现象更为突出,且叶片根部应力值会随着叶片间隙的增大而有明显提高。     

竞争失效场合恒定应力加速退化试验统计分析

为了解决恒定应力加速退化试验中突发与退化同时存在的竞争失效可靠性评估问题,针对产品的退化过程,采用退化量分布函数进行刻画,弥补伪失效寿命建模方法的缺陷.同时考虑到突发失效与性能退化和应力水平的相关性,提出基于比例危险的突发失效模型,并用线性回归和极大似然估计(MLE)模型中的参数,实现对竞争失效场合恒定应力加速退化问题的建模分析.最后应用算例验证该方法的有效性.     

基于竞争失效的数控系统PCB性能退化可靠性建模技术

为全面、客观、准确地评估数控系统PCB在外部环境应力和内部线路结构作用下的可靠性水平,验证其是否满足数控系统可靠性设计的要求及其在实际工作环境中能否支持系统可靠的工作,以数控系统PCB为研究对象,从可靠性分析与评估中的核心和关键问题出发,在综述PCB失效机理和退化失效分析的基础上,提出了一种基于多失效机理竞争的数控系统PCB可靠性统计模型的构建思路,结合不同失效机理下的数控系统PCB可靠性分析模型,分析失效机理间的相关性,并通过试验数据量化各失效机理在竞争失效模型中的权重,最终建立数控系统PCB竞争失效可靠性模型,为准确地分析和预测数控系统PCB的可靠性提供了方法和途径。     

高性能航空复合材料低速冲击损伤分析

针对复合材料层合板冲击损伤模拟问题,基于各向异性材料连续介质损伤力学分析法,采用基于应变描述的失效判据来判断损伤,引入材料损伤状态变量对复合材料损伤情况进行描述;并考虑材料的剪切非线性,建立了复合材料层合板在低速冲击作用下的3D非线性连续损伤有限元模型。通过编写VUMAT材料用户子程序可以实现层内各类损伤的判断和演化。使用界面单元模拟层间区域,结合传统的应力失效判据和断裂力学中的能量释放率准则来判断分层损伤的起始和演化规律。为了更准确模拟试验中层合板的动态响应,有限元模型较为真实地反映了实际的试验条件。有限元模拟结果与试验结果吻合较好,证明了基于该方法建立的有限元模型的有效性。     

不锈钢焊接箱形截面短柱轴压局部稳定性能

设计并加工了7个奥氏体型S30408和6个双相型S22253不锈钢焊接箱形截面短柱试件,通过压缩材性试验得出了2种不锈钢板材的力学性能指标,同时量测了试件的几何初始缺陷和焊接残余应力分布形态.此外,在两端固接的约束条件下开展短柱轴压试验,得到了试件的局部稳定承载力和屈曲失效形态.试验结果表明,随着板件宽厚比的增大,其局部稳定承载力逐渐降低.采用ABAQUS建立考虑材料非线性和各向异性、几何初始缺陷和焊接残余应力的有限元模型,对短柱轴压局部稳定性能进行了数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的准确性和可靠性.得到的短柱试验结果和建立的有限元模型可以为焊接不锈钢构件稳定性能的研究提供参考.     

复合材料加筋壁板的抗冰雹冲击动力响应及损伤预测

为了解复合材料加筋结构受到冰雹冲击后的损伤特性,基于软件Abaqus建立了复合材料加筋结构的有限元模型,采用光滑粒子法模拟了冰雹撞击的过程,分析了冲击位置、冲击能量及冲击入射角对复合材料加筋壁板冲击动力响应的影响,探讨了面板与筋条的分层和面板的损伤情况,通过对比数值模拟与试验结果验证了文中所建有限元模型的准确性.在各种损伤形式中,基体的拉伸损伤和面板与筋条的分层损伤最为显著;冲击点为筋条的边缘时,面板与筋条的分层损伤最为严重.     

基于失效物理的风电机组多故障可靠性建模方法

风电机组由于功能结构复杂且工作环境恶劣导致其退化状态呈现多样性特点,失效形式往往是多种故障耦合作用的结果,因此单独采用某一变量的性能退化过程作为评估风电机组寿命及可靠性模型是不全面的。为了更精确反映系统内部和外部性能指标的相关性,提出了一种基于失效物理的风电机组多故障可靠性建模方法。首先分析了风电机组多应力耦合下的工作环境和故障特性,通过基于失效物理的可靠性仿真分析方法获得寿命分布函数,并将其作为边缘分布函数;其次在考虑故障模式相关性时,引入两阶段估计法对Copula函数的模型进行参数估计。通过对比不同类型Copula函数的秩相关系数和平方欧氏距离,确定最优Copula函数。最后利用Skla定理和逐步分析的思想,建立多故障模式耦合下的简化风电机组可靠性模型。结果表明,考虑可靠性指标相关性时得到的可靠性结果更加合理,同时该方法避免了风电机组寿命预测和可靠性评估的保守估计,具有较好的实用性和可操作性。     

RC框架结构基于构件损伤的抗震性能评估研究

首先根据钢筋混凝土柱的拟静力试验结果,探讨王东升的修正Park-Ang模型的适用性;然后基于构件层次的结构损伤指标为地震需求参数,对钢筋混凝土框架结构进行了基于IDA的易损性分析,并结合基于最大层间位移角的分析结果,探讨了结构基于损伤的抗震性能评估方法的可行性.结果表明:王东升提出的修正Park-Ang模型考虑了加载路径的影响,能较准确地反映首次超越破坏后累积损伤的发展过程,且总体上判别试件损伤状态的准确性相对较高;基于损伤的IDA能较好地反映整体结构及局部的损伤发展过程、结构的失效破坏机制,能准确地判别结构的薄弱环节,但结构损伤指标会产生超出1.0的情况,不能很好地体现损伤指标原始定义的基本含义;相较结构基于最大层间位移角的抗震性能评估结果,基于结构损伤的抗震性能评估方法综合考虑了结构的响应与自身的能力,更全面地评估了结构的性能水准,能预测结构在不同地震强度下各性能状态的失效概率.     

基于多应力综合加速模型的产品可靠性评估方法

提出一种基于多应力综合加速模型的产品可靠性评估方法,主要通过利用加速退化数据或加速寿命数据以及加速模型对产品进行寿命加速模型建模与参数估计,进而进行产品可靠性评估。首先基于加速退化试验数据,外推产品伪寿命数据或基于加速寿命试验获取产品寿命数据;并对寿命数据进行分布拟合优度检验确定寿命最优分布。其次结合工程中常用加速模型,选取合适多应力综合加速模型来描述分布参数与应力水平的关系。采用整体推断方法,将所有寿命数据信息作为整体进行统计分析,给出模型参数的极大似然估计。然后对产品进行可靠性评估以及可靠寿命估计。最终以某型电表为例验证了所提出的方法适用性和有效性。     

纤维增强复合材料机翼长桁压缩破坏预测方法

提出了一种分析和预测在压缩载荷作用下纤维增强复合材料机翼长桁的极限承载能力以及破坏位置的方法,建立了分析其形变和渐进破坏的有限元模型,采用应力描述的二维Hashin失效准则预测材料的初始失效,并提出了一种材料受损后的刚度折减方案;由应力失效和断裂力学中的能量释放率控制材料渐进损伤的演化模式,并以损伤变量的形式表征材料的受损程度;在有限元软件ABAQUS/Standard平台上编写用户材料子程序（UMAT）,运用黏性正则化方法帮助收敛,并将其预测结果与复合材料机翼长桁的压缩实验结果加以对比.结果表明,所得极限承载能力以及破坏位置的预测结果与相应的实验结果较吻合.     

局部系泊失效下的TLP平台鲁棒性评估方法研究

张力腿平台在发生局部系泊失效时可能诱发连续失效进而导致平台整体倾覆.为了研究其抗连续失效的能力,结合张力腿平台在局部系泊失效下的响应特点和结构特点,对其进行鲁棒性评估方法研究.通过在水动力分析软件AQWA中建立张力腿平台模型,分析张力腿平台在局部系泊失效下的响应特点和结构特点.从结构属性、结构性能和运动性能3个方面,分别设置合理的鲁棒性定量评估指标,并通过熵值法对指标赋权从而建立确定性鲁棒性评估指标体系,并据此设置了合理的鲁棒性评估流程.最后运用所提出的鲁棒性评估方法进行实例计算,对规则波作用下的两根不同筋腱失效位置组合的张力腿平台进行鲁棒性评估,以验证本文提出方法的适用性和可行性.结果表明:同一立柱下两根筋腱同时失效的鲁棒性表现最差,而对角线立柱下的两根不同筋腱同时失效的鲁棒性表现相对最优;在迎浪、背浪、边浪浮箱下的两根不同筋腱失效的位置组合中,三者的鲁棒性表现相近,背浪浮箱下的两根筋腱表现略差,边浪浮箱下的两根筋腱略优.     

二维复合材料微结构的力学响应计算

复合材料的力学响应数值计算对于多元多向异质体材料微结构的"性能导向型"设计、材料微结构失效的评估与预测具有重要的意义.利用自主开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出二维复合材料微结构的代表性体积单元,通过C语言、Python脚本混合编程的方式,实现对商业有限元软件ABAQUS前处理的二次开发,使之用于复合材料微结构几何模型的建立、材料属性与晶粒取向的赋值、边界条件的定义以及有限元网格的划分,从而有效地实现二维复合材料微结构的细观应力响应计算.     

三维复合材料微结构的力学响应分析

复合材料的力学响应数值计算对于多元多向异质体材料微结构的"性能导向型"设计、材料微结构失效的评估与预测具有重要的意义.利用自主开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出三维复合材料微结构的代表性体积单元,通过C语言、Python脚本混合编程的方式,实现对商业有限元软件ABAQUS前处理的二次开发,使之用于复合材料微结构几何模型的建立、材料属性与晶粒取向的赋值、边界条件的定义以及有限元网格的划分,从而有效地实现三维复合材料微结构的细观应力响应计算.