多种失效模式相关的机构运动可靠度计算方法

机构运动中必然存在多种相关失效模式,多为影响机构运动的各类随机变量函数.为了在机构运动可靠性分析中有效考虑多种相关失效模式的影响,建立了考虑多种失效模式相关条件下的机构运动可靠度计算模型,并实现了对多种失效模式相关条件下的机构运动可靠度计算模型的求解,为考虑多种相关失效模式下的机构运动可靠性分析提供了一种有效途径.以6408滚动轴承为例,进行100 000抽样计算,考虑失效模式相关条件下运动可靠度为95.998 9%.该方法精度较高,具有一定的理论意义和应用价值.     

共因失效相关同级叶片系统可靠性分析

为了准确地分析航空发动机的可靠性，针对航空发动机失效模式多、相关性复杂的特点，在考虑失效模式相关性的基础上，建立了共因失效相关的结构系统可靠性模型。采用蒙特卡罗法和近似数值分析法对航空发动机同级叶片系统在叶片静强度不足失效、叶片外缘变形碰摩失效及考虑2种失效模式下的可靠度进行了计算分析。分析表明与共因失效相关的可靠性模型相比，传统的不考虑失效模式相关性的可靠性模型使可靠度评估过于保守。近似数值分析法在保持与蒙特卡罗法计算精度相同的情况下，能够大幅提高计算效率。     

航空发动机结构系统的可靠性模型

为使航空发动机可靠性模型误差更小,对航空发动机传统可靠性模型进行误差分析,指出可靠性指标扩张的原因,建立了考虑航空发动机结构系统及其失效力学特征的基于结构系统失效模式的航空发动机可靠性模型,并给出了各层的可靠度计算方法.所建立的基于失效模式的航空发动机结构系统可靠性模型考虑了失效模式的相对独立性、时效性和失效率的时变性,可以避免重要失效模式的遗漏、可靠性指标的过度扩张等问题,具有较强的工程适用价值.      

考虑相关性的同级叶片系统强度可靠度分析方法

提出了考虑相关性的同级叶片系统强度可靠度分析方法.该方法包括同级叶片强度随机变量相关系数的数值模拟方法、同级叶片强度临界状态函数之间相关系数的确定方法.并给出考虑材料相关性的同级叶片系统可靠度计算二阶窄界限公式.讨论了考虑失效相关的同级叶片系统强度可靠度不同计算方法.最后通过算例表明所提出方法的有效性.      

起落架结构系统失效分析方法研究

讨论结构系统失效分析方法。以某机起落架结构系统为例进行可靠性分析,给出了:可靠度函数R(t)、失效概率函数F(t)、失效概率密度函数f(t)和失效率λ(t)曲线,并计算寿命期内的可靠度。     

样本重复使用失效响应曲线分析结构可靠度方法

用基于样本重复使用失效响应曲线逼近法,为充分利用迭代过程中的样本点,提出了样本重复使用的思想,并由此发展出一种结构可靠度的计算方法.利用可靠度指标作为收敛条件,从迭代收敛后的所有样本点中选取靠近失效界线处的样本点构造失效曲线响应函数,最后通过蒙特卡洛抽样的方法计算可靠度.多个算例表明:该响应函数避免了对传统意义上的功能函数响应面的模拟,降低了模型维数,又由于适当地 引入了带交叉项、具有曲线旋转功能的响应函数,因此能够很好地逼近失效曲线,有效地提高可靠度计算精度.      

结构系统疲劳寿命可靠性分析理论与算法

以满足自相容条件的概率型线性累积损伤理论为依据,在阶段临界强度分枝-约界法的基础上,提出了给定外载和使用寿命条件下计算结构系统疲劳寿命可靠度的全局疲劳寿命分枝-约界法。采用此方法可严格确保在一级和多级搜索纵深的条件下不遗漏结构系统的主要失效模式。     

歼击机全动平尾转轴梁的可靠性分析

 本文从整个构件系统着眼,研究某型歼击机全动平尾转轴梁静强度的可靠性。具体采用Ditlevsen Bounds法计算其强度可靠度;用设计点线性化方法计算其扭转位移可靠度;并用Monte-Carlo数值模拟法计算最严重破坏模式的失效概率。     

基于改进发生函数方法的多状态系统可靠性分析

发生函数(UGF)是多状态系统可靠性分析的重要数学手段。通过分解算子,对载荷发生函数进行展开,再结合内积算子和强度发生函数建立考虑共因失效时计算多状态系统可靠度的数学模型。提出了考虑载荷多次作用效应和多种载荷作用时的可靠度计算模型。通过实例研究了共因失效和载荷多次作用效应对多状态系统可靠性的影响。研究表明,共因失效和载荷多次作用效应均对系统及零件可靠度产生影响,而且系统可靠度随着载荷作用次数的增加显著下降。运用本文模型可以直接计算指定载荷作用次数下,存在共因失效时的多状态系统可靠度。     

基于优化Kriging模型和重要抽样法的结构可靠度混合算法

 结构可靠度分析计算通常采用多项式响应面拟合隐式极限状态函数,但对于复杂航空航天机械结构产品极限状态方程往往表现出高度非线性,此时多项式响应面的模拟精度不够就会造成计算不收敛。为了提高结构可靠度计算的精度、效率和收敛性,提出了基于优化Kriging模型和重要抽样法的结构可靠度计算方法。首先,利用人工蜂群算法对Kriging模型的参数进行优化;再用优化后的模型模拟隐式极限状态函数,结合重要抽样法不断修正抽样重心,逐步提高模拟精度以达到给定要求;最后,结合一阶矩法(FORM)/二阶矩法(SORM)经典算法求解结构可靠度。该方法提高了高度非线性隐式极限状态方程可靠度计算的精度和收敛性,并且具有较高的计算效率。     

考虑模糊失效准则的结构疲劳寿命可靠性

 针对常规设计中对功能函数失效状态规定与常识不符这种情况,提出了考虑模糊失效准则的结构疲劳寿命可靠性,将结构寿命视为随机变量,而设计寿命视为模糊变量,研究了设计寿命服从线性L-R分布时的结构疲劳寿命可靠度,给出了随机载荷下结构疲劳寿命概率密度函数的确定方法,并提出了随机变量与模糊变量相组合时的一种新的可靠度数值计算方法,该方法先利用Gauss-Legendre积分将模糊可靠度求解的二次积分转换成一次积分,列出与Legendre多项式零点相对应的阀值,然后在给定的阀值下,将设计寿命转化成普通的截集区间,在截集区间内假定结构疲劳寿命概率密度函数服从均匀分布,利用Monte Carlo模拟得到对应于该阀值的结构疲劳寿命可靠度值。数值结果表明,常规设计下结构的疲劳寿命可靠度偏于危险。     

热障涂层应力与失效机理若干关键问题的研究进展与评述

综述了热障涂层应力数值模拟类研究的现状。在此基础上,总结归纳了数值模拟类研究的三个关键性问题:热生长氧化物、材料非线性特性、涂层应力状态与失效机理的内在联系。分别探讨了热生长氧化物的生成对于涂层系统内部应力以及失效模式的影响;涂层蠕变特性对于涂层系统内应力的缓解机制;对比分析了APS/EB-PVD两种不同制备方法所制备的热障涂层的失效模式,总结归纳了涂层系统应力状态与其失效机理的内在联系。最后,探讨了当前传统8YSZ热障涂层的发展瓶颈,明确了未来热障涂层的发展将落在探索新型低热导率隔热材料、探索合理的热障涂层体系两个方面。着重介绍了新型双陶瓷层热障涂层,总结了双陶瓷层热障涂层几个重要的研究问题。对于研究新型热障涂层的应力状态及其失效行为、优化涂层结构,有限元数值模拟仍是一种重要的研究手段。     

Weibull分布下任务时间可靠度的置信限研究

为解决高可靠度要求的产品系统可靠度的评定问题，针对产品系统的工作时间服从威布尔分布，采用Fiducial方法，提出了只凭工作时间的‘小子样、零失效’可靠性试验样本，求取任务时间可靠度各置信限的方法及公式。给出算例，计算和分析了不同试验样本下系统任务时间可靠度的置信限。结果表明利用数个‘长寿’的‘小子样、零失效’工作时间试验样本，可以获得高置信度下系统任务时间可靠度的大下限；单凭非‘长寿’情况下的‘小子样、零失效’试验样本，只能得到任务时间可靠度的最高限，如能补充辅助可靠性信息，就能得到系统任务时间可靠度的可用置信估计。     

基于失效概率的涡轮后机匣全局灵敏度分析

涡轮后机匣是航空发动机安全的关键部件,但是其具有工况复杂、不确定性因素多的缺点。为了探究输入随机变量的不确定性对涡轮后机匣结构失效概率的影响,建立参数化有限元模型进行确定性分析。考虑材料性能、几何参数及外部载荷的不确定性,对涡轮后机匣两种典型失效模式：强度失效以及刚度失效建立极限状态函数;通过构造自适应Kriging 代理模型并结合重要抽样方法评估涡轮后机匣结构失效概率,利用基于失效概率的全局灵敏度方法对涡轮后机匣结构可靠度的不确定性来源进行分析,对各输入随机变量重要性进行排序,构建一种涡轮后机匣全局灵敏度分析框架。结果表明：涡轮后机匣在两种失效模式以及系统失效模式下,发动机推力以及线性膨胀系数对结构失效概率影响最为显著,应对其重点考虑;内外机匣长度以及材料弹性模量对涡轮后机匣结构失效概率影响较小,可对其适当忽略。     

结构系统可靠性及可靠性灵敏度分析的改进子集模拟法

在再生自适应子集模拟(RASS)法的基础上,提出了一种改进的再生自适应子集模拟(MRASS)法以用于结构系统的可靠性及可靠性灵敏度分析。MRASS法继承了RASS法中马尔可夫链再生、延迟拒绝、自适应马尔可夫过程及分量各自采样等优点,并改进了自适应采样过程。MRASS法通过对产生的样本点的接受率与最佳接受率进行比较,有针对性地寻找合适的建议分布方差,提高了抽样的效率。工程算例的数值结果表明:MRASS法相比于RASS法及传统的子集模拟(SS)法,在处理具有高维随机变量、小失效概率及高度非线性特点的结构系统时,有更好的适应性、稳健性及精度。     

基于OPTICS聚类算法的流场结构特征分析方法

为了改进现有的基于聚类分析的流场结构特征分析方法,使之更加适用于结构风工程领域的风场特征识别与分析,依托聚类分析的思想,结合一种基于密度的OPTICS聚类算法,并引入相关距离的概念替换了原算法中的欧氏距离,提出了采用一种基于相关距离的OPTICS聚类算法进行流场结构特征分析.实例分析利用基于大涡模拟的计算流体动力学数值模拟,对低雷诺数下经典圆柱绕流问题进行了瞬态求解,获取了2000个圆柱尾流中顺流向涡的瞬态涡量场样本.然后,以识别圆柱尾流中的顺流向涡旋涡脱落状态和顺流向涡A模式展向分布为目标,对比了k-means、原始的OPTICS算法和基于相关距离的OPTICS聚类算法等流场结构特征分析方法.分析实例的结果表明,基于相关距离的OPTICS算法能够在合适的初始参数设置下有效识别顺流向涡脱落状态和其A模式展向分布间距,相对k-means算法降低了对初始参数的敏感度,聚类结果稳定且唯一.     

基于蒙特卡罗模拟的飞机结构可靠度分析

飞机可靠度的分析要综合考虑各种因素的影响,由于各因素的影响较为复杂,很难通过解析的方法来计算飞机的可靠度.随着计算机速度的不断提升,通过蒙特卡罗模拟计算飞机结构的可靠性逐渐变得可行.本文基于蒙特卡罗法,将损伤、工作环境、检修周期等作为核心要素,提出了面向工程应用的飞机结构可靠度分析方法,最终得到了飞机全机结构失效概率的计算方法.本方法在计算机上得到了初步实现.     

基于智能双重响应面法的涡轮叶盘可靠性灵敏度分析

为了合理进行整体叶盘多失效模式可靠性分析和准确描述各影响参数的重要程度,将智能算法与双重响应面方法相结合提出可靠性灵敏度分析的智能双重响应面方法 (Intelligent Dual Response Surface Method,IDRSM)。首先,建立IDRSM的数学模型,给出基于IDRSM的可靠性灵敏度分析的流程。然后,考虑流场和温度场作用,基于IDRSM对整体叶盘径向变形和应力两种失效模式进行可靠性分析和灵敏度分析。可靠性分析显示:当许用径向变形、许用应力的均值和标准差分别取3.8mm和76μm,690MPa和14MPa时,叶盘综合可靠度为0.9926。灵敏度分析显示:整体叶盘综合失效概率的主要影响因素为流速和转速,占叶盘总失效的92%。通过蒙特卡洛法、响应面法、极值响应面法、智能响应面法等四种方法比较显示:IDRSM能在保证计算精度的前提下提高计算效率。实例分析表明该方法在多失效模式综合可靠性灵敏度分析中的可行性和有效性,也为结构多失效模式可靠性优化开辟了有效途径。     

FL—7风洞计算机综合测控系统的可靠度仿真计算

依据Ｍｏｎｔｅｃａｒｌｏ法，对系统基本部件统计抽样，按故障树模型，确定系统平均失效时间，计算系统可靠度各项指标，进行可靠性设计，以２８００多条气动实验曲线测定表明，在控制精度，燃料消耗，系统可靠度等方面均达到国内高速风洞的先进水平。     

纤维增强涡轮轴结构失效模式分析方法及试验验证

针对连续纤维增强复合材料涡轮轴结构失效模式分析问题,基于宏-细观力学跨尺度分析方法,建立细观力学代表性体积元(RVE)模型,通过编程模拟实现模型的周期性边界条件,计算纤维增强复合材料应力响应,将其均值应力转化为真实应力,确定失效包线。建立连续纤维增强轴结构力学模型,计算轴结构在扭转载荷下的应力响应。通过复合材料层合板主偏轴关系应力转化,将危险单元各方向宏观应力响应计算结果转化到细观力学RVE模型上,即为细观力学RVE模型受载情况。结合细观力学失效边界确定复合材料轴结构危险位置失效模式,当扭转载荷达到5 000～5 500 N·m之间,复合材料最外层即层6(+45°)首先达到基体拉伸失效载荷。开展复合材料轴结构失效模式试验,在扭转载荷达到6 000 N·m时,声发射信号相互叠加,大部分均为中频信号,中频信号多为基体、界面开裂信号。与模拟仿真计算结果对比分析,验证连续纤维增强复合材料涡轮轴结构失效模式分析方法的有效性。利用所建立模型预测了某型发动机低压涡轮轴的失效载荷及失效模式。