涡轮盘概率风险的评估方法

针对CCAR33.70条款对涡轮盘开展概率风险评估的要求,研究了响应面法在定义重点采样区间以及计算裂纹扩展寿命中的应用,给出了在蒙特卡洛模拟过程中应用响应面法定义失效域,缩短样本方差、提高抽样效率的方法.分析结果表明应用重点采样法可以极大地提高抽样效率.采用重点采样法获得的失效样本数与总样本数的比例高达94%,远大于传统的直接抽样法获得的失效样本数与总样本数的比例（仅为33%）.该方法可以在保证分析精度的条件下减少样本的数量.另外,应用响应面法拟合寿命近似方程,可以极大地缩减裂纹扩展寿命的计算时间:利用寿命近似方程开展104次随机抽样所花费的时间仅有2min,远低于应用传统寿命计算方法所花费的时间（288 min）.通过对寿命近似方程的寿命计算误差分析可以看出:最大计算误差仅有1.0%,计算结果与传统裂纹扩展寿命模型的计算结果吻合度高.该研究成果可以提高涡轮盘概率风险评估的效率.      

基于多项式混沌法的翼型不确定性分析及梯度优化设计

耦合伴随方法和非嵌入式多项式混沌法，发展了高效、可靠的不确定性梯度优化设计方法。利用伴随方程法求解目标函数对不确定性变量的导数，发展了一种梯度增强型多项式混沌法。通过亚声速和跨声速下等多种算例可以证明该方法可以提高不确定性分析的效率和精度。同时，利用基于方差分解的全局敏感性分析方法对不确定性变量的敏感性进行了量化。建立了多项式混沌耦合伴随方程的统计矩梯度求解方法，并结合梯度增强型多项式混沌法搭建不确定性梯度优化设计系统。基于该优化设计系统对二维低亚声速和跨声速翼型开展确定性及不确定性优化设计研究。优化结果显示，相比于确定性优化设计，不确定性优化设计通过合理权衡确定性性能和不确定性性能，可提高抵抗马赫数和迎角不确定性扰动的能力，同时优化性能均值和标准差。其中阻力系数均值最大可降低17%，阻力系数标准差最大可降低80%。而确定性优化设计可能导致性能鲁棒性的降低。     

鲁棒EKF在脉冲星导航系统中的应用

针对脉冲星导航系统的滤波问题,传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法存在不能克服系统模型存在不确定性参数以及乘性噪声等缺陷,提出一种鲁棒EKF算法。首先,分析了状态预测误差方程和估计误差方程,利用统计学原理,得到了状态预测方差矩阵和状态估计方差矩阵计算等式。由于系统模型存在不确定性参数,状态预测协方差矩阵和状态估计协方差矩阵无法计算;因此,利用4个重要矩阵不等式,分析并找到预测方差矩阵和状态估计方差矩阵的上界。最后,利用状态估计误差协方差矩阵上界设计状态增益矩阵,使得状态估计协方差矩阵的迹最小。将该算法对脉冲星导航系统进行仿真,仿真结果验证了所提算法的有效性。     

不确定性载荷作用下的零件时变可靠性模型

分析现有时变可靠性建模方法的特点,建立不确定性载荷作用下的零件时变可靠性模型,给出基于载荷和强度分布的零件可靠度和失效率计算表达式。研究载荷作用的特点,建立不确定性载荷作用过程的二维描述法。在此基础上,分别得到强度不退化和退化时的零件时变可靠性表达式。研究表明,即使强度不退化,零件的可靠度和失效率也会随时间逐渐降低;强度退化时,可靠度随时间降低较为明显,失效率具有“浴盆”曲线的特征。在载荷和强度分布已知的情况下,可直接运用本文模型计算零件在任意时刻的可靠度和失效率。当给定许用失效率时,运用本文模型可以更客观地划分零件的早期失效期、偶然失效期和耗损失效期,进而确定零件筛选试验时间、可靠寿命等指标,对零件进行全寿命周期管理。     

静载下含平面缺陷的压力管道的失效率

参照 SAPV-95规范,用第 2水平法对静载下含平面缺陷的压力管道进行了可靠性分析,得出了功能函数。提出了计算失效率的快速收敛的迭代算法,并分析了失效率与广义强度和广义应力的均值及变异系数的关系。得出了用失效率可对静载下含平面缺陷的压力管道的安全状况进行评估和预测的结论     

翼型不确定性量化中正交匹配追踪的应用

不确定性在实际系统中广泛存在，为了研究不确定性因素影响下系统输出的随机响应特性，传统的不确定性量化方法如蒙特卡洛采样、混沌多项式展开等需要大量的样本，制约了在飞机机翼等复杂系统中的应用。近年来，在信号处理领域发展迅速的压缩感知技术，利用原始信号的稀疏性可以用少量的样本精确重构信号。这一特性促使研究人员探索将压缩感知技术应用于不确定性量化研究中。以RAE2822实际翼型为研究对象，使用类函数/形函数变换将原始翼型参数化，考虑加工、装配过程和实际飞行工况下的几何不确定性，将压缩感知技术与混沌多项式展开相结合，利用正交匹配追踪算法实现多项式系数的稀疏重构，获得翼型气动力系数和流场参数在考虑几何不确定性影响下的均值和标准差，并与蒙特卡洛采样和满秩概率配点法获得的结果进行对比。通过对收敛性能、样本数需求和重构精度等方面的对比分析表明，正交匹配追踪算法能够利用相对较少的样本获得与传统不确定性量化方法相近的精度。考虑到实际系统的随机响应在混沌多项式基底上大多具有稀疏的展开形式，因此将压缩感知技术应用到不确定性量化中可以显著降低样本数需求，从而降低时间成本，提高计算效率。     

多元正态分布整体推断方法

提出多元正态分布整体推断方法。通过仿真结果与试验数据有机结合,该方法能够将多个不同状态下的多变量(多指标)的试验数据作为一个整体进行统计分析,给出多元正态分布均值和协方差矩阵的整体估计。文中详细讨论了多个状态下二元正态分布均值和方差的无偏估计和置信区间估计。与传统方法相比,该方法不但具有更高的精度,而且解决了一种状态下只有一个试验数据时多变量(多指标)产品可靠性评定的难题。此外,文中还给出一种均值和方差仿真结果的极小子样检验方法。      

基于贝叶斯网络和共因失效的飞机电源系统可靠性分析

飞机电源系统中的冗余设计提升了飞机系统的可靠性，但同时也增加了共因失效发生的概率。为了准确分析飞机电源系统的可靠性，首先，采取α因子模型对共因失效部件的失效率进行分解计算，并利用贝叶斯网络（BN）建立考虑共因失效的飞机电源系统可靠性模型。然后，对比分析考虑与不考虑冗余部件之间的共因失效因素时飞机电源系统及其子系统的可靠性。结果表明，考虑冗余部件之间的共因失效因素时，得到的飞机电源系统及其子系统可靠度相对于不考虑冗余部件之间的共因失效因素时较低，更加吻合实际情况。     

零件疲劳平均失效率计算方法研究

失效率、平均失效率、平均剩余寿命决定了结构的寿命分布和可靠度,在机械产品的可靠性研究中具有非常重要的作用。基于可靠性度量的基本指标,推导寿命分布为两参数威布尔分布时疲劳可靠性系数与可靠度的关系,提出基于疲劳可靠性系数计算结构失效率和平均失效率的方法,并给出相应的计算过程,形成不同寿命度量指标下较为简便的计算方法。利用已有的整体搭接壁板结构疲劳寿命试验数据,采用本文所提方法与传统积分方法对整体搭接壁板结构进行疲劳平均失效率计算和误差分析。结果表明：所推导的计算公式形式简单,便于计算,且具有高度准确性,对机械结构的FMECA 以及维修决策的制定具有指导意义。     

滚动轴承平均故障前时间计算方法研究

滚动轴承的平均故障前时间(MTTF)和平均失效率是旋转类机械设备可靠性预计和分析的重要基础数据,传统源于统计样本信息的滚动轴承MTTF和失效率数据可信度不高,难以约束滚动轴承的可靠性定量设计。为得到可信度更高的滚动轴承MTTF,利用滚动轴承疲劳寿命计算方法,基于滚动轴承寿命与可靠度的关系研究,推导了威布尔分布的MTTF和平均失效率计算公式,提出一种滚动轴承MTTF和平均失效率的计算方法和流程,给出了滚动轴承MTTF和平均失效率的计算示例。解决了利用设计参数(工作寿命、可靠度、动载荷等)计算滚动轴承MTTF和平均失效率的问题,可为滚动轴承及其配套产品的可靠性预计和分析提供数据和方法支持。     

基于动态集成算法的航空发动机气路参数预测

针对单一学习机对航空发动机气路参数预测困难的问题,提出了基于动态加权核密度估计（DWKDE)组合方法的集成预测算法,该组合方法选择测试样本的近邻样本,通过评估学习机在近邻样本的局部性能动态确定各学习机的权值,并基于该权值利用加权核密度估计实现数据序列的集成预测。该组合方法不易受离群值和样本不对称分布的影响,将该组合方法用于AdaBoost.RT和AdaBoost.R2算法,获得了改进后的集成学习算法。实验证明:相比于神经网络和原始集成学习算法,改进后的集成学习算法较好地提高了航空发动机气路参数序列的预测精度,方均根误差（RMSE)指标至少可降低27%。      

Research on failure criterion of composite based on unified macro- and micro-mechanical model

A new unified macro- and micro-mechanics failure analysis method for composite structures was developed in order to take the effects of composite micro structure into consideration. In this method, the macro stress distribution of composite structure was calculated by commercial finite element analysis software. According to the macro stress distribution, the damage point was searched and the micro-stress distribution was calculated by reformulated finite-volume direct averaging micromechanics (FVDAM), which was a multi-scale finite element method for composite. The micro structure failure modes were estimated with the failure strength of constituents. A unidirectional composite plate with a circular hole in the center under two kinds of loads was analyzed with the traditional macro-mechanical failure analysis method and the unified macro- and micro-mechanics failure analysis method. The results obtained by the two methods are consistent, which show this new method’s accuracy and efficiency.     

基于遗传算法的空空导弹消耗规律神经网络预测方法

针对弹药预测问题,介绍了基于遗传算法的BP神经网络的相关原理及理论,研究了基于遗传算法的空空导弹消耗量BP神经网络预测方法,弥补了传统的BP神经网络法在弹药预测方面存在许多缺点,采用遗传算法求得影响弹药消耗各因素的权值及阈值,具有较高的准确性;同时,优化过程是对神经网络算法的权值及阈值进行优化,由适应度函数计算出染色体的适应度值,再经过选择、交叉及复制等操作,得到适应度最高的个体。对历次空战空空导弹消耗量数据进行归一化处理,将处理结果带入传统BP测,得到预测结果并对比分析,预测结果显示了遗传算法优化的有效性,避免了传统BP算法局部性强的缺点,预测结果较优化前较大提升,验证了改进算法的有效性和先进性。     

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。     

非等间距相关系数平稳序列分析方法

工程实际中由于数据缺损或受测试条件所限,常常得到非等间距的时间序列。而传统的时序分析方法只适用于等间距采样的数据,目前工程上对这类问题通常采用插值等近似处理方法,这往往导致较大误差。本文提出非等间距相关系数平稳序列的概念,建立了非等间距相关系数平稳序列自回归模型,给出了非等间距相关系数AR(p)序列的精确极大似然估计和条件极大似然估计,能够高精度地确定非等间距序列的均值函数、方差函数和相关系数函数。      

系统可靠性评定的熵（法）近似限

将近代Ｓｈａｎｎｏｎ信息论的信息概念广义化,利用信息量的“可加性”特性和离散变量熵的一般表达式,并与可靠性工程理论相结合,推导了由成败型或指数型单元所组成的串、并联系统可靠性评定用的熵（法）近似下限计算公式。应用本文公式所得出的评定结果总是介于经典和贝叶斯（法）近似下限之间,既不偏于保守,又不过分冒进,相当令人满意     

Estimating Noise Variances by Using Multiple Observers

Unknown variances of the noises that excite a time-invariant, linear dynamic system and/or in the observation of its output can be estimated by use of multiple observers. One observer is needed, in general, for each unknown variance. Each observer is time invariant and has different gains from the others. It is shown that each unknown variance is a linear combination of the variances of the residuals of the observers. The required estimates of the noise variances are obtained by using the measured variances of the residuals. The method presented in this paper is illustrated by an application to determining noise parameters in a ring laser gyro.     

带太阳帆板航天器刚柔耦合动力学研究

以带有太阳帆板的航天器为研究对象,计及太阳帆板变形位移场的非线性耦合项,采用假设模态离散变形,基于Kane方程建立起系统的刚柔耦合一次近似动力学模型。分别就大范围刚体运动已知和未知两种情况下进行了数值仿真。仿真结果说明,此模型能准确的预示大范围运动下挠性航天器的动力学行为,而传统的零次近似动力学模型由于丢失了动力刚度项而会得到错误结论。     

结构外形优化的一种有效方法

本文基于约束函数及目标函数对节点坐标与元件截面两类变量不同的非线性性质,将目标函数对元件截面变量及节点坐标变量在正变量空间内进行不完全的二阶台劳展开,而约束函数则对元件截面变量之逆变量、节点坐标变量之正变量进行线性台劳展开,从而得到一对于原问题近似精度较高的严格凸的近似问题,用对偶规划求解这一变量可分离的显式的凸问题是简便的。对算例的计算表明该方法是相当有效的。     

指数型单元混联系统可靠性综合的信息论方法

研究了一种求解具有多层指数型数据混联系统可靠性近似限的信息论方法。根据单元试验信息提供的信息量与系统折合试验应提供的信息量相等的原理,导出了单元试验信息等效折合的基本公式,给出了指数型单元混联系统可靠性综合的基本模型和方法步骤,建立了系统可靠性近似限的基本模型,并以实例形式说明了方法的具体应用。