基于多失效模式的扭簧可靠性优化分析

基于广义应力 广义强度分布干涉理论和单一失效模式下扭簧可靠性计算模型,建立了多失效模式下扭簧可靠度优化数学模型,采用规格化加权法进行各失效模式影响相同（等失效效应）和有差异（非等失效效应）两种情况下的扭簧可靠度计算。在给定扭簧结构和工况约束条件下,应用提出的计算模型和技术进行了失效模式影响相同和有差异的基于可靠度最大的扭簧结构优化,与非优化结构的扭簧可靠度的比较,以及这两种情况下的扭簧可靠度比较。结果表明,提出的可靠度优化模型和方法是可靠和有效的,对于航天工程中零部件的可靠性优化分析具有很好的借鉴作用。     

一次二阶矩可靠度方法及其软件

开发了利用一次二阶矩方法计算正态分布、对数正态分布、极值分布和截断正态分布随机变量非线性极限状态方程可靠度的软件,并利用相关系数考虑了机械产品随机变量相关的情况.在增加相应简单模块的基础上,可用于计算包含其它分布类型随机变量极限状态方程的可靠度.软件运行表明这种方法迭代格式简单,收敛快,可用于计算机械零件、结构和机构可靠度.      

旋转对称结构零部件时变可靠性模型

分析了旋转对称结构零部件的失效特点以及对称单元数对零部件可靠性的影响,建立了能体现对称单元数的旋转对称结构零部件强度概率密度函数和累积分布函数.分别以随机载荷作用次数和时间为寿命度量指标,建立了随机载荷作用下能够全面体现载荷、强度、对称单元数、寿命指标等参数影响的旋转对称结构零部件时变可靠性模型与失效率计算模型.研究表明:在强度不退化的情况下,旋转对称结构零部件的可靠度也会随着寿命指标(载荷作用次数或时间)逐渐降低,失效率随寿命指标逐渐减小.对于具有相同对称单元的旋转对称结构零部件,随着对称单元数的增加,零部件可靠度会降低且失效率会增大.     

模糊可靠性模型的收敛性及改进的截集分布

基于截集法的结构模糊可靠性基本模型已被用于各种可靠性工程问题中,形成了应力-强度模糊可靠性干涉模型、结构疲劳寿命模糊可靠性模型和结构抗共振模糊可靠性模型等具体模型.提出了常用截集分布下模糊可靠性模型的收敛性定理,并予以理论证明,进而针对单侧无限安全域和双侧无限安全域这两类模型,分别给出了相应推论.定理表明,当截集逐渐变长时,采用常用截集分布所得的可靠性分析结果趋于某一固定值,而与具体的结构无关,因此是不合理的.为了避免这种不足,提出了一种新的截集分布——修正的截尾正态分布.并通过3个具体例子验证,采用文中所给的截集分布,模糊可靠性模型收敛于相应的随机可靠性模型,表明其具有良好的收敛性和更好的适用性.     

基于模糊应力—强度模型的空间系绳碰撞可靠性

空间系绳系统由于其特殊的组成结构日益受到关注,空间系绳的碰撞可靠性研究是系绳任务设计的重要一环.本文采用可靠性分析基本原理中的应力—强度模型,根据近地轨道的空间碎片通量和泊松分布方法,进行空间系绳在轨碰撞可靠性的研究分析.根据对空间系绳碰撞可靠性有影响的系绳结构因素,即单股系绳的直径、长度,双股系绳的绳间距、碰撞角等,对空间碎片撞击切割系绳后碰撞点处的系绳剩余截面进行建模,利用模糊应力—强度模型计算空间系绳在撞击后发生毁灭性碰撞的概率,进而根据泊松方法计算空间系绳在轨可靠性随时间的变化,通过仿真分析,对比不同结构空间系绳的有效在轨时间.      

多种失效模式履带车辆扭力轴可靠性稳健设计

履带车辆扭力轴通常存在多种失效模式,因此对其进行灵敏度设计分析时需要充分考虑不同失效模式的影响。提出一种多失效模式机械零件可靠性灵敏度分析的数值方法,运用随机摄动理论和四阶矩技术,求得各个失效模式状态函数的前四阶矩和可靠性指标,有效解决了结构随机变量参数分布未知时,不同失效模式下构件可靠度的计算问题。根据机械零件发生一种失效模式即整体失效的具体特点,研究含相关性的不同失效模式机械零件的可靠度计算方法。结合灵敏度分析的梯度算法,推导出关于随机变量均值和方差的灵敏度计算公式,进而根据灵敏度的分析结果,提出多种失效模式下多目标优化的可靠性稳健设计模型。数值算例表明,本文方法可以高效迅速地估计多失效模式下机械构件的可靠性灵敏度。最后还对其进行了可靠性稳健优化设计研究。      

基于置信分布的系统可靠度评估蒙特卡罗方法

大型系统、复杂系统的可靠度的求解问题是可靠性工程中一个热点和难点的问题,针对这个问题,提出了一种基于蒙特卡罗模拟仿真的系统可靠度求解方法.通过利用系统的各个单元产品的可靠度置信分布和系统可靠度函数进行蒙特卡罗仿真,评估出系统可靠度.本方法克服了以往的蒙特卡罗仿真方法处理离散分布时抽取时间样本的困难,并且对系统的结构和复杂程度没有要求.最后,给出计算实例对比说明了该方法的正确性和可用性.      

可靠性强化试验定量评估方法

介绍了国外最新可靠性强化试验基本概念、各种应力极限分类和试验过程,阐述了强化试验的基础理论.针对可靠性强化试验无法进行定量分析的问题,引入应力强度干涉模型理论,运用干涉模型分析了强化试验中的产品失效原因,即试验环境应力大于产品工作极限应力.通过分析工作极限应力与产品实际使用环境应力的相互关系,推导了利用强化试验数据计算产品可靠度的相关公式,将定量分析引入强化试验中.并举具体计算实例说明了该方法的可行性.在此基础上,运用干涉模型和可靠度计算公式,分析了强化试验提高产品可靠性的2种基本途径:改进设计和提高工艺水平,进一步阐述了可靠性强化的基本原理.      

热沉结构管接头的应力计算与实验验证

由于大型空间环境铝热沉设备KM6承受周期性的应力,使空间实验室结构存在安全问题,因此选择T型、L型两类典型热沉构件,运用大型计算软件PATRAN,NASTRAN对构件在压力谱与温度谱共同作用情况下进行应力分析,得到关键部位的应力.采用实验方法确定了热沉各连接部位的应力,并把有限元计算结果和实验结果进行比较.结果表明:有限元计算的结果与实验测量结果基本一致,从而可以采用计算方法确定空间实验室的工作应力,进行其结构的安全性预报.     

结构模糊非概率混合可靠性分析方法

针对模糊非概率混合不确定性下结构可靠性分析问题,基于模糊数学分解原理将混合可靠性分析模型转化为[0,1]内连续分布隶属度水平下的非概率可靠性分析模型;针对非概率可靠度计算复杂性,基于逐维策略将结构功能函数最值的计算转化为最值点向量的逐维计算,提出一种确定结构功能函数界限的算法;通过在[0,1]内遍历隶属度值确定结构可靠度的隶属度函数实现结构可靠度模糊性的定量化.算例表明该方法的合理性,计算精度高和计算量小的特点为复杂工程结构可靠度分析及优化设计提供了可行途径.      

裂纹扩展寿命安全可靠性分析模型研究

通过分析影响裂纹扩展寿命的多个随机因素,就目前较为常用的裂纹扩展寿命安全可靠性分析模型进行比较.在此基础上,本文提出了一种新的模型--裂纹扩展寿命~断裂韧度可靠性分析模型,该模型基于目前比较公认的裂纹扩展寿命分布和断裂韧度分布特性,为工程界进行含裂纹结构的概率损伤容限评估提供一定的理论依据.     

推进剂贮箱区间干涉时变可靠性分析方法

在推进剂贮箱服役期内,由于材料强度退化及外界随机载荷等不确定因素的存在,其可靠性表现为时变特性。基于区间理论与应力-强度干涉理论,为推进剂贮箱时变可靠性分析提供了一种区间干涉时变可靠性分析方法。通过对椭球底圆柱贮箱应力进行分析,根据贮箱等效应力分布与强度幂指数退化模型,将应力与强度转换为时变区间变量的形式。结合应力-强度干涉理论,将任意时刻应力与强度区间转换为标准化区间,根据临界状态函数与标准化区间的位置关系,定义区间干涉时变可靠性指标。结合示例参数对推进剂贮箱时变可靠性进行了分析,并与服从正态分布的应力-强度干涉可靠性方法及区间可靠性方法分析结果进行了对比,验证了所提方法的有效性。      

基于随机参数逆高斯过程的加速退化建模方法

为了将随机参数退化模型应用于加速退化试验以提高可靠性评估结果的准确性,本文以逆高斯过程为例研究了基于随机参数退化模型的加速退化建模方法。利用加速系数不变原则推导出逆高斯过程各参数在不同应力下应满足的关系式,由此建立参数的加速模型,计算出加速系数,进而将加速应力下的退化数据等效折算到工作应力下。采用了随机参数的共轭先验分布,并且利用最大期望算法估计出随机参数的超参数值。仿真试验验证了所提方法的可行性和有效性,实例应用说明了所提方法具有较好的工程应用价值。      

基于相关性分析的结构可靠性加严试验方法

针对传统结构可靠性试验的验证多是基于载荷应力和结构强度相互独立的假设问题,从应力和强度数据的相关性分析与度量出发,在二者均为正态随机变量的前提下,建立了一种基于Copula函数相关应力-强度干涉模型的结构可靠性加严试验验证方案设计方法。该方法结合Copula函数和应力-强度干涉模型实现相关条件下原可靠性指标与加严条件下可靠性指标的转化,适用于小样本情况下基于传统成败型试验方法评估其可靠性。研究结果表明:相比独立假设,应力和强度呈负相关时,会增加试验样本量且样本量随负相关程度减弱而减少;呈正相关时,会减少试验样本量且样本量随正相关程度增强而减少。     

磁悬浮控制力矩陀螺热-结构耦合分析与研究

作为新型航天器姿态机动执行机构,磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)长时间工作在高真空环境下且高速转子完全悬浮,散热条件差,系统温度过高,导致陀螺组件产生较大的热应力,降低了陀螺结构部件的强度。为减小温度场对陀螺结构部件强度的影响,提高陀螺结构的可靠性,采用有限元法计算出磁悬浮控制力矩陀螺工作状态下的温度场,并基于温度场分析陀螺结构部件的应力分布情况,明确温度场对陀螺结构部件力学性能产生的影响。建立了陀螺热网络模型,根据热网络模型与热网络方程分析热量传递路径及温度影响因素,并提出相应的优化措施。经优化,定子组件最高温度从66.5℃降至49℃,转子组件最高温度从91.7℃降至76.9℃。陀螺定子组件的强度安全系数由1.52提升为1.73,提高了13.8%,陀螺转子组件的强度安全系数由1.32提升为1.56,提高了18.2%。      

钉孔挤压或干涉配合强化后元件疲劳寿命的一种可靠性分析方法

本文提出了一种处理钉孔挤压化或或干涉配合强化后元件疲劳寿命的可靠性分析方法，在假设挤压量（干涉量）服从正态分布，以及具有确定强化参数的元件的对数疲劳寿命服从正态分布或疲劳寿命服从威布尔分布的条件下，分别给出了考虑强化参数及其公差影响的强化后元件疲劳寿命的分布函数，从而，可以由几组不同挤压量（干涉量）的元件疲劳寿命推算出元件在任意挤压量（干涉量）及公差要求情况下，其疲劳寿命提高到某一给定值的概率，这     

旋转抛物-锥形蚀坑模型及其应用

点蚀是腐蚀介质环境中金属性能劣化的主要形式之一。蚀坑导致的应力集中会使结构整体强度退化,降低结构的安全性和可靠性。因此,准确的蚀坑模型对结构应力场的分析具有重要影响。为此,在典型的蚀坑形貌基础上,结合蚀坑张开角的定义,提出旋转抛物-锥形蚀坑模型,并通过有限元仿真与拉伸破坏试验验证了模型的有效性。结果表明：蚀坑导致的应力集中极大值处于接近坑底或坑口区域,旋转抛物-锥形蚀坑模型在蚀坑坑底、坑肩及坑口处的应力集中分布带比半椭球形蚀坑模型更准确,应力敏感性更强。