进油节流调速回路速度精度的可靠性灵敏度分析

为提升机床产品的工作精度,以进油节流调速回路为研究对象,开展速度精度可靠性及灵敏度的研究。对进油节流调速回路的速度负载特性进行系统分析,推导出液压缸活塞的运动速度;采用随机摄动理论、四阶矩技术建立进油节流调速回路的速度可靠性分析模型;最后通过可靠性灵敏度分析,确定影响运动精度的敏感参数。研究结果表明:节流阀的阀口开度对速度精度可靠性影响最大,因此在设计中应降低设计值并严格控制公差值。

基于随机响应面法的可靠性灵敏度分析及可靠性优化设计

基于随机响应面法建立了可靠性灵敏度分析方法,并将其用于结构可靠性优化设计。建立的方法利用随机响应面法将隐式的结构响应函数转换成显式函数,在显式的响应函数基础之上求解失效概率和进行可靠性灵敏度分析,得到的可靠性灵敏度能为基于函数梯度的优化算法提供梯度信息。算例表明,本文提出的可靠性灵敏度分析方法具有较高的效率和精度,提高了结构可靠性优化设计的效率。

基于响应面法的隐式极限状态函数可靠性灵敏度分析方法

针对工程中广泛存在的隐式极限状态函数可靠性灵敏度分析问题,提出用含有交叉项的二次多项式响应面函数代替结构的真实响应,从而得到极限状态函数的显式表达式,再用一次二阶矩法对结构进行可靠性灵敏度分析的方法,得到了基本随机变量分布参数的变化引起的可靠性的变化率信息。因为用响应面方法获取的极限状态函数的显式表达式具有统一的形式,故所推导的可靠性灵敏度计算公式具有通用性。

系统可靠性灵敏度分析方法及其应用研究

基于已有的单个失效模式可靠性灵敏度分析,建立多模式串、并联系统失效概率对基本变量分布参数的灵敏度分析方法,着重研究多模式并联系统可靠性灵敏度分析的近似方法。该方法以数字模拟为基础,根据样本点对系统失效概率的贡献,对计算失效概率的所有样本点进行筛选,并由筛选出的样本点线性回归模拟并联系统失效域,得到等价的单个线性极限状态方程,从而将多模式并联系统的可靠性灵敏度分析等价转换为单个模式的灵敏度分析。对于多模式串联系统的可靠性灵敏度分析,文中采用的方法是将串联系统的失效概率精确转换成单个模式失效概率与多个模式并联系统失效概率的代数和,然后逐项进行灵敏度分析,进而得到串联系统的可靠性灵敏度。对于结构系统的极限状态方程含有复杂综合随机变量的灵敏度分析问题,提出一种基于二次回归分析的近似处理方法,通过推导的综合随机变量分布参数对基本变量分布参数的偏导数公式和复合函数求导法则,最终得到复杂多模式系统失效概率对基本变量分布参数的灵敏度。文中用理论数值算例验证所提算法的精度与可行性,并将所提方法推广应用到工程算例中,验证其工程应用价值。

基于NESSUS的1.5 MW永磁直驱风力发电机主轴可靠性灵敏度分析

永磁直驱风力发电机主轴的可靠性对于整套风机系统的质量属性具有重要的影响。针对主轴结构参数的随机性,首先利用有限元软件ANSYS的参数化设计语言APDL对主轴进行参数化建模,主要变量为尺寸参数及载荷参数,并进行了初步的静力分析。然后介绍了基于设计验算点MPP的结构可靠度及参数灵敏度的计算原理。最后通过专门的结构概率分析软件NESSUS联合ANSYS的静力分析模块对主轴进行可靠性分析,获得了主轴结构可靠度指标和各个参数的灵敏度指标及设计验算点位置。

基于对分区间抽样法的结构可靠性灵敏度分析

针对工程结构系统的极限状态方程通常为隐式,且计算工作量较大的情况,提出一种基于对分区间抽样法的结构可靠性灵敏度分析方法.所提方法综合结构可靠性分析验算点法和对分区间抽样法思想,先根据Taylor公式将初始点附近的状态方程线性展开,依据梯度信息确定最优步长;之后,采用对分可靠度指标β抽样步长区间的方法来确定新的抽样点;最后,经过若干次迭代找出满足结构系统精度要求的设计验算点(MPP),计算可靠度,并根据抽样路径信息算得各影响参数对应的灵敏度.给出了数值算例和工程算例,通过与以往解决隐式结构的可靠性分析方法比较,结果显示所提方法具有收敛可靠、抽样次数少的优点,尤其适用于分析大型复杂隐式结构系统可靠度问题.

盘式制动器热-机耦合渐变可靠性灵敏度分析

为了解决盘式制动器由于摩擦温度过高而导致可靠性降低的问题,以某种汽车的通风盘式制动器为例,进行了热-机耦合渐变可靠性灵敏度分析.利用Workbench的"Coupled Field Transient"模块进行热-机耦合分析,得到了在紧急制动工况下制动器瞬态温度场分布,然后通过与实验结果对比分析,确定有限元模型的准确性.根据制动器最高温度不能超过许用温度的关系推测,利用自适应Kriging代理模型理论建立制动器热-机耦合可靠性功能函数模型.采用自适应Kriging-Monte Carlo模拟(adaptive Kriging-Monte Carlo simulation, AK-MCS)方法进行热-机耦合渐变可靠性灵敏度分析,确定设计参数对可靠性的影响程度,并用Monte Carlo法进行结果的验证.结果表明:制动盘单侧厚度对可靠性的影响最为明显,制动盘的导热系数、比热容和散热加强筋厚度次之,制动盘密度影响最小.

蒙特卡罗法液压缸动态特征可靠性灵敏度分析

针对液压缸动态特征参数一般呈现隐式和非线性的特点,基于蒙特卡罗法开展可靠性和可靠性灵敏度分析研究。首先,考虑到非线性弹簧力和时变摩擦力的作用机理,建立液压缸动力学模型;之后,根据微分方程理论进行求解,分析不同润滑条件下活塞速度在时域的变化情况;最后,依据蒙特卡罗法基本思想,利用结构失效概率和可靠性灵敏度分析方法,对液压缸低速时的运动可靠性及影响参数灵敏度进行分析。

风电轴承疲劳寿命的可靠性灵敏度分析

以某2MW风电轴承为例,给出四自由度载荷作用下圆柱滚子轴承疲劳寿命的数学模型,通过Romax软件分析结果验证所建模型的准确性.按轴承最小额定寿命建立极限状态方程,采用自适应克里金与蒙特卡罗模拟相结合(adaptive Kriging-Monte Carlo simulation,AK-MCS)进行轴承疲劳寿命可靠性灵敏度分析.结果表明:轴承游隙、弹性模量、密度增大,轴承失效概率增大;轴承节圆、滚子有限长度增大,轴承失效概率减小;游隙对可靠性的影响最为明显,弹性模量、密度、滚子有限长度次之,节圆影响最小.

基于显式迭代算法的可靠性灵敏度分析

随着科学技术的发展,机械产品的组成和功能日益庞大,其性能极限状态函数也越趋复杂。改进一次二阶矩法在机械结构的可靠性灵敏度分析中应用最为广泛,但是对于复杂极限状态函数而言,其计算效率却非常低,原因是该方法的每个迭代过程都需要通过求解极限状态方程来获得可靠度指标。基于改进的一次二阶矩法,通过极限状态函数的均值、标准差和灵敏度系数显式表达出可靠度指标,根据表达式的不同,提出了2种可靠度的显式迭代算法,该方法能够有效地避免改进的一次二阶矩法需要列方程求解可靠度指标的缺点,具有简单的计算形式,利于编程的实现。算例表明,提出的2种显式迭代算法的迭代结果相同且近似等于改进的一次二阶矩法的结果,提高了计算效率和精度。

基于改进Box-Behnken法的随机系统可靠性灵敏度分析方法

针对影响工程系统的随机因素通常服从正态分布的情况,提出一种基于改进的Box-Behnken试验设计法的可靠性灵敏度分析方法.根据工程系统特点,采用含有交互效应的二阶响应面模型来描述因素和响应之间的非线性关系;基于正交性和旋转性原则,在Box-Behnken二阶设计的基础上添加轴点,使试验设计的样本点符合随机因素分布特征;从而,拟合响应面函数,建立系统极限状态方程,进行可靠性灵敏度分析.最后,通过车辆系统平顺性可靠性灵敏度分析实例,说明了该方法在分析随机系统方面的优越性;Monte Carlo仿真实验结果表明,该方法可行有效,计算精度高,可以为工程实际提供指导.

附件机匣出油口温度可靠性灵敏度分析的响应面方法

针对极限状态函数未知的可靠性灵敏度分析问题,提出了用响应面方法获取极限状态函数,再利用该极限状态函数进行可靠性灵敏度分析的方法,并推导了相关计算公式.综合考虑了机匣进油口的滑油流量、温度以及机匣外二股气流的温度、流速等变量的随机性,采用该方法计算了附件机匣出油口温度的可靠度及各随机变量对可靠度的灵敏度.计算结果与相关文献中定性分析的结论一致,故所提出的可靠性灵敏度分析方法及相关计算公式是正确和有效的,为附件机匣及其相关附件的可靠性设计与优化提供了定量的理论依据.

汽车零部件时变可靠性及其灵敏度分析

推导了一种考虑初始参数不确定性的一维布朗运动方程,构建了载荷和结构参数时变的模型。运用材料S-N特性求得剩余强度分布,结合应力-强度干涉理论,提出了一种既考虑初始参数及强度不确定性又考虑实际使用过程中不确定性的可靠性及其灵敏度分析模型。在此基础上,研究了汽车零部件结构参数、强度、载荷、可靠度及其灵敏度随时间的变化规律。以某汽车驱动桥半轴为例,计算了时变条件下驱动桥半轴可靠度、失效率及可靠性灵敏度的变化规律。

粉末冶金涡轮盘低周疲劳寿命可靠性敏度分析

对于在0-起飞-0循环载荷作用下的某型粉末冶金涡轮盘,利用可靠性分析的要求寿命-实际寿命干涉模型,建立了给定寿命要求下的涡轮盘低周疲劳寿命非线性极限状态方程。在此基础上,分别采用改进一次二阶矩法、Monte-Carlo模拟法和马尔可夫链模拟方法,对涡轮盘进行了低周疲劳寿命可靠性灵敏度分析。通过对分布参数可靠性灵敏度作无量纲归一化处理,得到了影响涡轮盘低周疲劳寿命失效概率的分布参数排序,其中起飞状态应变的均值对失效概率的影响最大。研究了涡轮盘寿命可靠性灵敏度随基本变量变异系数变化的趋势,分析了变化趋势对设计的影响。同时,通过3种可靠性灵敏度方法结果的对照分析,得出了各种方法的适用范围。

基于梯度搜索法的非线性结构可靠性分析方法

很多工程结构具有非线性特征强且功能函数为隐式的特点,以往方法难以精确、高效地分析其可靠性,为此提出一种基于梯度搜索法的强非线性结构可靠性灵敏度分析方法。根据工程结构的隐式功能函数,利用差分法计算初始抽样点附近的梯度信息;基于验算点梯度搜索法,获得与抽样点对应的距极限状态曲面距离最小的极限状态点,过该点依据Taylor展开法将极限状态曲面线性展开;在线性化的极限状态面上继续确定抽样点,并采用高次梯度搜索法继续寻找极限状态曲面上的对应点;经若干次迭代搜索,获得一组极限状态曲面附近的训练样本,在此基础上采用多项式函数、响应面函数等拟合极限状态方程,计算可靠度及可靠性灵敏度。研究结果表明,与重要抽样法、二次响应面法和经典验算点法比较,新方法具有计算精度高、抽样次数少的优点,适用于强非线性隐式结构的可靠性分析问题。

结构/机构可靠性分析研究

介绍了结构/机构可靠性分析方法,并对可靠性灵敏度这一概念进行详细论述,总结了其求解方法,并给出了一种可靠性分析软件的建设框架。

电力市场下基于分层可靠性服务的可靠性电价体系研究

利用基于电量不足期望值贡献系数的方法,并结合可靠性灵敏度分析,将事故备用费用分摊到发电侧和输电侧,并形成了相应的发电侧和输电侧可靠性电价。利用模糊聚类分析方法,根据用户的可靠性服务综合指标要求,将系统中的用户划分为几个层次类别,对每层用户进行归一化处理并用一个虚拟用户来代表该层用户的可靠性服务要求,然后根据各层虚拟用户的可靠性服务要求购买可靠性服务备用并将费用分摊到各个虚拟用户得到用户侧可靠性电价。通过算例仿真表明,所提出的可靠性电价体系能够有效地实现可靠性服务的差别定价。

基于雷诺方程的滑动轴承可靠性虚拟试验方法

针对往复式压缩机主轴承的磨损失效问题,提出一种可靠性虚拟试验方法.基于流体动力润滑理论中的雷诺方程,推导动压油膜的当量刚度;根据胡克定律得到当量弹性模量.利用非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立虚拟样机模型,采用壳单元模拟润滑油膜的动态特性.通过ANSYS的参数化设计语言APDL,将整个仿真过程编译成宏程序.根据中心复合法设计随机变量的试验样本点,通过更改宏程序实现虚拟样机的随机抽样;分别对每种取样结果进行动态仿真,获得输出响应(油膜比压)数据;根据试验数据,基于响应面方法建立极限状态方程,进行可靠性灵敏度分析,为滑动轴承的设计提供理论依据.

非正态分布参数的多失效模式机械系统可靠性鲁棒设计

在机械系统可靠性设计理论、可靠性灵敏度分析和鲁棒设计方法的基础上,讨论了非正态分布参数的多失效模式机械系统可靠性鲁棒设计问题,提出了非正态分布参数的多失效模式机械系统可靠性鲁棒设计的计算方法.把可靠性灵敏度融入可靠性优化设计模型之中,将机械系统可靠性鲁棒设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题.在基本随机参数的前四阶矩已知的情况下,可以迅速准确地得到机械系统可靠性鲁棒设计信息.

参数可靠性全局灵敏度高效分析的代理模型法

针对分布参数和输入变量双重随机性下,输入变量分布参数可靠性全局灵敏度分析涉及的复杂耦合3层计算制约参数可靠性全局灵敏度的应用,从单层重要抽样结合自适应Kriging代理模型的角度,建立了参数可靠性全局灵敏度分析的高效算法。首先,利用贝叶斯理论、Metropolis-Hastings准则和Edgeworth级数建立基于重要抽样的参数可靠性全局灵敏度的单层分析公式,统一可靠性与参数可靠性全局灵敏度分析,将参数可靠性全局灵敏度分析的关键问题转化为无条件重要抽样样本安全和失效状态的识别问题,实现重复利用1组无条件重要抽样样本计算得到所有不确定性分布参数对可靠性的影响;其次,利用Kriging代理模型自适应构造近似最优重要抽样概率密度函数(PDF),实现重要抽样样本的产生;最后,在重要抽样样本池内继续更新构造最优重要抽样概率密度函数的Kriging代理模型,直到重要抽样样本安全或失效状态被Kriging代理模型准确识别,利用更新结束后的Kriging代理模型替代真实功能函数识别重要抽样样本安全或失效状态,完成参数可靠性全局灵敏度分析。数值算例和导弹弹翼算例分析验证了本文所提方法的高效性和准确性。