基于IAOA-SVM模型结构时变可靠性研究

目的为有效解决使用传统代理模型进行结构时变可靠性研究中存在流程复杂、计算效率低等问题。方法提出以改进算术优化算法(Improved Arithmetic Optimization Algorithm,IAOA)优化支持向量机模型(Support Vector Machine,SVM)进行时变可靠性研究的方法,结合IAOA-SVM模型和极值理论,以某塔式起重机回转支承为研究对象,对其进行动态确定性分析获取样本数据,建立IAOA-SVM可靠性模型,采用蒙特卡洛法求解得到其可靠度结果,并与EKM和ERSM算法对比分析其仿真精度和效率。结果当回转支承径向变形许用值为0.278×10^(-3)m时,采用蒙特卡洛法求解得到其可靠度为99.68%,IAOA-SVM模型相比EKM和ERSM方法仿真效率有所提升,建模精度分别提高了10.42%和9.23%。结论IAOA-SVM方法在建模和仿真精度与效率方面具有较明显的优势,IAOA-SVM方法为求解机构时变可靠度难题提供了一种新的解决思路。

基于疲劳失效的行星齿轮减速器时变可靠性分析

随着科技革新与社会发展,对行星齿轮减速器的可靠性要求越来越高。行星齿轮减速器运行过程中存在疲劳因素,会导致可靠度发生变化。针对这一问题,首先,根据应力-强度干涉理论,构建行星齿轮减速器在疲劳失效(主要是齿面接触疲劳失效和齿根弯曲疲劳失效)下的时变可靠性模型;其次,结合单调性定理,将时变可靠性模型简化,利用Matlab编程,求解了行星齿轮减速器的可靠度;对时变可靠性模型的各变量进行了灵敏度分析;最后,以PM90精密行星齿轮减速器为例,分别得到基于疲劳失效下的可靠度和各变量的灵敏度,阐述了在接触疲劳失效和弯曲疲劳失效下的可靠性时变规律,为行星齿轮减速器的时变可靠性分析奠定了基础。

时变可靠性分析的高效近似最大可能轨迹法

现有的时变可靠性分析方法在处理飞行器复杂时变可靠性分析问题时,具有求解效率过低的缺点。在基于近似最大可能轨迹的时变可靠性分析方法的基础上,根据时间离散所得串联系统瞬时可靠度最小的组件决定整个系统可靠度的特点,在最大可能轨迹自适应建模过程中同时考虑轨迹模型的预测误差和预估值增加样本,提出时变可靠性分析的高效近似最大可能轨迹法;采用解析算例验证最大可能轨迹法的有效性,并将该可靠性分析方法应用于水动力涡轮叶片和航天飞机机翼的时变可靠性分析。结果表明:在精度相近的情况下,所提方法对极限状态函数调用次数不高于基于时间离散的可靠性分析方法的3%。

基于多峰分布的大尺度变形翼机构时变可靠性分析

针对机构可靠性的工程问题,提出了一种基于多峰分布的时变可靠性分析方法(iTRPD),并应用于大尺度变形翼机构的可靠性分析。首先,将变形翼结构模型离散为几个瞬时功能函数,并将其转换为独立正态变量。然后,计算出不同时刻的瞬间可靠度与各向量间的自相关系数矩阵,得到对应的概率密度函数。最后,根据协方差特性与各向量间的相关性,利用1次高维高斯积分将独立标准正态空间的时变可靠度简化为大尺度变形翼机构整体的时变可靠度。结果表明:iTRPD在分析大尺度变形翼时变可靠性时,与蒙特卡洛仿真法(MCS)的相对误差仅为-2.842%,比常规方法TRPD好;对功能函数调用次数为415,远小于MCS的1×10^(9)次;对高维高斯积分的调用,常规时变可靠性方法为35次,iTRPD仅为1次。可见,iTRPD对涉及多模态分布的时变可靠性分析具有较高的计算精度和计算效率。

列车牵引动力叶轮振动随机过程离散方法的时变可靠性分析

叶轮结构由于工作环境恶劣,在设计生命周期中经常发生振动失效。为了更有效地分析叶轮振动的时变可靠性,研究了叶轮振动随机过程离散的时变可靠度分析方法(time-variant reliability analysis method based on stochastic process discretization for blade vibration, BV-TRPD)。首先,通过振动试验和有限元模拟,建立了叶轮的振动分析模型。考虑到叶轮结构尺寸、材料参数和载荷的不确定性,采用响应面法建立了叶轮振动极限状态方程。利用非线性指数函数、随机模型参数和参数相关的高斯随机过程建立了叶轮振动的时变可靠性分析模型。其次,在跨度率等时变可靠性分析技术的基础上,将时变可靠性转化为多个时不变系统,并在时间上离散随机过程。对于隐式极限状态方程的振动有限元问题,通过采样建立了输入参数与响应极值之间的响应面函数。考虑到设计、工艺、载荷和运行环境的不确定性,研究了影响叶轮振动时变可靠性的关键参数。考虑到成本,提出了提高叶轮振动全寿命可靠性的过程控制参数,以指导实际工程应用。

考虑抗力退化的混凝土坝时变可靠性分析方法

混凝土坝服役期间,由于具有随机时变性,结构抗力性能随时间发生不确定性退化,因此有必要从时变可靠度角度评估其运行安全性能。在概率密度演化理论(PDEM)的框架内,提出一种基于PDEM的时变可靠性分析方法(EP-TSR),即利用演化过程建立坝体结构时变响应的概率密度演化方程,引进虚拟随机过程技术再次建立概率密度演化方程并求解得到随机性初始条件,最终得到坝体静态响应的概率密度曲线演化规律和丰富的时变概率统计信息,并将该方法与Monte Carlo方法计算得到的结果进行对比。结果表明,EP-TSR法应用于混凝土坝有效、合理,且具有更高的计算精度和效率。

时变可靠性约束下含风电系统旋转备用的随机规划模型

大规模风电并网后,系统运行经济性和可靠性之间的矛盾十分突出,传统确定旋转备用的方法存在较大的局限性。建立的含风系统旋转备用随机规划模型,能够根据系统容量冗余度,灵活分配各时段可靠性权重,实现调度周期内可靠性的协调优化。该模型充分考虑不同机组提供旋转备用的成本差异,允许机组对旋转备用进行报价,以发电成本、直接备用成本和期望停电成本三者之和最小为目标,实现发电侧和用户侧整体经济效益的最大化。应用该模型,可以对含风系统的旋转备用进行成本效益分析,为调度机构设置合理的可靠性水平提供决策依据。采用粒子群算法对模型进行求解,并通过算例分析验证了上述模型和算法的有效性。

平面轨迹机构时变可靠性分析的联合概率方法

机构运动时变可靠度用以度量机构在指定运动区间上的满足运动要求的概率,该类可靠度反映了机构运动的总体效应,其实质为机构系统可靠度。现有针对函数生成机构提出的运动时变可靠性分析方法不适用于轨迹机构的可靠性分析。为此,提出一种基于联合概率的轨迹机构运动时变可靠性分析方法。对于轨迹型机构,在任一坐标分量上的运动误差超过允许误差就意味着机构运动失效,因此可认为平面轨迹机构包括两种失效模式。基于此,将平面轨迹机构的系统可靠性处理为由各失效模式组成的串联系统可靠性,同时每个坐标分量也处理为N个轨迹离散点构成的串联系统,进而采用多维正态分布函数实现轨迹机构的运动可靠度求解,最后给出两个平面轨迹机构验证方法的有效性。

船舶结构时变可靠性分析的一种非线性腐蚀模型

疲劳和腐蚀是削弱船舶结构强度的两大重要因素,由于这两个因素都是随时间渐变的,因此考虑这两个因素的可靠性分析称为时变可靠性分析。在时变可靠性分析中,腐蚀模型起着十分重要的作用。本文在对现有腐蚀模型进行比较的基础上,提出了适用于船体结构时变可靠性分析的一种非线性腐蚀模型。该模型可以较好地模拟钢结构在腐蚀环境下的腐蚀损伤过程,并且作为它的特例,能包容文献中提到的几种主要腐蚀模型。在此基础上,把腐蚀增长处理成随时间变化的随机变量,应用时变方程预报了一个平板单元的可靠性,并与用现有腐蚀模型预报的结果进行了比较。

考虑微动疲劳的斜拉桥钢绞线斜拉索时变可靠性分析

腐蚀与微动疲劳是钢绞线斜拉索退化的主要原因,与平行钢丝索相比,钢绞线斜拉索钢丝之间的相互作用力大,微动疲劳作用明显。基于时变可靠性理论,利用有限元软件ANSYS建立钢绞线钢丝接触模型求解钢丝之间的相互作用力,以此给出微动疲劳随时间发展的表达式,构造了钢绞线斜拉索抗力退化函数,进而建立同时考虑腐蚀与微动疲劳的钢绞线斜拉索时变可靠性模型。计算结果表明,以可靠指标β=4.7作为结构失效标准,与不考虑微动疲劳的钢绞线斜拉索相比,考虑微动疲劳的钢绞线斜拉索可靠性下降速度加快,寿命缩短6.3年。研究结果对探明钢绞线斜拉索退化机理,评估其使用寿命具有比较重要的理论与实际意义。

盐岩地下储库群运营期多失效模式下系统时变可靠性分析方法研究

盐岩地下储库以其优良的密闭性及安全性得到日益广泛的应用,但对其体系可靠性及风险的研究尚属探索阶段。运用系统可靠性理论,对储库群在设计运营期内的失效进行定义。考虑运营期内盐岩蠕变引起的腔体体积收缩和矿柱塑性区发展对储库群系统可靠性的影响,给出储库群系统的多种失效模式,建立储库群系统可靠性分析模型。在考虑相关性的基础上,应用"最弱失效模式假设"对储库群系统进行时变可靠性分析评价。以金坛盐岩地下储库为工程背景,建立储库群数值模型,进行时变可靠性分析,得到一些有价值的结论。提出盐岩地下储库群系统时变可靠性分析方法,为盐岩地下储库群的安全运营和稳定性评价提供科学的依据。

新型墙体材料冻融循环寿命时变可靠性

通过对6种新型墙体材料和烧结普通砖在不同冻融循环次数(0,25,50和75次)下的试验,研究新型墙体材料的质量损失率、强度损失率与循环次数的关系,结合新型墙体材料冻融损伤失效过程,建立新型墙体材料的冻融损伤时变可靠度计算模型。研究结果表明:以混凝土实心砖为例,随着时间的推移,混凝土实心砖的冻融循环时变可靠指标逐渐变小,变化趋势呈抛物线型。通过模型可预测新型墙体材料的冻融循环寿命,为新型墙体材料的冻融损伤计算提供依据,为维护部门提供决策依据,降低失效风险。

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。

基于台风验证载荷的平台时变可靠性分析与更新

采用泊松过程对台风载荷进行描述,结合抗力衰减函数建立平台时变可靠性分析模型,确定基于验证载荷的平台抗力后验分布函数,从而实现平台可靠性更新;根据台风作用后平台状态与台风载荷分布函数确定验证载荷概率模型。以我国南海东北区块一海洋平台为研究对象,对平台的时变可靠性进行分析与更新,考察平台损伤极限承载能力比CQ与验证时间对可靠性更新效果的影响。结果表明:台风验证载荷能够对结构冗余度较低的海洋平台时变可靠性更新起到明显效果,且反映平台结构冗余度的CQ值越大更新效果越明显;验证载荷出现时间越晚,在初期的更新效果越明显,这个时间大约持续5 a,随后不同时刻验证载荷的更新效果趋于相同。

船体时变可靠性分析

利用船体梁强度的单调退化特性 ,确定在设计寿命内船体强度的最小值 .由船体强度的最小值和载荷的最大值 ,根据经典的时不变可靠性理论 ,构造了一种新的时变可靠性表述形式 .同Guedes Soares和 Garbatov的基于随机过程上跨率的时变可靠性表述形式相比 ,这种新的时变可靠性表述形式 ,既能够展现疲劳和腐蚀所导致的船体可靠性随时间的连续变化 ,同时又避免了数值积分的麻烦 .因此这种方法计算量小 ,计算效率高 .

基于动态Bayes网络的结构时变可靠性分析

针对存在抗力退化结构的时变可靠性问题,提出一种动态贝叶斯网络(dynamic Bayesian network,DBN)模型,以gamma过程作为抗力退化模型,并离散为Bayes网络,同时建立观测模型、可靠性模型,组合为动态Bayes网络,通过连续节点消除与离散得到仅含离散变量的动态Bayes网络;给出精确推理的3种情况,评估现在(滤波)、未来(预测)以及过去时刻(平滑)结构的状态.当测量信息出现时,对退化模型参数重新估计,利用精确推理来更新结构时变可靠性.以存在抗力退化的一跨刚架作为研究对象,验证了模型的合理性.

柔性机构时变可靠性分析的时变随机响应面法

针对柔性机构极限状态函数的时变、非线性和隐式问题,提出了柔性机构时变可靠性分析的一种新响应面法——时变随机响应面法。将模态综合法与广义混沌多项式方法相结合,建立时变随机响应面,用以描述在随机参数和刚柔耦合影响下,系统响应随时间变化的规律,并得到系统响应的统计特征。与仅用混沌多项式拟合系统响应相比,提高了计算效率。建立系统运动可靠性的时变可靠性模型,给出了时变可靠度的蒙特卡罗计算方法。以两连杆柔性机械臂为例,对方法的有效性进行了验证,结果与蒙特卡罗法相比,具有较高的计算精度。

基于马尔可夫链的系统时变可靠性分析

对由脆性材料组成的结构，应用马尔可夫链分析了系统在时变载荷作用下的时变可靠性问题。通过对比分析说明脆性结构在时变载荷作用下的可靠性与载荷的路径有密切的关系，忽略这些关系会引起较大误差。最后以一四杆脆性结构受两个时变载荷的作用为例分析了该系统的时变可靠性。

齿轮传动多模式失效的时变可靠性分析

提出一种在多种失效模式下的齿轮传动时变可靠性模型和计算方法。以齿轮疲劳寿命系数与应力循环次数之间的关系曲线建立齿轮强度时变模型,进而建立同时考虑齿面接触疲劳失效和齿根弯曲疲劳失效的可靠性分析模型。基于一次二阶矩方法推导齿面接触疲劳失效和齿根弯曲疲劳失效的时变概率计算公式,并推导出了这两种失效模式的联合失效概率密度函数的解析公式。最后给出了数值计算实例。

整体式转向机构的时变可靠性分析与综合

转向梯形机构的运动精度直接影响到汽车的转向性能。考虑转向机构中存在的不确定性因素,采用机构运动时变可靠性理论对整体式转向机构进行运动分析与综合,提出一种考虑不确定性因素影响下高精度真实转向机构的设计方法。在机构运动分析的基础上,建立了考虑机构构件尺寸为随机性变量的机构运动误差概率模型,推导了转向机构运动时变可靠度分析的解析模型,并由此建立了机构时变可靠度概念下的可靠性综合模型。最后给出数值实例验证了基于机构时变运动可靠性优化综合方法的有效性和稳健性。