基于改进四阶矩的齿轮可靠性研究

齿轮是最常用的传动部件,其常见的失效模式为齿面点蚀与齿根断裂。为了快速、精确地对其进行可靠性分析,提出了一种考虑失效相关的改进四阶矩法。首先,根据失效机制分别建立齿面接触疲劳与齿根弯曲断裂失效的可靠性模型。其次,为提高传统四阶矩求解精度,先使用改进一次二阶矩法求出的二阶可靠性指标,再求得新四阶可靠性指标,从而提高单一失效模式的可靠性求解精度;然后,基于条件概率降维法计算多失效模式间的相关度及考虑失效相关时的整体失效概率。最后,以某系统的传动齿轮为例,比较了所提方法、均值一次二阶矩(Mean Value First Order Second Moment,MVFOSM)法、改进一次二阶矩(Advanced First Order Second Moment,AFOSM)法和传统高阶矩标准化技术(High-Order Moment Standardization Technique,HOMST)法的计算效果。结果显示,所提方法在精度和效率上都得到了较大的提升,提供了一种分析多失效模式可靠性的理论方法。

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。

一类分数高斯噪声驱动的Ornstein-Uhlenbeck过程的参数估计:Hurst参数H∈(0,1/2)

Chen和Zhou(2021)研究了一类分数高斯过程(G_(t))_(t≥0)驱动的Ornstein-Uhlenbeck过程的参数估计问题,其中协方差函数R(t,s)=E[G_(t)G_(s)]的二阶混合偏导分解成两个部分:一个与分数布朗运动相同,另一个以(ts)^(H−1)为界,其中H∈(1/2,1).该文研究同一问题,但假设H∈(0,1/2).分数高斯过程联系的希尔伯特空间H当H∈(1/2,1)和H∈(0,1/2)时差异显著.该文的起点是这类高斯过程(G_(t))t≥0和分数布朗运动(B^(H)_(t))t≥0分别联系的希尔伯特空间H和H_(1)的内积之间的一种定量关系.该文得到漂移参数基于连续时间观测的最小二乘估计和矩估计的强相合性,其中H∈(0,1/2),及渐近正态性和Berry-Esséen类上界,其中H∈(0,3/8).

低信噪比下典型雷达信号调制类型识别

针对低信噪比雷达信号调制类型识别概率低的问题,提出了一种基于分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform,FRFT)频谱四阶原点矩的低信噪比雷达信号调制类型识别方法。该方法首先对输入的雷达信号进行分数阶傅里叶变换,求得分数阶傅里叶频谱四阶原点矩;然后根据分数阶傅里叶频谱四阶原点矩归一化幅度包络,判断其包络中峰值点对应的变换阶数,对雷达信号进行粗识别;最后计算幅度包络的峰态值,通过设置的峰态阈值,比较峰态值大小,判断信号调制类型,实现类内信号调制类型的细识别。仿真实验验证了所提识别方法的有效性。

基于模糊-随机混合空间的机构时变可靠性研究

机构的参数与失效判据中往往存在模糊变量与随机变量相互混合的情况,并具有性能伴随时间退化等故障。针对这一现象,完成了包含模糊、随机参数的机构时变可靠性模型建模与计算。

基于四阶矩法车削颤振可靠性研究

再生颤振是影响加工质量、加速刀具磨损、刀具破坏的主要原因。以车削加工为研究对象,针对具有不确定参数的车削加工颤振预测问题,研究车削加工系统结构动态特性参数具有随机特性的情况下颤振可靠性建模及求解问题。定义车削加工过程不出现颤振的概率为颤振可靠度,建立车削加工系统可靠性模型,研究四阶矩法求解可靠度的问题,提出利用颤振可靠性叶瓣图方法进行颤振预测。通过模态试验对一车床进行频响函数测试,采用四阶矩法计算获得了颤振可靠度,并与蒙特卡洛法获得的可靠度相比较。结果表明四阶矩法计算获得的可靠度与蒙特卡洛仿真结果一致性很好,但是四阶矩法计算精度高而且计算耗时远小于蒙特卡洛法。进行颤振可靠性切削试验,通过观察振纹和分析噪声功率谱识别颤振,对典型参数进行验证,试验结果与分析结果一致。

多失效模式机械零件可靠性灵敏度估计

机械零件的失效往往存在多种失效模式,且这些失效模式对可靠性灵敏度均有影响,因此在进行可靠性灵敏度估计时,要充分考虑零件的各个潜在失效模式。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。运用随机摄动技术和四阶矩技术,求得各失效模式功能函数的前四阶矩及可靠性指标,解决了随机变量分布类型未知时,各失效模式的可靠度计算问题。根据机械零件失效模式较少的特点,将零件的潜在失效模式视为串联关系,则零件整体的失效即为失效模式的串联失效。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可靠性灵敏度的计算公式。数值算例表明所述方法可快速有效地估计多失效模式机械零件的可靠性灵敏度,且适用于非线性功能函数的情况。

非线性随机系统的独立失效模式可靠性灵敏度

较好地解决了具有独立失效模式的多自由度非线性随机参数振动系统的可靠性灵敏度分析问题.应用四阶矩技术和Edgeworth级数把未知的响应和状态函数的概率分布展开成标准的正态分布的表达式,从而确定了系统的可靠度和可靠性灵敏度,并放松了随机参数的分布概型和激励类型.

齿轮系统随机振动及其传动误差的可靠性及灵敏度分析

基于齿轮动力学模型建立了齿轮传动系统耦合振动的可靠性模型,解决了齿轮耦合振动的可靠性分析和可靠性灵敏度分析的问题.将齿轮系统的非线性动力响应与可靠性技术相结合,利用四阶矩技术、Edgeworth级数方法对齿轮振动的振幅响应和系统传递误差进行了可靠性分析,并基于失效模式相互独立分析了系统的可靠度.在可靠度分析基础上求解了可靠度对随机参数均值与方差的灵敏度.所述方法可有效地解决齿轮系统的振动可靠性问题,并可指导其结构的优化设计,以减少因振动引起的齿轮系统传动的不稳定性问题.

基于四阶矩估计的机器人运动可靠性分析

为了研究串联型机器人的连杆尺寸偏差和关节间隙对运动可靠性的影响,将机器人运动路径离散成一系列插补点,有效的运动路径要求每一个插补点的位置误差均在精度范围之内.以离散点的位置误差为随机变量,通过研究路径中所有离散位置点误差的极值分布,基于最大熵原理建立机器人系统的功能函数.采用四阶矩估计法,对机器人的可靠性进行计算.与传统的一阶可靠性方法、一次二阶距估计法及Monte Carlo模拟进行对比分析.结果表明,采用四阶矩估计方法能够提高计算精度,显著缩短计算时间.

某型导弹舱段连接结构强度可靠性灵敏度分析

研究了某型导弹舱段连接结构强度的可靠性。为进行可靠性分析,首先采用非线性接触有限元法对螺钉连接舱段结构进行确定性分析,以校核结构的强度是否满足设计要求;其次,考虑了加工、设计公差造成实际尺寸的分散性,将螺钉位置和舱段厚度作为随机变量,结合确定性分析方法,引入四阶矩法对舱段连接结构进行了强度可靠性分析以及随机变量灵敏度分析。分析结果表明,在充分考虑随机变量的分散性时,舱段结构强度失效概率为1.18×10-3;灵敏度分析发现,舱段连接段的厚度是影响舱段结构强度可靠性的主要因素。

两端简支输流管道共振可靠度分析

采用基于Galerkin的加权残数法分析输流管道,利用N阶Galerkin截断建立试函数,推导出消除残数方程,得到输流管道的前N阶固有频率,并分析流速对固有频率的影响。建立输流管道共振可靠度的功能函数,利用点估计法计算功能函数的前四阶矩,采用修正Edgeworth级数法求得输流管道的共振可靠度,并讨论了流速对管道共振可靠度的影响。研究结果对于输流管道的防共振设计和共振可靠性评估具有参考价值。

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。

具有独立失效模式的多自由度非线性振动系统的可靠性分析

对不考虑失效模式相关性的多自由度非线性随机振动系统可靠性进行了研究。在结构系统响应和状态函数的前四阶矩的一般数学表达式的基础上 ,使用 Edgeworth级数把未知响应和状态函数的概率分布展开成标准的正态分布表达式 ,并放松了对随机参数的分布概型和激励类型的限制 。

任意分布参数疲劳裂纹扩展寿命的可靠性分析

针对工程中疲劳裂纹扩展过程带有很大的随机性,采用Paris-Erdogan公式计算了两端承受均布拉伸载荷的边缘斜裂纹板的疲劳裂纹扩展寿命。裂纹扩展方向采用最大周向应力准则。在此基础上,以材料属性和载荷为随机变量,用随机有限元法结合计算可靠度的四阶矩法,分析了分布参数为任意分布时的疲劳裂纹扩展寿命可靠度对极限寿命的变化规律。通过算例说明本文方法的结果与Monte-Carlo Simulation的结果误差很小,对疲劳设计有一定的指导意义。

地震动作用下消能构件的动力可靠性分析

对地震动作用下消能构件(油阻尼器)的动力可靠性分析,建议了一种简化的动力可靠度分析方法。首先基于首次超越破坏准则,采用极值分布描述建立了消能构件动力可靠度的等价功能函数表达,定义了消能构件响应的安全裕量;然后采用点估计法计算安全裕量的统计矩,并结合四阶矩方法求解消能构件的动力可靠度,最后,以受到地震动作用的一栋钢结构行政楼的油阻尼器动力可靠度问题为例,采用建议方法分析了油阻尼器撞击失效的动力可靠性问题,计算结果表明了建议方法的可行性和适用性。

基于四阶矩的车辆传动轴可靠性灵敏度分析及结构改进

提出了基于四阶矩理论的机械可靠性灵敏度分析的数值方法,建立了履带式车辆传动系统传动轴的力学模型,以传动轴为研究对象讨论分析了在仅知道机械构件结构随机分布参数前四阶矩的情况下机械构件的灵敏度分析问题,给出了传动轴可靠度随其各个结构参数改变的灵敏度变化规律,研究了结构设计参数的改变对传动轴可靠性的影响,为传动轴的可靠性优化提供理论依据,进而基于可靠性灵敏度分析结果对传动轴的结构改进进行研究,研究成果可以推广到相关机械可靠性灵敏度设计和结构优化领域,具有非常重要的实用意义。

具有不完全概率信息的圆柱齿轮传动的可靠性灵敏度设计

应用随机摄动技术和四阶矩技术,将可靠性设计理论与灵敏度分析方法相结合,建立了圆柱齿轮传动的可靠性灵敏度设计模型,提出了基于四阶矩方法的可靠性灵敏度设计的计算方法,讨论了具有不完全概率信息的圆柱齿轮传动的可靠性灵敏度设计问题,探讨了圆柱齿轮传动的可靠性随设计参数改变的数学评价方法,给出了可靠性灵敏度的变化规律,研究了设计参数的改变对圆柱齿轮传动的可靠性的影响,并且获得了理想的数值设计结果。为圆柱齿轮传动的可靠性设计提供了理论依据。

基于随机载荷和强度退化的可靠性灵敏度分析

针对随机载荷和强度退化所引起的动态可靠性问题,将载荷和强度同时考虑成随机过程,利用顺序统计理论得出最大等效载荷,利用Gamma过程来描述机械零件的强度退化过程,并对零件进行动态可靠性建模.在此基础上,运用随机摄动理论和四阶矩技术给出了动态可靠性灵敏度的求解公式,解决了参数服从任意分布的灵敏度求解问题.以零件螺栓为例建立了可靠性动态模型,给出了各参数变量的灵敏度随时间变化的动态曲线,并用Monte Carlo方法进行了验证,结果表明所建立的模型能准确反映出机械零件的可靠性随使用时间的变化规律.

不完全概率信息下机械零部件的可靠性灵敏度设计

应用随机摄动技术和四阶矩技术,将可靠性设计理论与灵敏度分析方法相结合,建立了机械零部件可靠性灵敏度设计模型.提出了基于四阶矩方法的可靠性灵敏度设计的计算方法,讨论了具有不完全概率信息的机械零部件的可靠性灵敏度设计问题;探讨了机械零部件的可靠性随设计参数改变的数学评价方法,给出了可靠性灵敏度的变化规律;研究了设计参数的改变对机械零部件的可靠性的影响,并且获得了理想的数值设计结果.为机械零部件的可靠性设计提供了理论依据.