烧蚀型热防护系统概率设计与可靠性评估方法研究

为在保障热防护系统可靠性的前提下减轻重量,本文建立考虑多源不确定性的烧蚀型热防护系统的概率设计和可靠性评估方法。采用有限元方法计算系统热响应,通过试验测试与数值模型对比验证方法的有效性。并构建热防护系统的不确定性输入参数与目标输出的代理模型,基于代理模型与蒙特卡洛方法进行热防护系统目标变量的概率特性分析。采用Sobol指标对不确定性参数进行灵敏度分析,并以系统可靠性为指标进行概率设计。该方法针对来流、几何以及材料属性等多源不确定性进行热防护系统的概率设计与可靠性评估,以二维平板模型为例,计算热防护系统最高背温的概率特性以及不确定性参数的灵敏度,得到了不同涂层厚度情况下系统的可靠性。结果表明,与安全系数 n =1.5的设计相比,概率设计减重达到24%。

估计三种常用应力-寿命模型概率设计S-N曲线的统一方法

提出了适于三参数、 Langer和 Basquin三种常用应力-寿命模型称为广义极大似然法的估计概率设计 S- N曲线及其置信限的统一方法。方法将概率设计 S- N曲线表示为对数疲劳寿命均值和均方差曲线的广义形式。与现有常规和经典极大似然法方法不同，考虑所有试验数据的统计特征，应用最小二乘法先估计出均值曲线中的材料常数，然后利用极大似然原理和数学规划法估计出均方差曲线中的材料常数。有效性采用拟合相关系数、拟合误差均方值和置信限综合评价。对反应堆不锈钢管道焊接头虚拟应力幅-裂纹萌生寿命数据及 45＃碳钢成组法和极大似然法疲劳试验应力-寿命数据的分析说明了方法的有效性。一般来说，三参数模型的拟合效果最好， Langer模型次之， Basquin模型最差。本文方法的拟合效果好于现有方法，并尽量避免了现有方法受试验数据局部统计特征影响而可能给出偏于非安全估计的缺陷。

刚性陶瓷瓦热防护系统概率设计分析方法

针对高超声速飞行器中广泛应用的陶瓷瓦热防护系统,结合有限元法和蒙特卡洛模拟建立了其概率热分析系统,提出了刚性陶瓷瓦热防护系统尺寸概率设计方法。建立了刚性陶瓷瓦热防护系统的二维有限元模型,考虑了热传导系数、比热容和表面辐射率等材料属性参数以及热防护系统各层厚度的不确定性,得到系统温度场的概率分布特性和系统热防护性能对各参数的灵敏度,并对系统的热可靠性进行了评估。算例表明:文中提出的方法对热防护系统设计过程中合理确定陶瓷瓦厚度和在保证系统性能的前提下有效减轻重量具有指导价值。

平面钢闸门主梁的可靠度分析及概率设计

概率设计法在工程设计各领域中已逐步得到应用，而作为水工建筑物重要组成部分的水工金属结构，目前的设计方法是按现行的设计规范——《水利水电工程钢闸门设计规范》的许用应力法进行设计的。因此，水工金属结构的设计准则向概率设计法过渡已是大势所趋。现以平面闸门主梁为研究对象，对水工金属结构的概率设计问题进行了研究，建立了主梁的设计表达式并确定了各分项系数值；探讨了水工金属结构概率设计的一般方法。

基于响应面方法的汽轮机叶片静动频概率设计及敏感性分析

考虑随机因素的影响,对叶片的固有振动特性进行概率分析和设计是叶片动强度可靠性设计的基础。文中以某试验台用汽轮机等直叶片为研究对象,考虑几何参数(包括长度、宽度、厚度)、材料参数(弹性模量,密度)和转速的随机性,通过有限元参数化建模。将确定性有限元方法(FEM)、响应面方法(RSM)和Monte-Carlo模拟法相结合,从而获得了叶片静频、动频的统计特性和累积分布函数;同时考虑随机变量的梯度和离散范围对静、动频的影响,通过概率敏感性分析,定量地判断出叶片静、动频对随机输入变量的敏感性;通过绘制叶片静、动频与输入变量的散点图,定量地分析了如何改变随机变量以调整静、动频率的方法。计算结果表明,FEM-RSM-Monte Carlo方法计算量小,速度快,拟合精度高,是叶片动强度可靠性分析的可选方法。

缓冲包装概率设计方法研究

在引入缓冲包装失效概率（破损概率）、可靠指标、状态函数等概念后．建立了缓冲包装的概率设计方法．提出了基于概率理论的最适度缓冲包装设计概念．给出了相应的数学表述和设计步骤。特别是指出了包装产品存在着经济上的最佳失效概率（最佳破损概率），对缓冲包装的合理设计具有重要意义。

飞机复合材料结构的概率设计方法

当前在军用和民用飞机复合材料结构设计方法中,主要设计变量是按确定量来处理的而忽略了它们的随机性,即确定性方法。实际上,飞机结构的安全性要受到很多因素的影响,其中一些主要影响因素具有明显的、不可忽视的随机特性。因此,更先进的设计思想是发展能综合考虑各种主要因素的随机性的结构设计方法,即结构概率分析与设计方法。概率设计方法已经逐渐成熟,并且开始用于复合材料结构设计。本文详细讨论了国外提出的6种主流的概率设计方法,总结了它们的分析流程以及优缺点。本文最后指出了复合材料结构概率设计研究中有待解决的问题,为进一步开展飞机复合材料结构的概率设计方法的研究提供了有益的建议。

高压涡轮叶尖径向运行间隙概率设计

为了改善高压涡轮叶尖径向运行间隙(BTRRC,Blade-Tip Radial RunningClearance)设计和控制合理性,考虑典型载荷下的热载荷和机械载荷和合理选取随机变量,在确定性分析基础上对BTRRC进行了概率设计.通过确定性分析,得出涡轮盘、叶片和机匣的径向变形以及BTRRC随时间变化规律,并找出危险点(t=180 s)作为概率设计的计算点.通过概率分析,不但得到了各部件径向变形的概率分布特征及不同稳态叶尖间隙δ下的失效数、失效概率和可靠度,还找到了影响它们径向变形和BTRRC的主要因素.综合考虑航空发动机可靠性和效率,将δ设定为1.95mm为宜,满足设计和工程要求,为BTRRC的控制和设计提供了依据.

航空发动机典型结构概率设计技术

为满足先进航空发动机性能要求,越来越多的新材料如粉末合金、金属间化合物、陶瓷材料、复合材料等不断出现。这些材料在某些性能如强度、应力、密度等方面较传统金属合金有明显的改善,但是其材料属性存在许多不确定性因素和新的失效模式,采用确定性设计方法将产生较大的偏差。因而,对新材料、新结构、新工艺体系下的发动机典型结构更需要采用概率设计方法。

基于ANSYS概率设计系统的边坡稳定概率分析

基于ANSYS概率设计系统,提出了利用ANSYS概率分析功能对边坡稳定性进行可靠性分析的方法。通过一个典型的边坡工程算例,利用蒙特卡洛法对边坡在多种随机变量作用下的稳定性可靠度进行了计算分析,得到在目标控制值下边坡的失效概率、可靠度变化等重要指标,较传统确定性安全系数更为客观合理。分析结果形象直观,提高了边坡稳定性及可靠度分析的效率,可与确定性安全系数法对比结合使用。

混凝土结构碳化耐久性的概率设计表达式

随着施工工艺的不断改进和业主对可靠度的不同选择,现行耐久性设计方法在灵活性、通用性和可靠度控制精度上越来越表现出其自身的局限性.根据理论和经验相结合的碳化深度模型,选用最新统计数据,考虑保护层厚度,抗压强度以及混凝土结构碳化深度计算模型的不定性系数三个基本随机变量,提出结构关于时间的功能函数.依据设计值法和结构可靠度的基本理论,考虑基本变量的概率特性、结构设计的目标可靠指标以及其设计使用年限对设计结果的直接影响,用基本变量的基准值与分项系数的乘积来表达其设计值,在分项系数中全面反映了目标可靠指标的影响,建立了基于碳化寿命准则的混凝土结构耐久性概率设计表达式.该耐久性设计方法适用于一般大气环境下任意设计使用年限的不允许出现钢筋锈蚀的混凝土结构,根据表达式可直接确定新材料、新工艺在满足不同可靠指标和设计使用年限的耐久性要求下的保护层厚度和混凝土强度.

基于统计学习理论的叶片动静频率概率设计及敏感性分析

考虑随机因素的影响,对叶片固有振动特性进行概率分析,并判断其对随机参数的敏感性是叶片动强度可靠性设计的基础。以某试验台用汽轮机等直叶片为研究对象,考虑几何参数(长度、宽度、厚度)、材料参数(弹性模量,密度)和转速的随机性,运用统计学习理论,将确定性有限元、径向基函数(RBF)神经网络和MonteCarlo模拟法相结合,得到了叶片静(动)频率的统计参数和累积分布函数。采用概率敏感性分析方法,定量地判断出叶片静、动频率对随机输入变量的敏感性,分析结果对工程实际具有一定的指导意义。此外,还将计算结果与响应面方法进行了比较,得出该方法较响应面方法更加快捷,可作为叶片动强度可靠性分析的可选方法。

基于模糊概率设计的装配尺寸链公差分配

将模糊数学原理引入到装配尺寸链公差分配中 ,建立了装配尺寸链公差模糊可靠性分配数学模型 ,并通过实例加以说明 ,设计结果表明本文提出的公差分配方法比传统方法更科学。

圆柱螺旋弹簧疲劳强度的模糊概率设计

根据模糊概率设计理论，对圆柱螺旋弹簧的疲劳强度的模糊概率设计计算方法进行了初步的探讨，并给出了设计实例。

导流围堰施工计划的动态概率设计方法

拟订围堰施工计划即设计河道截流后各月围堰修筑应达到的高程，在运用随机过程理论研究了堰前水位的概率特性后，提出了围堰施工动态保证率，从而导出了导流围堰施工计划的动态概率设计方法．

概率设计法在汽轮机直叶片级热力设计中的应用

提出了汽轮机直叶片级热力性能的概率设计法。该方法以现有汽轮机直叶片级的热力设计的计算公式为基础，把叶片级的热力设计量根据实际情况处理为随机变量，把概率论和统计学应用于直叶片级的热力设计，旨在准确分析设计和制造因素离散性对叶片级内功率和相对内效率的影响。文中给出了汽轮机直叶片级３０个热力设计量的均值和标准差的计算公式和应用实例。

抗共振可靠性全概率设计法研究

研究抗共振可靠性的全概率设计法 .运用常规振动设计理论和可靠性相干理论为基础的全概率法建模 ,并用数值积分法求解 .导出了抗共振可靠性工作频率、临界频率相干的 4种类型分布 ,7种不同组合的可靠度计算表达式 .建立了抗共振可靠性全概率设计法的理论 .证明了在低可靠度时分布类型对可靠度影响不大 ;而在高可靠度时 。

砂井地基固结概率设计的简化分析方法

根据工程地质勘察资料 ,统计分析了固结系数的空间概率特征。利用两点概率理论 ,探讨了竖向固结系数与水平向固结系数间的互相关性对砂井地基固结的影响 ,并分别研究了竖向固结、径向固结和砂井地基固结对固结系数不确定性的敏感性。竖向固结系数与水平向固结系数间的互相关性对砂井地基固结的概率特性有一定程度的影响。竖向固结和径向固结的概率特性对固结系数分布类型的敏感性随着固结系数变异性的增加而随之增加。砂井地基固结的概率特性对于水平向固结系数的不确定性比较敏感 ,而对于竖向固结系数的不确定性不敏感。基于参数的敏感性分析 ,提出了砂井地基固结概率设计的简化分析方法。该方法忽略竖向固结系数不确定性的影响 ,而仅考虑水平向固结系数的不确定性及其分布影响。为便于工程应用 。

螺旋锥齿轮传动精度和修形量的概率设计

通过对中低速螺旋锥齿轮动载系数的限定 ,用概率法近似计算齿轮的齿距误差和修形量 ,确定相应的齿轮精度范围 ,可克服用一般方法确定齿轮精度的盲目性和事后性 。

液体动力润滑滑动轴承概率设计

为了最大限度地满足液体动力润滑径向滑动轴承的承载量系数值,以达到滑动轴承承载能力的要求,提出液体动力润滑径向滑动轴承概率设计的数学模型,并给出了具体的概率设计方法。实例计算结果表明,该方法实用、合理。