Dynamic Optimal Design for the Reliability of a Mechanical System

This paper uses dynamic programming principle and network graph method to deal with optimal design for the reliability of a mechanical system considering production cost.

基于威布尔分布的机械加速寿命试验优化与可靠性统计分析

机电产品加速寿命试验中存在试验效率不高,且试验数据有效性较低的问题,为此,对基于威布尔分布型机械产品恒定应力加速寿命试验进行了优化设计方面的研究。首先,假定威布尔分布型试验样品在各试验应力水平下失效机理保持不变,且其特征寿命与各试验应力水平之间符合广义对数线性方程,在此基础上建立了定时截尾恒定应力加速寿命试验可靠性统计模型;然后,在试验样本总量保持一定的情况下,以各应力水平下的试样分配比例及试验应力水平数为优化变量,同时根据D-最优设计理论,以“各试验应力下得到的Fisher信息矩阵最大,且机械产品中位寿命估计值的方差最小”为优化目标,对威布尔分布型机械产品定时截尾恒定应力加速寿命试验方案进行了优化设计;最后,以某型机械产品为例进行了仿真模拟试验与算例分析,以验证加速寿命试验优化方法的有效性与可行性。研究结果表明:所提出的定时截尾恒定应力加速寿命试验优化设计方法是可行和有效的。

机械零件可靠性设计理论与方法研究

机械可靠性设计的任务就是提供实际计算的数学模型和方法,在机械产品的研发阶段预测其在规定工作条件下的工作能力或寿命.结合可靠性理论研究的历史及现状对机械可靠性设计理论进行深入分析,阐明了可靠性优化设计、可靠性灵敏度设计、可靠性稳健设计、可靠性试验、传统设计方法与可靠性设计相结合等机械零件可靠性设计理论与方法的内涵,为机械零件可靠性设计提供系统的理论和方法.

基于极值响应面法的柔性机构可靠性优化设计

为建立柔性机构可靠性优化设计的理论与方法.用传统方法进行柔性机构截面尺寸的初步设计,将模态综合法与柔性多体系统动力学相结合,建立柔性机构拉格朗日形式的动力学微分方程,用蒙特卡罗法抽取柔性机构输入参数随机样本,并对每个样本求解动力学微分方程,得到对应的位移、速度、加速度在分析时域内的响应,在此基础上求出对应的动态应力和挠度响应.将不同输入样本对应的应力和变形输出响应在分析时域内的最大值的全体作为新的输出(极值)响应,构造极值响应面函数.以材料密度、弹性模量、许用刚度、强度和构件截面尺寸为随机变量,以构件尺寸为设计变量,以机构质量为目标函数,以设计变量表示的可靠性指标为约束函数,对柔性机构进行可靠性优化设计.实例计算表明,该设计方法在满足可靠性要求的情况下使得机构的质量最小.

土钉墙的一种可靠性自动优化设计法

建议一种土钉墙设计的可靠性优化设计法,这种方法能够确保土钉墙在施工开挖和使用过程的全过程安全,即:(1)能够保证施工开挖过程和使用阶段的土钉承载力的强度要求;(2)能够保证土钉墙施工每个开挖阶段和使用当中的整体稳定性的要求;(3)采用一种迭代优化法使土钉墙结构所用的土钉长度和直径达到最经济。这种方法可考虑土钉对稳定性的影响,建立各个施工开挖阶段和使用过程土钉墙的最危险滑移面的确切位置与每层土钉长度和直径的动态关系。最后,用一案例说明这种方法在各个施工开挖阶段和使用当中的可靠性。该案例是位于湿陷性黄土地区的一深基坑,按照普通土钉墙设计方法在施工阶段出现了破坏。破坏原因分析证明,传统设计方法存在一些缺陷,这个缺陷就是设计中没有建立各个施工开挖阶段土钉墙最危险滑移面与每层土钉长度和直径的动态的变化关系,没有考虑施工开挖阶段的稳定性设计验算问题。采用该方法重新设计基坑施工过程和使用当中均安全可靠,此方法可供土钉墙设计和施工人员参考。

能耗最低机采系统设计方法的研究及应用

为了有效地降低有杆泵抽油系统能耗及提高抽油机井系统效率,建立了一套有杆泵抽油系统输入功率理论计算体系。该体系将有杆抽油系统输入功率划分为有效功率、地面损失功率、井下粘滞损失功率、井下滑动损失功率及溶解气膨胀功率5部分。分析了各部分功率的影响因素,确定了抽油系统输入功率与物性参数、井斜参数、设备参数及生产参数组合间的函数关系式。根据新的输入功率计算体系,提出了以能耗最低或以成本最低为目标函数的机采系统设计方法。运用该方法进行机采参数优化,能够确定最经济机采参数组合。现场应用表明,该方法可以有效降低抽油机井系统能耗,大幅度提高机采系统效率。

机械可靠性设计的内涵与递进

机械可靠性设计的基本任务是在故障物理学研究的基础上,结合可靠性试验以及故障数据的统计分析,提供实际计算的数学力学模型和方法及实践。这样就可以在机械产品的研制阶段,估计或预测产品在规定工作条件下的工作能力状态或寿命,保证产品具有所需的可靠性。结合现代数学力学理论,系统地阐明机械可靠性设计、机械动态可靠性设计、机械可靠性优化设计、机械可靠性灵敏度设计、机械可靠性稳健设计等系列可靠性设计理论与方法内涵与递进,力图为解决我国机械工程领域可靠性设计核心技术缺乏的问题指明路线与途径以及为形成产品自主研发能力提供技术服务和储备,对工程实际的机械可靠性设计提供系统成组的理论与方法,可以为机械行业提供可靠性分析与设计的技术服务。

电涡流耗能动力吸振器设计与试验研究

针对飞机垂尾抖振抑制的需要,提出一种空间布局紧凑、基于非接触式电涡流耗能机理、阻尼可设计的动力吸振器设计方案。电涡流耗能机制的引入保证该动力吸振器具有良好的环境适应性、耐久性和可靠性。基于电磁场理论,建立了电涡流阻尼力的计算模型,获得电磁阻尼的设计规律,通过与试验结果对比,验证了电涡流阻尼模型的准确性。并以等效悬臂梁结构为对象,应用最优参数设计原理确定动力吸振器参数,设计制造了动力吸振器样机。试验结果表明,该电涡流动力吸振器具有良好的吸振性能,最大减幅比可达98%。

基于补偿回滚的操作系统故障自恢复技术

操作系统故障根据传播特性可分为process-local和kernel-global 2类,分别造成进程局部数据和内核全局状态的错误。现有技术通过重启系统或故障进程实现对进程局部数据错误的恢复,但未考虑内核全局状态的不一致问题,不能保证对kernel-global类型故障的恢复效果。针对以上问题,提出了一种基于补偿回滚的故障自恢复技术。该技术通过监测内核全局方法调用,在进程局部数据被正确恢复的前提下,利用补偿操作对不一致的内核全局状态进行恢复,控制了故障的传播效应,减小了单点故障造成的影响。此外,该技术以内核模块的形式实现,不需要对目标操作系统进行修改,可便捷地实现功能扩展和移植。故障注入实验结果表明,在保证系统功能正常的前提下,该技术能对91.6%的故障进行有效恢复,且带来的系统负载较小。

机械系统可靠性的动态优化设计

通过运用动态规划法原理和网络图方法,探讨了在机械系统设计中,既要使系统的可靠性最高,又要使系统的生产成本最低的机械系统的动态优化设计的原理和方法,通过实例分析证明此方法可以有效地解决机械系统可靠性问题。

基于遗传算法和序列二次规划法的结构稳健性优化设计方法

针对目前结构优化设计方法未考虑参数随机性的问题,提出基于遗传算法和序列二次规划法的结构稳健性优化设计方法。将结构产品的质量特性作为优化目标,性能函数的可靠度指标作为约束条件,建立稳健性优化设计模型。利用序列二次规划法计算其性能函数的可靠度指标,在此基础上,利用遗传算法进行迭代计算,得出最优设计结果。最后,将某型导引头导轨齿轮设计作为工程案例,验证了使用此结构稳健性优化设计方法能够降低产品重量,提高结构稳健性。

机械可靠性设计的内涵与递进

文章主要研究的机械可靠性设计的具体意义与其发展历程。笔者从其设计的流程角度出发,研究可靠性设计的优化,从中寻求可靠性对机械制造的重要性。为了保障机械产品的安全性,保证生产出来的产品从性能和质量上都能够符合消费者的需求,企业需要不断通过对可靠性的设计,提升质量,从而为自身的发展谋求更多的利益空间。

浅析机械产品的可靠性及其优化设计

自工业革命以来,人类社会活动越来越依赖机械产品。这虽然在某种程度上推动了机械产品制造业的发展,但也暴露了该行业存在的一些问题。机械产品可靠性作为衡量产品质量的重要指标已成为机械行业关注的重点,并发展成为一门重要的学科。因此,分析机械产品可靠性的内涵、特点及其优化设计对提高机械产品质量,促进机械制造业的发展具有重要意义。

6吨真空抬包蜗轮蜗杆的设计计算

某国某铝厂建厂时从中国采购的8台6 t真空抬包目前已使用将近5年时间,减速机中的蜗轮蜗杆机构磨损严重,已影响正常的生产工作,因此考虑到降低采购成本、提高倾转效率的目的,本次设计对原有减速机蜗轮蜗杆机构进行重新设计,由2级蜗轮蜗杆机构改进为3级蜗轮蜗杆机构,并经过详细的力学分析和公式计算确定了蜗轮蜗杆的详细参数和工艺指标,并交由当地机械加工厂进行加工生产,目前已完成该8台6 t真空抬包的改造,运行良好,为铝厂降低了直接生产成本。