基于误差可靠性分布的航空管道动力学响应实验与分析

通过管道稳态正弦基础激励动态响应实验,得到管道特定位置在不同激励频率下动力学响应实验数据;通过考虑了加速度传感器引起附加质量的航空管道模态特性及响应计算,并分别与管道实验数据进行对比分析;将计算值和实验值之间的误差作为分布变量,进行可靠性分布拟合和优良性检验;基于变量分布特性,结合发动机工作频率范围和数值计算结果,得到某型复杂航空管道在不同可靠度下的等效应力和位移响应值,并对其进行安全评估。结果表明:管道约束状态对模态测试和动态响应结果影响较大,数值计算结果和实验测试结果之间的误差服从正态分布,该分布可用于评估复杂管道的动力学特性。

飞机起落架缓冲器参数可靠性灵敏度分析

对某型飞机起落架缓冲器参数进行可靠性灵敏度分析。首先采用MSC.ADAMS建立起落架落震仿真模型。在起落架落震分析的基础上,以缓冲系统的效率、缓冲器的行程以及起落架最大过载等指标建立多模式下缓冲器参数的可靠性灵敏度分析模型。针对缓冲器的复杂性,采用基于Kriging方法的代理模型建立缓冲器输出响应与设计参数的函数关系,再采用重要抽样法求解缓冲器参数的灵敏度,研究结果对缓冲器改设计提供指导。

考虑失效状态模糊性时的笛形管广义共振可靠性分析

研究了模糊失效状态下气热防冰笛形管结构共振可靠性分析方法。建立了笛形管结构的参数化有限元模型并进行了模态分析。考虑结构尺寸参数、材料性能、外部激励的随机性以及共振状态的模糊性,采用模糊集合理论描述结构固有频率与外部激励的接近程度,建立了三角型隶属函数下的广义共振可靠性分析模型。基于分解定理和扩展定理推导了λ水平截集下笛形管结构广义共振可靠性求解方法。研究工作对飞机气热防冰管路的结构设计提供了参考。

飞机起落架收放机构功能可靠性与灵敏度分析

在ADAMS中建立了某飞机起落架的虚拟样机模型,并对起落架收放机构进行了动力学分析。利用ADAMS的参数化设计功能,综合考虑了作动筒的位置、摩擦系数、外界风速等参数的不确定性,实现了起落架收放机构模型的参数化。通过VB编制的可靠性计算程序不断调用ADAMS,完成了起落架收放机构的功能可靠度与灵敏度分析。分析结果表明:收放机构的失效概率为1.662×10-6;对收放机构功能影响较大的是作动筒位置和摩擦系数,而外界风速的影响很小。

随机噪声模拟下机构部件磨损动态可靠性模型及其求解方法

基于随机动力学理论,开展机构部件磨损动态可靠性的建模,推导了失效概率的求解方法。在机构部件传统磨损分析的基础上,引入白噪声、OU色噪声两种不同类型的随机项来模拟部件磨损过程的动态性和随机性,并以部件动态磨损量和容许磨损量建立磨损动态可靠性模型,推导了动态可靠性基于随机模拟方法和随机泰勒展开方法的求解公式。以某型飞机货桥锁机构为例开展部件磨损动态可靠性分析,验证了所提模型和方法的合理性。

基于高阶矩法的导弹吊挂与滑轨接触可靠性分析

研究了某型导弹吊挂与滑轨在装配情况下的强度可靠性。采用有限元二次开发技术建立了导弹吊挂与滑轨的参数化有限元模型,并对其进行了强度校核。考虑加工、设计公差造成实际尺寸的分散性,以结构关键部位的几何尺寸作为随机变量,将有限元参数化方法与四阶矩可靠性方法相结合,对吊挂开展了强度可靠性及参数灵敏度分析。得到了结构强度失效概率为0.000 607,耳片内侧长度和耳片厚度是影响导弹吊挂结构强度可靠性的最主要因素。与其他可靠性分析方法相比,文中所用方法具有更高的分析精度和计算效率,特别适于复杂结构的可靠性分析。

考虑渐变破坏的导弹吊挂结构疲劳寿命广义可靠性分析

针对某型导弹吊挂结构,开展了考虑渐变破坏的疲劳寿命广义可靠性分析。先建立导弹吊挂结构的有限元分析模型,在静力学和疲劳寿命分析的基础上,利用二次响应面法建立结构疲劳寿命可靠性模型的功能函数。考虑结构疲劳寿命失效的渐变特性,并用隶属函数来描述结构寿命失效的模糊不确定性,结合重要抽样法来求解吊挂结构的广义可靠性。

隐式极限状态方程下的导弹吊挂寿命可靠性分析

某型导弹吊挂结构疲劳寿命与基本变量(尺寸、材料、载荷)之间关系难以用解析式准确表达,使得传统基于应力-强度干涉理论的解析可靠性分析方法难以被应用。借助MSC/PATRAN建立了该型导弹吊挂的有限元模型,通过静力学及疲劳寿命分析,建立了结构疲劳寿命与基本变量之间的响应关系。以结构危险部位的几何尺寸作为随机变量,采用加权二次响应面法拟合得到了吊挂结构的极限状态方程;用改进一次二阶矩法进行可靠性及灵敏度分析,得到了吊挂结构在设计寿命内发生疲劳失效的概率。灵敏度分析发现:倒角半径是影响吊挂结构寿命的主要因素,尺寸加工误差是导致寿命分散性较大的主要原因。

风载和冲击载荷下系留塔强度可靠性灵敏度分析

以提高系留塔结构强度可靠性为目的,借助有限元软件分析了系留塔在风和冲击载荷同时作用下的应力分布,获得系留塔应力最大的位置,校核了塔架结构强度是否满足设计要求。在此基础上充分考虑了塔架结构的尺寸分散性,将可靠性分析方法和有限元参数化分析方法相结合,采用四阶矩法对塔架的可靠度和灵敏度进行分析。分析结果表明:系留塔的强度失效概率Pf=4.65×10-7;方管的壁厚是影响系留塔强度可靠性的主要因素。

结构可靠性灵敏度因子的新标准化指标

鉴于以往可靠性灵敏度在不同算法下数值差异性较大,可靠性灵敏度数值仅能进行简单的重要性排序,数值本身难以反映出基本变量对输出不确定性的影响程度,提出了标准化灵敏度因子及标准化灵敏度因子向量。据此,其分量不仅反映了基本变量对输出不确定性的影响,还表征了此变量在全部变量中对输出不确定性的重要性程度,在数值上具有明确的物理意义,进一步在线性机构条件下推导出标准化灵敏度因子的具体求解公式。经数值算例分析,算法简单易行,运算量小,计算效率高。

多工况飞机货舱门开启功能的可靠性优化设计

在多工况下的复杂系统可靠性优化设计中,可靠性设计人员需要在考虑专家意见对假设型工况的具体影响后,才能完成相应的可靠性优化设计。因此,在已知相关权重信息后,结合直觉模糊集和人因可靠性理论,在直觉型TOPSIS方法和蒙特卡洛方法的基础上完成针对飞机货舱门开启功能的可靠性优化设计方案,不但可以分析单一假设型工况下专家意见对可靠性优化设计的影响,而且可以兼顾不同专家意见对多假设型工况下非劣解集决策的影响,为其他多工况下复杂系统的可靠性优化设计提供一个可行的案例。

考虑变量相关性的非概率可靠性灵敏度分析方法

基于不确定性的凸模型描述,研究考虑变量相关情况下非概率可靠性指标及其参数灵敏度求解方法。从非概率可靠性指标的物理意义出发,建立了相关变量和相互独立变量情况下的非概率可靠性统一模型,在此基础上基于Monte-Carlo法,在变量的标准化扩展空间内通过全局抽样得到结构失效域内距离原点最近的设计点,然后通过迭代策略求解得到非概率可靠性指标的收敛解。在此基础上基于差分理论,提出了非概率可靠性参数灵敏度分析方法。数值算例验证了所提出方法的可行性和有效性。

虚拟风场中运输机舱门电液控制系统分析研究

目前国内有关运输类飞机的研究较少,是由于运输类飞机体型较大,如需采用风洞,将大大提高设计成本,因此使得其空中功能实验基本处于停滞状态。为此,以运输机舱门电液控制系统分析为背景,采用Dryden紊流模型和(1-cosine)突风模型结合随机化模块来模拟实际大气流场,对空中飞行状况下的飞机舱门开门开锁电液控制系统的开启和保持过程进行仿真,并且引入一阶惯性环节对控制信号进行修正。在保证开门时间的要求下,修正措施消除了开锁时间过短引起的液压振荡,使得飞机舱门在保持阶段获得了更大的压差,提高了舱门开启和保持性能的可靠性。

基于云微物理参数的飞机积冰多因子预测方法

基于气象探测信息,准确进行飞机积冰预测并及时开启防/除冰系统是保障飞机飞行安全的重要方法。提出了一种多因子积冰预测方法,当已知飞机所在飞行云层类型、飞行高度、速度、气温、气压和露点温度时,使用提出的方法可计算得到飞行高度上的相对湿度、比湿、0℃高度上的气压、液态含水量等气象参数,用所建立的多因子积冰强度判别式可对飞机积冰的可能性及积冰强度进行预测。将方法应用于飞机积冰案例中,与美国国家大气科学中心提出的RAOB积冰预报方法进行了对比。分析结果表明,提出的方法准确有效,可为飞机积冰预测提供技术支持。

结构参数对热气防冰系统性能影响的数值模拟

建立某型防冰腔的CFD分析模型,研究射流孔孔径d、射流孔与热气冲击面间距H以及射流孔排列形式对蒙皮的换热系数和防冰效率的影响规律。分析表明:d与H的比值是影响防冰腔性能的重要因素,d/H越大,换热效果越好,防冰系统的防冰效率也相应降低;采用交叉排列的笛形管模型换热系数与传热效率比同等条件下平行排列的模型效果好。研究结果为防冰腔的改进设计提供了指导。

基于区间分析法的防冰引气管路系统故障树分析

针对防冰引气管路系统故障树分析中底事件故障率和概率统计信息的不确定性,基于区间分析法开展某型飞机防冰引气管路系统可靠性评估。根据防冰引气管路系统原理和故障发生机理建立系统的故障树,并采用区间概率来描述底事件失效概率的不确定性。计算结果表明:区间分析法在分析防冰引气管路系统故障树时只需要底事件失效概率的取值范围,而不要求其详细的概率统计信息,因而其适用面更广,更适合实际工程问题的需要。

基于超椭球模型的飞机液压刹车系统故障树分析

采用基于超椭球模型的故障树分析方法来解决飞机液压刹车系统故障树中底事件故障率概率统计信息不充足的问题,并对该系统进行可靠性评估。根据液压刹车系统原理和故障机理建立系统故障树,引入超椭球模型来描述底事件不确定性,推导了系统顶事件失效概率以及各底事件重要度基于双层蒙特卡洛法的仿真流程,并与区间模型下故障树分析进行对比。结果表明:超椭球模型下的故障树分析只需要底事件失效概率取值范围,而不要求精确的概率统计信息,且相对于区间模型,其结果更加精细,更加符合工程实际。同时通过底事件重要性测度分析可以确定关键失效事件,为刹车系统改设计及重点维护提供指导。

发动机管路卡箍位置动力灵敏度分析与优化设计

针对发动机管路卡箍布置过程中存在的经验性和随意性的问题,将卡箍支撑视为末端固定的平移约束弹簧单元,定义任意两个卡箍之间的管道长度为随机变量.采用有限元法结合离散抽样分析了结构参数对复杂管路系统基频和随机振动的灵敏度,结果表明某些卡箍间距的变动比其他参数的影响更为明显.讨论了卡箍数量和刚度对管路系统的动力学特性的影响规律,并分别以基频与外界激振频率的差值最大化,以及随机振动均方差响应最小化为目标,利用罚函数法对复杂管路系统的关键卡箍位置进行了优化设计.

矩独立重要性分析的Kriging代理模型方法

结构重要性分析是结构不确定性分析的重要研究内容之一。作为一种矩独立的重要性测度指标,基于失效概率的重要性测度能够有效地反映输入变量的不确定性对结构失效概率的影响。然而,相比于其他形式的重要性测度,对基于失效概率的矩独立重要性测度进行高效准确的求解仍然存在一定的困难。基于此,结合Kriging代理模型提出了一种高效的矩独立重要性分析的新方法。所提方法首先通过较少的实验设计样本构建能够充分近似真实输入输出响应函数的Kriging代理模型,进而通过数值模拟策略对所构建的Kriging模型进行分析,最终求解得到各个输入变量基于失效概率矩独立重要性测度的主效应和总效应,给出各个输入变量对于失效概率的影响程度排序。相比于现有方法,所提方法由于引入Kriging代理模型极大地降低了对响应函数的计算次数,同时保证了重要性分析的计算精度。两个工程应用实例结果表明了所提方法在计算效率和计算精度方面的优势,体现了所提方法良好的适用性。