機(jī)械疲勞壽命預(yù)測(cè)與可靠性設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在汽車、工程機(jī)械、礦山機(jī)械、特種裝備等關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的諸多領(lǐng)域，其中機(jī)械結(jié)構(gòu)關(guān)鍵零部件的疲勞損傷壽命預(yù)測(cè)與可靠度計(jì)算，多年以來一直是眾多專家學(xué)者的研究熱點(diǎn)。在疲勞損傷壽命預(yù)測(cè)方面，一般采用Miner準(zhǔn)則、Coten-Dolan準(zhǔn)則進(jìn)行;而在可靠性設(shè)計(jì)方面，則是基于應(yīng)力-強(qiáng)度理論的傳統(tǒng)力學(xué)模型。然而，由于損傷模型中經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的存在以及傳統(tǒng)計(jì)算方法的單一性，導(dǎo)致了疲勞壽命與可靠性優(yōu)化的計(jì)算結(jié)果與真實(shí)值之間的偏離，在實(shí)際工作中產(chǎn)生安全隱患。因此，

2、如何提高疲勞壽命預(yù)測(cè)與可靠性計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，并開展科學(xué)合理且有效的研究工作，就顯得非常緊迫與必要。
　　 本文追蹤國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究進(jìn)展，在Miner準(zhǔn)則、Manson準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，提出了一種基于虛擬區(qū)間長(zhǎng)度等分的改進(jìn)疲勞損傷壽命分析模型，并與可靠度的高精求解結(jié)合起來，考慮到可靠性穩(wěn)健元素，通過模糊數(shù)學(xué)理論和粒子群算法，對(duì)系統(tǒng)可靠性的穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)方法開展進(jìn)一步研究。
　　 研究工作的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面:
　　

3、 1)提出一種虛擬區(qū)間長(zhǎng)度等分的疲勞損傷壽命計(jì)算模型。在傳統(tǒng)Miner準(zhǔn)則基礎(chǔ)上，將疲勞載荷譜的加載工作應(yīng)力/區(qū)間/頻數(shù)進(jìn)行虛擬化等分，建立了一種改進(jìn)的疲勞損傷模型，并從理論層面證明其疲勞壽命的收斂性。通過與疲勞壽命仿真分析的計(jì)算結(jié)果比較，說明了虛擬區(qū)間長(zhǎng)度等分模型計(jì)算結(jié)果的可信性，有效克服了Miner準(zhǔn)則計(jì)算公式中經(jīng)驗(yàn)系數(shù)所導(dǎo)致的計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確性，體現(xiàn)了改進(jìn)損傷模型的先進(jìn)與合理。
　　 2)曼森-哈爾福德?lián)p傷模型的改進(jìn)研究。

4、為提高疲勞壽命預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，對(duì)其模型計(jì)算公式中的拐點(diǎn)系數(shù)與冪指數(shù)等經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，探索其對(duì)疲勞損傷壽命計(jì)算結(jié)果的影響，并對(duì)其取值范圍進(jìn)行優(yōu)化與理論研究。研究表明:改進(jìn)的曼森-哈爾福德模型的疲勞壽命預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性得到了提高，但與基于虛擬區(qū)間長(zhǎng)度等分損傷模型相比較，還存在差距。
　　 3)可靠度高精求解模型與計(jì)算方法研究。根據(jù)已有的疲勞損傷壽命模型研究成果，在可靠度-應(yīng)力-壽命(P-S-N)基本理論基礎(chǔ)上，考慮到疲勞加載工作應(yīng)力

5、與強(qiáng)度參數(shù)的不確定性，分別建立起基于隨機(jī)參數(shù)概率密度分布的干涉區(qū)間積分方法、梯形法則與辛普森法則的三種可靠度計(jì)算數(shù)學(xué)模型，并實(shí)現(xiàn)可靠度的高精求解方法研究。結(jié)果表明:與傳統(tǒng)計(jì)算方法比較，有效地提高了可靠度求解的計(jì)算精度和效率。
　　 4)基于可靠性的模糊多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在可靠度高精求解方法的基礎(chǔ)上，考慮到疲勞工作應(yīng)力、材料強(qiáng)度等參數(shù)的隨機(jī)性，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的理論與方法，建立起基于可靠性的模糊多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，多目標(biāo)模糊函數(shù)適應(yīng)

6、值之間采用加權(quán)系數(shù)進(jìn)行處理，并對(duì)加權(quán)系數(shù)取值開展了有效地研究。研究成果體現(xiàn)在多目標(biāo)約束優(yōu)化中引入了可靠性設(shè)計(jì)元素，算例表明，研究方法簡(jiǎn)單、實(shí)用，可以直接得到系統(tǒng)設(shè)計(jì)信息。
　　 5)基于改進(jìn)粒子群算法(PSO)的可靠性穩(wěn)健優(yōu)化。提出了動(dòng)態(tài)加速常數(shù)因子和速度自適應(yīng)因子的兩種改進(jìn)PSO算法，結(jié)合可靠性與穩(wěn)健設(shè)計(jì)理念，建立多目標(biāo)的可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，并實(shí)現(xiàn)數(shù)值求解。研究成果主要體現(xiàn)在改進(jìn)的粒子群算法與可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)的有效結(jié)合，