基于矩方法的相關失效模式機械結構系統(tǒng)可靠性穩(wěn)健設計.pdf

1、在機械設計的過程中，不確定問題是無法避免的，處理這些不確定問題通常使用可靠性方法。同時，不確定因素對機械結構系統(tǒng)的影響程度也各不相同，在設計階段需要盡量消除不確定因素帶來的負面影響。作為保證產品安全可靠的有效工具，不確定性分析和可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設計能夠幫助設計人員獲得最佳的性能指標。本文在現代數學、力學以及可靠性理論研究的基礎上，對機械結構系統(tǒng)中的不確定性、概率相關性等進行合理建模，建立了隨機因素對機械系統(tǒng)性能影響的定量分析模型，并將主要

2、的隨機因素融入到機械結構系統(tǒng)的可靠性優(yōu)化模型中，尋找最優(yōu)的、最可靠、最穩(wěn)健的產品設計方案。本文的主要研究內容如下:
　　1.詳細、系統(tǒng)地闡述了隨機參數機械結構系統(tǒng)的不確定性分析與可靠性穩(wěn)健設計的理論體系和基本框架，描述了不確定性建模、概率相關性建模、可靠性分析、可靠性靈敏度分析以及可靠性穩(wěn)健設計的基本任務和主要內容，并對相關理論的國內外研究現狀進行了總結和評述。
　　2.提出了一種基于分項系數的風險評估方法。針對傳統(tǒng)安全因子

3、在設計上的不足，在相關可靠性理論研究的基礎上，結合一次二階矩法，分別給出了線性和非線性極限狀態(tài)方程情況下的分項系數計算方法。討論了裂紋擴展導致的強度退化結構，將基于可靠性的分項系數與裂紋擴展引起的可靠性變化相關聯，提出了一種使用分項系數的含裂紋結構的風險評估方法。
　　3.研究了多失效模式下機械零件的可靠性穩(wěn)健設計問題。分別討論了失效模式獨立與相關時機械零件的可靠性問題。首先根據機械零件失效模式較少的特點對其進行獨立假設，使用隨機

4、攝動技術、四階矩以及高階矩標準化技術，提出了計算機械零件可靠性及可靠性靈敏度的有效方法，并結合可靠性優(yōu)化模型，建立了基于可靠性靈敏度的穩(wěn)健優(yōu)化模型。當考慮失效模式相關時，使用Copula函數描述失效模式間的相關性，結合概率論與阿基米德Copula函數的性質，討論了失效模式相關時機械零件的可靠性和可靠性靈敏度的計算方法，并在此基礎上進行了可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設計。
　　4.研究了結構系統(tǒng)的可靠性穩(wěn)健設計問題。結合隨機攝動法、Edgewor

5、th級數展開及相應的經驗修正公式，提出了任意分布參數下結構系統(tǒng)的可靠性計算方法。根據概率網絡估算方法，使用Pearsonian相關系數描述失效模式間的相關性，在可靠性分析的基礎上，討論了失效模式相關時任意分布參數結構系統(tǒng)的可靠性靈敏度問題。把可靠性靈敏度作為子目標函數融入優(yōu)化設計模型中，建立了一種實用的任意分布參數結構系統(tǒng)的可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設計模型。
　　5.討論了相關失效模式復雜機械結構的可靠性與可靠性靈敏度計算問題。針對機械結構