機械疲勞壽命預測與可靠性設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在汽車、工程機械、礦山機械、特種裝備等關(guān)乎國計民生的諸多領(lǐng)域，其中機械結(jié)構(gòu)關(guān)鍵零部件的疲勞損傷壽命預測與可靠度計算，多年以來一直是眾多專家學者的研究熱點。在疲勞損傷壽命預測方面，一般采用Miner準則、Coten-Dolan準則進行;而在可靠性設(shè)計方面，則是基于應力-強度理論的傳統(tǒng)力學模型。然而，由于損傷模型中經(jīng)驗系數(shù)的存在以及傳統(tǒng)計算方法的單一性，導致了疲勞壽命與可靠性優(yōu)化的計算結(jié)果與真實值之間的偏離，在實際工作中產(chǎn)生安全隱患。因此，

2、如何提高疲勞壽命預測與可靠性計算結(jié)果的準確性，并開展科學合理且有效的研究工作，就顯得非常緊迫與必要。
　　 本文追蹤國內(nèi)外的相關(guān)研究進展，在Miner準則、Manson準則的基礎(chǔ)上，提出了一種基于虛擬區(qū)間長度等分的改進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)學理論和粒子群算法，對系統(tǒng)可靠性的穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計方法開展進一步研究。
　　 研究工作的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在以下方面:
　　

3、 1)提出一種虛擬區(qū)間長度等分的疲勞損傷壽命計算模型。在傳統(tǒng)Miner準則基礎(chǔ)上，將疲勞載荷譜的加載工作應力/區(qū)間/頻數(shù)進行虛擬化等分，建立了一種改進的疲勞損傷模型，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算結(jié)果比較，說明了虛擬區(qū)間長度等分模型計算結(jié)果的可信性，有效克服了Miner準則計算公式中經(jīng)驗系數(shù)所導致的計算結(jié)果不準確性，體現(xiàn)了改進損傷模型的先進與合理。
　　 2)曼森-哈爾福德?lián)p傷模型的改進研究。

4、為提高疲勞壽命預測的準確性，對其模型計算公式中的拐點系數(shù)與冪指數(shù)等經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行研究，探索其對疲勞損傷壽命計算結(jié)果的影響，并對其取值范圍進行優(yōu)化與理論研究。研究表明:改進的曼森-哈爾福德模型的疲勞壽命預測結(jié)果的準確性得到了提高，但與基于虛擬區(qū)間長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-應力-壽命(P-S-N)基本理論基礎(chǔ)上，考慮到疲勞加載工作應力

5、與強度參數(shù)的不確定性，分別建立起基于隨機參數(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算數(shù)學模型，并實現(xiàn)可靠度的高精求解方法研究。結(jié)果表明:與傳統(tǒng)計算方法比較，有效地提高了可靠度求解的計算精度和效率。
　　 4)基于可靠性的模糊多目標優(yōu)化設(shè)計。在可靠度高精求解方法的基礎(chǔ)上，考慮到疲勞工作應力、材料強度等參數(shù)的隨機性，運用模糊數(shù)學的理論與方法，建立起基于可靠性的模糊多目標優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型，多目標模糊函數(shù)適應

6、值之間采用加權(quán)系數(shù)進行處理，并對加權(quán)系數(shù)取值開展了有效地研究。研究成果體現(xiàn)在多目標約束優(yōu)化中引入了可靠性設(shè)計元素，算例表明，研究方法簡單、實用，可以直接得到系統(tǒng)設(shè)計信息。
　　 5)基于改進粒子群算法(PSO)的可靠性穩(wěn)健優(yōu)化。提出了動態(tài)加速常數(shù)因子和速度自適應因子的兩種改進PSO算法，結(jié)合可靠性與穩(wěn)健設(shè)計理念，建立多目標的可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型，并實現(xiàn)數(shù)值求解。研究成果主要體現(xiàn)在改進的粒子群算法與可靠性穩(wěn)健設(shè)計的有效結(jié)合，