非正態(tài)分布參數(shù)的機(jī)械構(gòu)件的可靠性靈敏度與可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì).pdf

1、機(jī)械結(jié)構(gòu)的安全可靠是通過設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理來實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)決定著產(chǎn)品的固有可靠性，可見設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的貢獻(xiàn)率，可賦予產(chǎn)品先天優(yōu)劣本質(zhì)特性。在實(shí)際工程中，由于結(jié)構(gòu)中存在各種不確定因素，如結(jié)構(gòu)所承受的載荷、結(jié)構(gòu)參數(shù)（材料、幾何尺寸等）都具有隨機(jī)性，導(dǎo)致了具有隨機(jī)參數(shù)的隨機(jī)結(jié)構(gòu)，可見研究隨機(jī)結(jié)構(gòu)的可靠性問題具有十分重要的意義。另外，可靠性研究可以幫助工程設(shè)計(jì)人員合理地建立結(jié)構(gòu)的安全容限和控制隨機(jī)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響，使結(jié)構(gòu)的預(yù)測工作性能與

2、實(shí)際工作性能更加符合，并且可靠性研究能夠得到具有足夠的可靠性和經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的可靠性作為產(chǎn)品質(zhì)量的主要指標(biāo)和最重要的技術(shù)指標(biāo)之一，受到國內(nèi)外的普遍重視，因此結(jié)構(gòu)可靠性理論和設(shè)計(jì)方法研究得到了迅速發(fā)展。
　　機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠性靈敏度設(shè)計(jì)，是在可靠性基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)的靈敏度設(shè)計(jì)，可以評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)參數(shù)的改變對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性的影響，即結(jié)構(gòu)可靠性對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)變異的敏感性?？煽啃造`敏度分析在可靠性設(shè)計(jì)和修改、可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性維護(hù)等方面均有重要

3、的應(yīng)用。目前可靠性靈敏度的計(jì)算方法很多，通常在可靠性的分析方法基礎(chǔ)上都可以進(jìn)行可靠性靈敏度設(shè)計(jì)。
　　機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)是在可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上的一種低成本和高質(zhì)量的設(shè)計(jì)方法，是把可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)與可靠性靈敏度設(shè)計(jì)相融合的一種工程設(shè)計(jì)方法。它的基本思想是當(dāng)設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)生微小的變差時(shí)，在制造或使用中都能保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)健性要求。因此，可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法的研究在機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠性設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有非常重要的意義。
　　本文針對(duì)非

4、正態(tài)分布參數(shù)的機(jī)械構(gòu)件的可靠性靈敏度與可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，采用隨機(jī)攝動(dòng)方法、四階矩技術(shù)、靈敏度分析方法，建立以四階矩技術(shù)為基礎(chǔ)的可靠性靈敏度分析方法，并通過數(shù)值算例與Edgeworth級(jí)數(shù)法、Monte Carlo方法進(jìn)行比較，證明了所研究方法的設(shè)計(jì)實(shí)用性，給出了可靠性靈敏度的變化規(guī)律，研究了設(shè)計(jì)參數(shù)的改變對(duì)機(jī)械構(gòu)件的可靠性的影響。
　　本文共分為八章，主要研究內(nèi)容如下:
　　第1章，對(duì)課題來源、選題依據(jù)和背景、主要研

5、究內(nèi)容、課題的學(xué)術(shù)理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值等進(jìn)行了論述，闡述了可靠性的發(fā)展歷程以及可靠性靈敏度、可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀。
　　第2章，主要概述了機(jī)械構(gòu)件可靠性設(shè)計(jì)的常用方法，列舉了可靠性設(shè)計(jì)所涉及的基本數(shù)學(xué)理論，針對(duì)隨機(jī)參數(shù)服從任意分布的情況進(jìn)行研究，采用隨機(jī)攝動(dòng)方法和四階矩技術(shù)等，提出了以四階矩技術(shù)為基礎(chǔ)的可靠性設(shè)計(jì)方法，并通過數(shù)值算例與Monte Carlo方法、Edgeworth級(jí)數(shù)法進(jìn)行比較，證明了所研究方法的有效性與實(shí)用

6、性。
　　第3章，闡述了目前可靠性靈敏度的設(shè)計(jì)方法，在本文所提出的四階矩可靠性設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，提出了基于四階矩技術(shù)的可靠性靈敏度設(shè)計(jì)方法，通過數(shù)值算例結(jié)果與Edgeworth級(jí)數(shù)法結(jié)果進(jìn)行比較，證明了所提方法的有效性，得到了機(jī)械構(gòu)件的隨機(jī)參數(shù)對(duì)可靠性的影響規(guī)律，研究了設(shè)計(jì)參數(shù)的改變對(duì)機(jī)械構(gòu)件的可靠性的影響。
　　第4章，基于機(jī)械構(gòu)件的工程優(yōu)化模型、可靠性優(yōu)化方法、靈敏度分析方法和穩(wěn)健設(shè)計(jì)理論，研究了基于四階矩技術(shù)的非正態(tài)分

7、布參數(shù)的機(jī)械構(gòu)件的可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法，并與一般優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行比較，證明了通過本文提出的可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法的實(shí)用有效性。
　　第5章，論述了相關(guān)系數(shù)可靠性靈敏度設(shè)計(jì)方法，提出了相關(guān)系數(shù)量值的選取原則，給出了隨機(jī)參數(shù)之間相關(guān)程度的判別依據(jù)，并且通過數(shù)值算例說明，根據(jù)此理論原則是獲取隨機(jī)參數(shù)的相關(guān)系數(shù)量值既簡便又有效的途徑。
　　第6章，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤進(jìn)行可靠性靈敏度設(shè)計(jì)，利用ISIGHT集成PRO/E、PATRAN/NAS

8、TRAN進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變的分析。采用三維建模軟件PRO/E和有限元軟件PATRAN對(duì)渦輪盤進(jìn)行了確定性靜應(yīng)力分析。利用結(jié)構(gòu)可靠性分析軟件NESSUS建立與PRO/E和PATRAN的接口技術(shù)，進(jìn)行可靠度和可靠性靈敏度的計(jì)算與分析。再者，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合技術(shù)，得到應(yīng)力極限狀態(tài)方程的顯式表達(dá)式，而后應(yīng)用攝動(dòng)可靠性方法進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤的可靠度和可靠性靈敏度的計(jì)算與分析，并與NESSUS可靠度和可靠性靈敏度分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)兩種方法的分析結(jié)果進(jìn)