非正態(tài)分布參數(shù)的機械構件的可靠性靈敏度與可靠性穩(wěn)健設計.pdf

1、機械結構的安全可靠是通過設計、生產和管理來實現(xiàn)的，設計決定著產品的固有可靠性，可見設計對產品質量有著重要的貢獻率，可賦予產品先天優(yōu)劣本質特性。在實際工程中，由于結構中存在各種不確定因素，如結構所承受的載荷、結構參數(shù)（材料、幾何尺寸等）都具有隨機性，導致了具有隨機參數(shù)的隨機結構，可見研究隨機結構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計人員合理地建立結構的安全容限和控制隨機參數(shù)對結構安全的影響，使結構的預測工作性能與

2、實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濟性的優(yōu)化結構。結構的可靠性作為產品質量的主要指標和最重要的技術指標之一，受到國內外的普遍重視，因此結構可靠性理論和設計方法研究得到了迅速發(fā)展。
　　機械結構的可靠性靈敏度設計，是在可靠性基礎上進行結構的靈敏度設計，可以評價設計參數(shù)的改變對結構可靠性的影響，即結構可靠性對設計參數(shù)變異的敏感性。可靠性靈敏度分析在可靠性設計和修改、可靠性優(yōu)化設計、可靠性維護等方面均有重要

3、的應用。目前可靠性靈敏度的計算方法很多，通常在可靠性的分析方法基礎上都可以進行可靠性靈敏度設計。
　　機械結構的可靠性穩(wěn)健設計是在可靠性優(yōu)化設計理論的基礎上的一種低成本和高質量的設計方法，是把可靠性優(yōu)化設計與可靠性靈敏度設計相融合的一種工程設計方法。它的基本思想是當設計參數(shù)發(fā)生微小的變差時，在制造或使用中都能保證產品質量的穩(wěn)健性要求。因此，可靠性穩(wěn)健設計方法的研究在機械結構的可靠性設計領域具有非常重要的意義。
　　本文針對非

4、正態(tài)分布參數(shù)的機械構件的可靠性靈敏度與可靠性穩(wěn)健設計進行了研究，采用隨機攝動方法、四階矩技術、靈敏度分析方法，建立以四階矩技術為基礎的可靠性靈敏度分析方法，并通過數(shù)值算例與Edgeworth級數(shù)法、Monte Carlo方法進行比較，證明了所研究方法的設計實用性，給出了可靠性靈敏度的變化規(guī)律，研究了設計參數(shù)的改變對機械構件的可靠性的影響。
　　本文共分為八章，主要研究內容如下:
　　第1章，對課題來源、選題依據(jù)和背景、主要研

5、究內容、課題的學術理論意義和實際應用價值等進行了論述，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)健設計的研究現(xiàn)狀。
　　第2章，主要概述了機械構件可靠性設計的常用方法，列舉了可靠性設計所涉及的基本數(shù)學理論，針對隨機參數(shù)服從任意分布的情況進行研究，采用隨機攝動方法和四階矩技術等，提出了以四階矩技術為基礎的可靠性設計方法，并通過數(shù)值算例與Monte Carlo方法、Edgeworth級數(shù)法進行比較，證明了所研究方法的有效性與實用

6、性。
　　第3章，闡述了目前可靠性靈敏度的設計方法，在本文所提出的四階矩可靠性設計方法的基礎上，提出了基于四階矩技術的可靠性靈敏度設計方法，通過數(shù)值算例結果與Edgeworth級數(shù)法結果進行比較，證明了所提方法的有效性，得到了機械構件的隨機參數(shù)對可靠性的影響規(guī)律，研究了設計參數(shù)的改變對機械構件的可靠性的影響。
　　第4章，基于機械構件的工程優(yōu)化模型、可靠性優(yōu)化方法、靈敏度分析方法和穩(wěn)健設計理論，研究了基于四階矩技術的非正態(tài)分

7、布參數(shù)的機械構件的可靠性穩(wěn)健設計方法，并與一般優(yōu)化設計方法進行比較，證明了通過本文提出的可靠性穩(wěn)健設計方法的實用有效性。
　　第5章，論述了相關系數(shù)可靠性靈敏度設計方法，提出了相關系數(shù)量值的選取原則，給出了隨機參數(shù)之間相關程度的判別依據(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參數(shù)的相關系數(shù)量值既簡便又有效的途徑。
　　第6章，對航空發(fā)動機渦輪盤進行可靠性靈敏度設計，利用ISIGHT集成PRO/E、PATRAN/NAS

8、TRAN進行應力應變的分析。采用三維建模軟件PRO/E和有限元軟件PATRAN對渦輪盤進行了確定性靜應力分析。利用結構可靠性分析軟件NESSUS建立與PRO/E和PATRAN的接口技術，進行可靠度和可靠性靈敏度的計算與分析。再者，采用神經網(wǎng)絡擬合技術，得到應力極限狀態(tài)方程的顯式表達式，而后應用攝動可靠性方法進行了發(fā)動機渦輪盤的可靠度和可靠性靈敏度的計算與分析，并與NESSUS可靠度和可靠性靈敏度分析結果進行了對比，對兩種方法的分析結果進