基于隨機有限元法的機械零部件靜動態(tài)可靠性分析.pdf

1、在傳統(tǒng)的機械零部件可靠性分析時，通常直接根據該零件的應力具體顯示表達式得到應力概率模型，同時結合強度概率模型建立可靠性干涉模型進行分析。但工程實際中的機械零部件通常無法給出具體顯示表達式，導致了可靠性在實際工程中的廣泛運用障礙。在可靠性數據統(tǒng)計方面，通過直接做可靠性數據統(tǒng)計試驗成本高昂，而且由于零件結構的不同所造成應力分布差異性極大，使得試驗結果往往不具有通用性。因此，機械零部件可靠性研究重點一直圍繞著可靠性模型和可靠性數據兩個方面展開

2、進行的。本文在隨機有限元理論的基礎上，利用ANSYS概率分析模塊展開可靠性研究。在靜可靠性分析方面，以Monte Carlo隨機有限元、響應面隨機有限元和混合隨機有限元進行機械零部件靜可靠性分析，解決了無具體顯示表達式的零件可靠性建模分析問題，同時對比三種隨機有限元法得到各自特點和使用條件。在動態(tài)可靠性分析方面，以隨機有限元靜可靠性分析得到的應力數據為基礎，利用Monte Carlo法進行動態(tài)可靠性模擬分析，解決了動態(tài)可靠性分析的數據缺

3、乏問題。
　　本研究主要內容包括：⑴通過APDL建立工業(yè)機器人小臂可靠性分析文件，選擇Monte Carlo隨機有限元法對小臂進行結構靜可靠性分析，得到小臂的靜可靠度及參數靈敏度分析結果。表明Monte Carlo隨機有限元法能夠很好的解決零件無顯示表達式靜可靠性的分析問題，同時也是一種通用性較好的隨機有限元靜可靠性分析基礎方法。⑵以機器人小臂為例，進一步采用響應面隨機有限元法進行分析。通過對擬合的響應面進行大量Monte Car

4、lo快速模擬后，得到小臂靜可靠性分析結果。表明響應面隨機有限元法以擬合的結構響應面替代小臂的有限元模型可快速進行分析，比Monte Carlo法具有更高分析效率。通過詳細對比兩種隨機有限元法，最后給出Monte Carlo隨機有限元和響應面隨機有限元各自進行靜可靠性分析的適用條件。⑶綜合Monte Carlo和響應面兩種隨機有限元法特點，結合參數靈敏度分析得到混合隨機有限元靜可靠性分析方法。以參數和結構相對復雜的發(fā)動機連桿為例，詳細的對

5、比混合隨機有限元、響應面隨機有限元和Monte Carlo隨機有限元三種靜可靠性分析方法，結果表明混合隨機有限元法在結構復雜且輸入參數較多的零部件靜可靠性分析時，比其它兩種方法具有更高的計算效率。⑷在零部件動態(tài)可靠性分析時，以支撐板為例，利用Monte Carlo隨機有限元靜可靠性分析結果，提取后綴為.pdrs文件的應力數據得到應力的大量樣本。進一步通過MATLAB分布擬合得到動態(tài)可靠性分析的應力概率分布特性，并以此建立動態(tài)可靠性干涉模