机械可靠性设计

#图5-3载车台主梁结构强度可靠性模型其中：F为汽车总重分量；q为水平主梁自重的均布载荷；l为水平主梁长度。载车工况下最大弯矩为M=2ql2€2Fl，根据应力一强度干涉模型，以应力极限状态表示的状态函数为g(x)=Wf-M,W为抗弯截面系数，f为钢材强度。基本随机参数x=(q,l,F,W,f)T均值E(x)=(卩，卩，卩，卩，卩)T,方差qlFWfVar(x)=(„,„,„,„,„)T，可认为基本随机变量服从正态分布且相互独立。载车台主qlFWf梁结构载荷及材料特性的前两阶矩统计值如下：„=33・„=33・64N.mqq巴=5巴=5・6mq卩=3355N卩=3355NF卩=156.41x10-6m3W卩=230x106N/m2f„=335.5Nq„=15.66x10-6m3q„=18.4x106N/m2q5.3主梁结构可靠性灵敏度分析鞍点逼近法与改进一次二阶矩显式迭代法得到载车台主梁结构参数均值和方差的可靠性灵敏度见表5-1和表5-2,可靠度指标及迭代次数结果见表5-3。表5-1均值灵敏度dPdP—fdpdPdPdP—fdpf一次二阶矩显式迭代法q1.1747E-07l2.1491E-051.7002E-08-9.547E-06./-5.4606E-13本文方法1.1188E-072.7112E-056.9237E-08-2.699E-06-2.4210E-12表5-2方差足敏度dP—fd€dPldP—fd€FdP——fd€IWdP—fd€一次二阶矩显式迭代法9.0215E-085.0266E-051.8848E-082.7741E-051.0662E-12本文方法3.1941E-072.0836E-055.1163E-081.0367E-054.1702E-11表5-3可靠性指标和迭代次数可靠度指标B迭代次数一次二阶矩显式迭代法4.42319415024790139本文方法4.146963538254481结果分析：从均值和方差灵敏度结果分析，载车台主梁的抗弯截面系数W和材料强度f的均值增加，其结果将使主梁结构趋于更加可靠，而承受得载荷q、F和主梁长度l均值增加，其结果将使主梁结构趋于不可靠(失效)；主梁结构可靠度对抗弯截面系数W灵敏性较强，对钢材强度f的灵敏性较弱。从失效概率对基本随机变量方差的灵敏度可以看出，基本随机变量方差的增加都会减小主梁结构的可靠度。通过数值分析显示，本文方法与改进一次二阶矩显式迭代法得到灵敏度值在数量级上基本一致，在反映各参数对可靠度的灵敏程度的重要性上是一致的，该结果在一定程度上验证了本文方法的正确性。利用均值一阶鞍点估计技术不用迭代即可得到可靠度对均值和方差的可靠性灵敏度，以及可靠度指标，从迭代次数对比上看，本章方法明显具有较高的效率。第六章结论在机械零部件可靠性分析中，必须了解机械零部件各不确定性因素的变化对自身可靠度的影响，即机械零部件的可靠度相对于其设计参数的灵敏程度，只有知道各不确定性因素影响的大小，才能在机械零部件设计、制造、安装和使用等环节中进行改进。可靠性灵敏度分析的重要性体现在两个方面，一是体现在对机械零部件可靠性优化设计和可靠度的校验上，二是在估算机械零部件的可靠度时，既可对工程数据作出精度上的要求，又可提高计算效率。如果机械零部件可靠度对某一设计参数的灵敏度数值较大，则要求所提供该设计参数的数据应比较精确，如果可靠性灵敏度数值较小，则在计算过程中该设计参数可以作为确定部分（常数）来处理，从而提高计算效率。本文基于鞍点估计技术，结合可靠性设计理论和灵敏度分析理论，提出基于鞍点估计的机械零部件可靠性灵敏度分析方法，该方法对于基本变量的分布类型没有限制，适用于非正态变量情况；在新型旋转式立体车库载车台主梁结构的可靠性灵敏度分析中，与改进一次二阶矩显式迭代法结果相比较，显示出本文方法逼近效果很精确，能优化迭代过程，减少计算量，提髙计算效率。由对于基本随机变量的分布类型没有限制，所以使得设计结果更符合实际，更合理也更科学。该设计方法对于其它机械结构机构的灵敏度分析也有一定的参考和应用价值，同时该方法还可以引入到可靠性优化设计和可靠性稳健设计问题中。参考文献【1】EllishakoffIEssayonuncertaintiesinclasticandviscoelasticstructures:fromAMFrcudcnthal'scriticismstomodernconvcxmodcling[J].Computers&Structures.1995,56(6):871-895【2】BEN-HAIMY.Anonprobabilisticconceptofreliability[J],StructuralSafety,1994，14(4):227-245【3】郭书样，吕震宙，冯元生•基于区间分析的结构非概率可靠性模型[J].计算力学报，2001.18(1)【4】郭书祥，冯立富，毕玉泉.结构模糊失效概率的可能性分析[J].空军工程大学学报，2001，2(4):22-24【5】FURUTAH.Fuzzylogicanditscontributiontoreliabilityanalysis[A|.In:RackwitzR.AugustiG,etal.Reliabilityandoptimizationofstructuralsystems[M].London.Chapman&Hall,1994(7):61-76【6】郭书祥，吕震宙.结构的非概率可靠性方法和概率可靠性方法的比较[J].应用力学学报.2003.20(3):107-111【7】邱志平，陈山奇,王晓军•结构非概率鲁棒可靠性准则[J].计算力学学报,2004,21(1):1-6【8】曹鸿钧，段宝岩.基于凸集合模型的非概率可靠性研究[J].计算力学学报，2005.22(5):546-549【9】郭书样，吕震宙.结构可靠性分析的概率和非概率混合模型[J].机械强度，2002,24(4):524-526【10】王军，邱志平.结构旳概率-非概率混合可靠性模型[J].航空学报，2009.30(8):1388-1404【11】尼早，邱志平.结构系统概率-模糊-非概率混合可靠性模[J].南京航空航天大学学报，2010.42(3).272-277【12】杨周，张义民.具有不完全概率信息的圆柱齿轮传动的可靠性灵敏度设计[J].机械传动，2009.33(2):29-34【13】ZHANGYM.YANGZ.Reliability-basedsensitivityanalysisofvehiclecomponentswithnon-normaldistributionparameters[J].InternationalJournalofAutomotiveTechnology,2009.10(2):181-194.【14】宋保维，刘旭琳，王金华等.基于灵敏度分析的鱼雷联接结构稳健设计[J].系统仿真学报，2009.21(9):2746-2748【15】郭楠.旋转式立体车库结构机构可靠性灵敏度分析研究[D].