可靠性设计方法

可靠性理论是从电子技术领域中成长起来的一门新兴学科,它的基础是概率论和数理统计。它的任务是解决在电子元件或系统的参数作随机变化时,对它们的可靠度进行分析和计算。近年来。这一理论已渗透到机械工程中来了,对机械另件或结构,当它们的内外因素作随机变化时,人们迫切要求了解它们的可靠程度。 本文介绍了可靠性设计的目的、内客和方法,并指出了可靠性设计的一些发展方向。对于设计中安全系数的统计分析,文中也作了讨论。     

疲劳设计方法的进展

本文对早期疲劳设计方法,包括无限寿命设计、安全寿命设计、破损-安全寿命设计、损伤容限设计作了简单的回顾,对可靠性设计新方法作了详尽描述,同时还对疲劳寿命估算中的名义应力法与局部应力应变法进行了比较,最后对今后这课题的研究提出了一些建议。     

任意分布参数的梁结构刚度可靠性灵敏度分析

在刚度可靠性设计理论与灵敏度分析方法的基础上,研究了任意分布参数的梁结构刚度可靠性灵敏度分析问题,提出了刚度可靠性灵敏度分析的计算方法,给出了可靠性灵敏度的变化规律,研究了设计参数的改变对梁结构刚度可靠性的影响,为任意分布参数的梁结构刚度可靠性设计提供了理论依据。     

基于响应面方法的破损-安全结构可靠性拓扑优化

传统结构由于缺少冗余,忽略了不确定性因素的影响,更容易受到局部刚度损失的影响,文章针对载荷不确定性下破损-安全结构的设计问题提出了一种有效的基于响应面的可靠性拓扑优化方法,以提高结构的安全性,确保结构在发生局部破损时仍能满足服役性能及可靠性要求.为此,建立了柔度概率约束下的结构体积比最小化的双循环可靠性拓扑优化模型,其中内层循环实施可靠性分析,外层循环实施拓扑优化.为了有效处理可靠性分析中响应函数关于随机变量的导数计算高成本问题,基于响应面方法建立了响应函数关于随机变量的显式表达式.详细推导了响应函数关于设计变量和随机变量的解析灵敏度列式,并采用移动渐近线方法(method of moving asymptotes, MMA)对优化问题进行求解.将基于响应面的可靠性拓扑优化方法与基于解析导数的方法作对比,并实施蒙特卡洛仿真验证了所提方法的有效性和优越性,讨论了随机载荷标准差对优化结果的影响.结果表明,本文方法可以有效设计满足指定可靠性水平的破损-安全结构,优化后结构可靠性指标的相对误差不超过1.3%,另外基于响应面的可靠性设计方法相对于基于解析导数的可靠性设计方法可节省约74%的可靠性...     

结构元件疲劳断裂可靠性估算方法

对近年来国内外在元件疲劳断裂可靠性估算方法方面所做的研究作了系统的回顾和讨论,按安全裕量方程将其分为三类：裂纹长度模型、疲劳寿命模型和断裂强度模型,并对这三种模型的特点及局限性作了分析论述,对元件疲劳可靠性分析的发展趋势作了讨论．     

元件疲劳可靠性估算方法

对近年来国内外在元件疲劳可靠性估算方法方面所做的研究作了系统的回顾和讨论,按安全余量方程将其分为三类：累积损伤模型、乘余强度模型和疲劳寿命模型,并对这三种模型的特点及局限性作了分析论述,对元件疲劳可靠性分析的发展趋势作了讨论。     

电火工品桥丝与药剂升温模型及在可靠性设计中的应用

介绍了桥丝式电火工品的电容放电和直流输入方式的桥丝升温模型、药剂升温模型及其数值求解算法 ,提出了估算感度的能量平衡方程和用于输入可靠性设计的理论计算方法。给出了一个算例 ,并与实际产品作了比较 ,结果表明 ,将该模型用于可靠性设计的理论计算是可行的。     

抗震结构的概率弹塑性动力设计理论与方法

本文系统地论述了抗震结构的概率弹塑性设计理论与方法（包括设计用随机地震动、结构弹塑性随机反应分析和动力可靠性分析、地震损失分析、期望破损度设计、可靠性设计和双目标优化设计）及其在工程结构（钢结构、钢筋混凝土结构和砌体结构）中的应用。     

液浮陀螺仪可靠性技术分析

在可靠性设计与分析的基础上，针对某型液浮陀螺仪技术特点，对影响其可靠性的各种关键因素做了较为详细的分析，同时对陀螺电机这一关键部件提出了可靠性设计方法。通过技术分析提出设计该型高可靠性液浮陀螺仪的关键因素及方法。     

精密及缺陷信息条件下的结构可靠性设计

概率方法一直以来被认为是处理不确定现象的最有效的方法.传统的概率可靠性模型建立在随机变量的分布函数基础上,需要较完整的数据信息.在结构设计问题中,有关载荷、抗力等影响因素的统计数据一般是稀少的或缺乏的,信息往往以非完整的形式出现.此外,结构的安全设计还需考虑结构和环境的相互作用,结构设计、分析、评价以及制作过程中可能存在的误差等,有些不确定因素不能归于随机性.因此,需要发展新的结构可靠性设计模型和方法,以克服传统的概率可靠性方法的局限和不足.本文对精密及缺陷信息条件下的可靠性设计模型和方法进行综述,内容包括随机可靠性设计模型与方法、非完整信息下的可靠性分析和设计、模型误差和主观不确定的影响、复杂系统优化求解策略、以及今后的研究展望.      

结构可靠度分析的响应面法及其Matlab实现

对功能函数不能明确表达的问题进行可靠度分析，常采用响应面法。其中以求得验算点为目的迭代的二次多项式序列响应面法应用较为广泛，本文给出了该方法的Mattab源程序。提出了基于Mattab的插值响应面法和BP神经网络响应面法，介绍了其在Mattab环境下的实现方法，并进行了三种方法的对比分析。Mattab语言基本元素是矩阵，提供了各种矩阵的运算和操作，其中包含结构可靠度计算中常用的各种数值计算方法工具箱。采用Mattab语言构造响应面函数，进行结构可靠度计算，可充分发挥其矩阵运算功能及各种工具箱的作用，使编程效率大大提高，且语法简便，易于掌握。Mattab语言在可靠度计算中的应用，会对结构可靠性理论的推广使用起到积极推进作用。     

基于可靠性映射函数的结构优化Structural optimization based on reliability mapping functions

基于可靠性分析理论,构建可靠性映射函数,将基于可靠性的结构优化由双层优化转化为单层优化,提高优化效率,解决基于可靠性结构优化的计算量大、不利用于工程应用的问题。可靠性映射函数具有明确理论依据,能够确保将其应用到基于可靠性的结构优化是可行的。为提高失效概率求解精度,以设计点为基础,提出一种改进响应面方法,并将其用于可靠性映射函数的求解。算例表明,该方法具有较好计算精度,功能函数评估次数明显少于其他方法,计算效率高,能够获得满意的优化结果。     

动态结构系统的频率可靠性稳健设计研究

针对随机动态结构系统振动问题进行研究,提出了系统避免共振的频率可靠性分析方法;在此基础上,推导出频率可靠性灵敏度计算公式,研究设计参数的改变对随机动态结构系统频率可靠性的影响,给出各随机参数可靠性灵敏度的变化规律;并将频率可靠性及其灵敏度分析方法与可靠性优化设计方法相结合,提出了频率可靠性稳健优化设计方法,同时以一简化的两自由度的车身-车轮-路面关系的1/4离散系统模型为例,对该模型进行了频率可靠性稳健设计的研究,其理论计算结果与工程实际情况完全一致,也说明了所提方法的有效性和实用性,为随机动态结构系统的设计、制造、使用和评估提供了合理和必要的理论依据。     

随机激励下的结构尺寸优化设计

将结构优化设计中的位移约束拓展为位移可靠度约束。基于首超破坏准则,采用概率密度演化方法分析了结构在随机激励下的位移可靠度。将遗传算法与概率密度演化方法相结合,对一个具有位移可靠度约束的十杆桁架进行了尺寸优化设计,实现了概率密度演化方法在结构优化设计中的成功运用。这一研究对于随机激励下的结构优化设计提供了新的途径,也为概率密度演化方法在结构优化设计中的运用进行了新的尝试。     

构件适用功能要求的模糊性及可靠度分析方法

设计标准中对构件适用功能的要求常具有一定的模糊性,结构可靠度分析中应考虑这种不确定性的影响。目前虽然利用模糊集合及其隶属函数,建立了功能要求模糊时构件可靠度的分析方法,但它们在作用概率组合、功能函数表达、模糊概率计算等方面仍存在一定的不足。为此,首先在作用概率组合中引入更为合理的随机过程组合方法,并采用便于反映设计中各种情况的量纲为一形式的功能函数;其次,重点针对适用功能要求的模糊性,通过引入模糊边界,提出概念更为明晰的模糊概率简化计算方法,最终形成完整的功能要求模糊时构件可靠度分析的基本方法。该方法具有更为合理的理论基础和更好的精度,且便于应用。     

现代结构系统可靠性评估理论研究进展

简要介绍大型结构系统可靠性评估理论的发展概况,对各个时期有代表性的估算方法进行了比较系统的分析,重点阐述了复杂系统可靠性精确评估理论的整体框架,对近年来兴起的随机有限元法,直接ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟法,响应面法和广义失效面及广义母体分布重构方法的应用前景作了粗略的预测。      

基于凸模型的复杂多学科系统可靠性设计研究

复杂工程系统通常涉及到多个相互耦合的学科,而且其中往往存在不确定性因素。本文采用凸模型描述不确定性变量,将序列优化和可靠性评价方法应用于多学科可靠性优化之中,提出了一种新的多学科系统可靠性设计方法。在该方法中,可靠性分析采用功能度量法,多学科优化方法采用多学科可行方法或者二级系统一体化合成优化方法。数值算例和工程算例说明,该方法求解效率较常规嵌套求解方法效率高,为复杂工程系统的可靠性设计提供了一种新型求解算法。     

腐蚀环境下结构系统疲劳主要失效模式识别

疲劳主要失效模式识别是结构系统疲劳可靠性理论研究的主要内容之一。本文研究了腐蚀环境下结构系统疲劳主要失效模式识别方法:(1)建立了腐蚀环境下结构元部件损伤随机模型,对该模型的适用性作了讨论;(2)研究了识别结构系统疲劳主要失效模式的全局分枝约界法,与结构元部件损伤随机模型结合,实现腐蚀环境下结构系统疲劳主要失效模式识别,并对算法执行过程作了调整;(3)引入了一种安全裕量方程确定方法。理论分析和数值算例表明,本文所提算法可实现腐蚀环境下结构系统疲劳主要失效模式识别。