不確定彈性機(jī)構(gòu)可靠性分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、現(xiàn)代機(jī)構(gòu)日益向著高速化、輕量化、精密化的方向發(fā)展，因此開展基于彈性動(dòng)力學(xué)的不確定參數(shù)機(jī)構(gòu)的可靠性分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)研究有著重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文將機(jī)構(gòu)的不確定參數(shù)分別視為隨機(jī)變量、模糊變量和區(qū)間變量，在對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行彈性動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，分別構(gòu)建了機(jī)構(gòu)的隨機(jī)可靠性、模糊可靠性和非概率可靠性分析模型并進(jìn)行了基于可靠性和非概率可靠性的機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，其主要內(nèi)容如下： 1、對(duì)工程中廣泛使用的連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分別進(jìn)行了彈

2、性動(dòng)力學(xué)分析。通過相應(yīng)算例對(duì)上述機(jī)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)特點(diǎn)進(jìn)行了分析研究，算例表明進(jìn)行基于彈性動(dòng)力學(xué)的機(jī)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)的必要性。從而為后序章節(jié)的研究奠定基礎(chǔ)。 2、在對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，考慮機(jī)構(gòu)參數(shù)(幾何參數(shù)、物理參數(shù))的隨機(jī)性，建立了機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)可靠性分析模型。對(duì)連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分別進(jìn)行了動(dòng)態(tài)精度可靠性分析。通過算例，考查了機(jī)構(gòu)參數(shù)對(duì)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)精度可靠性的影響，獲得了有意義的結(jié)論，該結(jié)論對(duì)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

3、 3、針對(duì)機(jī)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析過程的復(fù)雜性和耗時(shí)性，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到機(jī)構(gòu)的彈性動(dòng)力學(xué)分析之中。根據(jù)訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)給出的機(jī)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的近似表達(dá)式，導(dǎo)出了機(jī)構(gòu)響應(yīng)的靈敏度計(jì)算公式。并通過相關(guān)算例，驗(yàn)證了這一新的動(dòng)力學(xué)分析方法的可行性和有效性。這一方法的應(yīng)用，縮短了機(jī)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算時(shí)間、提高了設(shè)計(jì)效率，使得彈性機(jī)構(gòu)的可靠性模擬得以實(shí)現(xiàn)。此外，由于可以得到響應(yīng)及其靈敏度的近似表達(dá)式，使得優(yōu)化中的某些隱式約束顯式化成為可能，從而加速優(yōu)化過程。

4、 4、對(duì)機(jī)構(gòu)模糊可靠性問題展開了較為詳細(xì)的討論，進(jìn)行了模糊極限狀態(tài)及其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則下的機(jī)構(gòu)模糊可靠性分析；進(jìn)行了模糊強(qiáng)度和應(yīng)力下的機(jī)構(gòu)模糊可靠性分析；利用模糊變量的等效正態(tài)變換法，對(duì)含有模糊參數(shù)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力響應(yīng)分析和模糊可靠性分析。相關(guān)算例表明，文中采用的方法是合理和有效的，算例同時(shí)考查了機(jī)構(gòu)參數(shù)對(duì)機(jī)構(gòu)模糊可靠度的影響，獲得了與隨機(jī)可靠性類似的結(jié)論。 5、針對(duì)可靠性分析和設(shè)計(jì)時(shí)，由于樣本較少，某些不確定量缺乏必要的統(tǒng)計(jì)信息而

5、難以有效利用現(xiàn)有可靠性模型的情況，將彈性機(jī)構(gòu)的不確定參數(shù)描述為區(qū)間變量，分別應(yīng)用泰勒展開法和本文提出的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求解動(dòng)力響應(yīng)的Monte-Carlo模擬法，對(duì)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了區(qū)間分析。在此基礎(chǔ)上，建立了彈性機(jī)構(gòu)的非概率可靠性分析模型。通過算例，對(duì)兩種區(qū)間分析方法進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了模型的合理性和本文方法的可行性和有效性。 6、討論了基于可靠性的不確定參數(shù)彈性機(jī)構(gòu)的優(yōu)化問題。構(gòu)建了彈性連桿機(jī)構(gòu)基于剛度和強(qiáng)度可靠性約束的優(yōu)化設(shè)計(jì)