基于隨機(jī)有限元法的機(jī)械零部件靜動(dòng)態(tài)可靠性分析.pdf

1、在傳統(tǒng)的機(jī)械零部件可靠性分析時(shí)，通常直接根據(jù)該零件的應(yīng)力具體顯示表達(dá)式得到應(yīng)力概率模型，同時(shí)結(jié)合強(qiáng)度概率模型建立可靠性干涉模型進(jìn)行分析。但工程實(shí)際中的機(jī)械零部件通常無(wú)法給出具體顯示表達(dá)式，導(dǎo)致了可靠性在實(shí)際工程中的廣泛運(yùn)用障礙。在可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方面，通過(guò)直接做可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)成本高昂，而且由于零件結(jié)構(gòu)的不同所造成應(yīng)力分布差異性極大，使得試驗(yàn)結(jié)果往往不具有通用性。因此，機(jī)械零部件可靠性研究重點(diǎn)一直圍繞著可靠性模型和可靠性數(shù)據(jù)兩個(gè)方面展開

2、進(jìn)行的。本文在隨機(jī)有限元理論的基礎(chǔ)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(jī)有限元、響應(yīng)面隨機(jī)有限元和混合隨機(jī)有限元進(jìn)行機(jī)械零部件靜可靠性分析，解決了無(wú)具體顯示表達(dá)式的零件可靠性建模分析問(wèn)題，同時(shí)對(duì)比三種隨機(jī)有限元法得到各自特點(diǎn)和使用條件。在動(dòng)態(tài)可靠性分析方面，以隨機(jī)有限元靜可靠性分析得到的應(yīng)力數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用Monte Carlo法進(jìn)行動(dòng)態(tài)可靠性模擬分析，解決了動(dòng)態(tài)可靠性分析的數(shù)據(jù)缺

3、乏問(wèn)題。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過(guò)APDL建立工業(yè)機(jī)器人小臂可靠性分析文件，選擇Monte Carlo隨機(jī)有限元法對(duì)小臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜可靠性分析，得到小臂的靜可靠度及參數(shù)靈敏度分析結(jié)果。表明Monte Carlo隨機(jī)有限元法能夠很好的解決零件無(wú)顯示表達(dá)式靜可靠性的分析問(wèn)題，同時(shí)也是一種通用性較好的隨機(jī)有限元靜可靠性分析基礎(chǔ)方法。⑵以機(jī)器人小臂為例，進(jìn)一步采用響應(yīng)面隨機(jī)有限元法進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)擬合的響應(yīng)面進(jìn)行大量Monte Car

4、lo快速模擬后，得到小臂靜可靠性分析結(jié)果。表明響應(yīng)面隨機(jī)有限元法以擬合的結(jié)構(gòu)響應(yīng)面替代小臂的有限元模型可快速進(jìn)行分析，比Monte Carlo法具有更高分析效率。通過(guò)詳細(xì)對(duì)比兩種隨機(jī)有限元法，最后給出Monte Carlo隨機(jī)有限元和響應(yīng)面隨機(jī)有限元各自進(jìn)行靜可靠性分析的適用條件。⑶綜合Monte Carlo和響應(yīng)面兩種隨機(jī)有限元法特點(diǎn)，結(jié)合參數(shù)靈敏度分析得到混合隨機(jī)有限元靜可靠性分析方法。以參數(shù)和結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿為例，詳細(xì)的對(duì)

5、比混合隨機(jī)有限元、響應(yīng)面隨機(jī)有限元和Monte Carlo隨機(jī)有限元三種靜可靠性分析方法，結(jié)果表明混合隨機(jī)有限元法在結(jié)構(gòu)復(fù)雜且輸入?yún)?shù)較多的零部件靜可靠性分析時(shí)，比其它兩種方法具有更高的計(jì)算效率。⑷在零部件動(dòng)態(tài)可靠性分析時(shí)，以支撐板為例，利用Monte Carlo隨機(jī)有限元靜可靠性分析結(jié)果，提取后綴為.pdrs文件的應(yīng)力數(shù)據(jù)得到應(yīng)力的大量樣本。進(jìn)一步通過(guò)MATLAB分布擬合得到動(dòng)態(tài)可靠性分析的應(yīng)力概率分布特性，并以此建立動(dòng)態(tài)可靠性干涉模