摘要：针对CFRP优化设计过程中由于设计变量较多导致收敛慢的问题,提出一种基于变量分层的协同优化设计方法。该方法中,将协同优化分为系统层面与子层面,子层面包括结构层面与材料层面,结构件的截面轮廓控制节点及其权因子作为结构层面的局部变量进行NURBS结构优化设计,CFRP铺层角度作为材料层面的局部变量进行固有频率优化设计,提取结构件总厚度作为系统层面的公共变量,通过子层面与系统层面设计变量的交互实现CFRP结构件宏细观协同优化设计。以汽车CFRP顶盖协同优化设计为算例,验证所提方法的可行性。优化结果表明:汽车CFRP顶盖在满足强度与刚度性能的条件下,与汽车钢制顶盖相比,质量降幅为74.5%,固有频率增幅为125.5%。与整体优化法相比,分层协同优化法的优化效率显著提高。

摘要：失效相关普遍存在于工程结构中,是影响结构系统可靠性分析精度的重要因素。针对随机恒幅载荷和随机变幅载荷两类典型工况,推导积矩相关系数和Kendall秩相关系数的计算式,从定性和定量角度分析结构系统各单元疲劳失效内在的统计相关机理。单元寿命相关性主要来自应力过程特征量的分散性,而材料性能的分散性则减轻相关程度。根据单元失效的统计相关机理,利用阿基米德族的Clayton Copula建立串联、并联结构系统的疲劳寿命可靠性模型。分析表明:Clayton Copula形式简洁,可细腻刻画单元对数寿命联合分布密度等高线呈现的非对称形态,由此建立的概率模型计算精度高。算例验证了所提方法的合理性和可行性。新模型可用于共因载荷多次作用下结构系统的疲劳寿命可靠度预测,并为考虑多模式损伤耦合的装备可靠性设计及概率评估提供新工具。

摘要：Copula以灵活的函数形式实现多元随机向量的概率建模,能描述变量之间复杂的统计相关特征。在结构系统可靠性分析中引入Copula函数,初步探讨利用Copula实现对称结构系统可靠性建模的思路与方法。根据元件失效相关机理,以孪生应力、元件强度为基本变量,以元件安全裕度为分析变量,分别阐述利用高斯Copula和阿基米德Copula实现对称结构系统可靠性建模的基本步骤。与高斯Copula相比,阿基米德Copula对系统失效相关机理的刻画能力更强,可根据秩相关系数和临界失效点信息调节各待定参数,适用于基本变量为非正态的场合。数值算例验证了模型的合理性与可行性。Copula可靠性模型可为失效相关的机电装备系统可靠性评估与可靠性设计提供新途径。

摘要：系统剩余寿命是机电装备面向多生命周期设计、制造与服役的重要分析指标。基于更新过程理论,通过引入广义发生函数(UGF),提出一种针对元件及系统有限时间区间的剩余寿命概率分析的实用方法。当系统各元件承受具有整体不确定性的平稳载荷随机历程时,直接根据元件在各等效恒幅应力水平下的失效数据构建元件条件寿命发生函数,由自定义复合算子分别计算相应的系统条件剩余寿命发生函数,经统计平均得系统剩余寿命分布。运算过程中,可利用近似项合并技术大幅度提高分析效率。新方法适用于元件寿命为任意分布随机变量场合,并体现各元件因等效恒幅应力不确定而引发的失效相关性,可为装备系统剩余寿命精细化分析开辟新途径。

摘要：裂纹形核是结构疲劳损伤演化的初级阶段。基于Tanaka-Mura微裂纹形核机制,提出恒幅交变载荷下结构表面疲劳裂纹形核寿命的细观概率模型。设细观尺度的晶粒尺寸、晶粒取向欧拉角为随机变量,借助Schmidt因子建立细观主应力与分解切应力之间的关系。考虑到晶粒取向随机性和紧邻晶粒影响因素,导出分解切应力变程的概率分布。进一步运用矩法和次序统计量模型获得任一晶粒中疲劳裂纹形核寿命和结构热区晶粒群多裂纹分散形核寿命的概率分布。数值算例验证了所提模型与方法的可行性和合理性。新模型在裂纹形核寿命研究中引入了细观物理参数和几何参数的概率统计信息,可为多晶体金属结构件的疲劳可靠性评估和抗疲劳概率设计开辟精细化分析的新途径。

摘要：为了获得火车轮钢材的疲劳设计数据,对K型和B型火车轮钢材分别进行了疲劳性能试验,用升降法试验测定了2种钢材的疲劳极限,使用成组法试验对2种车轮钢材在三级应力水平下测试了其疲劳寿命,运用可靠性原理比较了2种不同材质、不同结构对车轮疲劳性能的影响。结果表明,K型车轮的疲劳寿命分布集中,可靠性高;B型车轮的疲劳寿命分布相对分散。结合升降法所得的疲劳极限值和成组法试验数据,计算了2种车轮钢材的S—N曲线方程;运用概率方法计算了2种车轮钢材的P—S—N方程,为2种车轮制定设计标准和安全寿命评估提供理论依据。

摘要：针对具有相关失效模式的结构系统可靠性分析问题,提出利用Copula计算结构系统的失效概率。Copula函数可以采用多种边缘分布函数来推求联合分布函数,构造随机变量间的相关结构。该方法分别以各失效模式的功能函数值为Copula分析变量,利用MATLAB软件和Monte Carlo模拟法产生的随机抽样数据估计Copula参数,实现各功能函数间的联合概率分布函数的Copula建模,从而可以利用Copula计算结构系统的失效概率。最后用工程算例验证该理论方法的可行性,为具有相关失效模式的结构系统可靠性分析提供新途径。

摘要：根据载荷-强度干涉理论,探讨了系统共因失效发生及作用机理,揭示了元件强度统计独立时由系统共因载荷引发元件失效相关的基本规律。采用相关系数建立了共因载荷随机变量方差、元件强度随机变量方差以及失效相关程度之间的近似关系,并导出系统共因失效概率定量分析的非经验模型。针对系统低阶共因失效数据已知而系统载荷分布及元件强度分布未知的现实条件,提出了计算系统共因失效概率的实用方法。该模型与方法直接体现了共因失效内在机理,克服了传统模型过多依赖历史数据或主观经验而忽略共因失效发生及作用规律的局限,为冗余系统风险数据分析、概率预测,特别是可靠性设计提供了新途径。

摘要：传统的轴承疲劳寿命可靠性研究主要是在稳定载荷条件下对单个轴承寿命可靠度的研究。基于概率Miner累积损伤理论,推导随机载荷下滚动轴承的疲劳寿命及可靠性计算公式,并针对滚动轴承系统阐述随机载荷下各轴承的失效相关机理。根据载荷离散化思想,运用随机事件的全概率公式,推导随机载荷下滚动轴承系统的疲劳可靠度计算公式。该公式考虑了系统各轴承的失效相关性,可更客观地描述系统寿命与各设计参数的内在关系。算例以并联行星齿轮轴承系统为分析对象,运用随机载荷下滚动轴承系统的疲劳可靠度公式得到合理结果。新模型与方法可为滚动轴承系统寿命评估与可靠性分析提供理论依据。

摘要：通过STC89C52单片机平台,以4路驱动信号的TCD1208AP和6路驱动信号的TCD1501D为例,采用分割法对驱动信号进行了分析与编码。根据线阵CCD驱动信号数量的不同,分别采用单周期和双周期指令完成了驱动时序的编程实现和实验验证。该方法应用高执行效率的51汇编指令,驱动信号频率高、稳定性好,充分发挥了单片机和线阵CCD的综合性能。