摘要：多孔腔镜手术机器人是用于开展腹腔微创手术的机器人系统,其中手术器械是与患者身体直接接触的部分,因此其重要度、安全要求极高。同时,因手术器械具有构型复杂、装配工序多等特点,其风险评估和可靠性研究一直是行业内一个难以解决的问题。首先,借助故障模式与影响分析(FMEA)工具,对某款典型手术器械进行了风险分析。其结果表明,机构钢丝-滑轮结构故障发生率较高且危害较大。其次,通过设计钢丝-滑轮结构寿命试验对比分析了不同材质和结构钢丝绳的寿命。试验结果表明,用钨制作的8×19+7×7结构钢丝绳具有最高的使用寿命。然后,通过拟合预紧力与疲劳寿命映射关系,获得钢丝-滑轮机构的疲劳寿命曲线。最后,通过对钨钢丝绳试验结果进行可靠性分析,可求得其疲劳寿命P-S-N曲线图,为钢丝绳使用期限评价和后续风险控制提供了一定的指导。

摘要：城市避震疏散通道的震后通达性直接关系到能否在第一时间安全转移受灾群众及顺利开展救灾工作。以济南市杆石桥街道为研究对象,考虑到震中沿街建筑的倒塌影响,借助空间句法进行道路系统的抗震可靠性和通达性评价,并提出优化建议。经分析,杆石桥街道建筑密度较高,高层建筑多布局于道路交叉口,均对街区道路的避震疏散功能有一定威胁,且老城区本身避震疏散网络规划不足、存在较多救灾“死角”。随着城市的发展和更新,大多中心城区的规划年代久远,原有避震疏散网络已不能满足需求,近年来自然灾害频发,中心城区的避震疏散通道亟待进行整体评价及优化。

摘要：为保障涡轮轴在多种不确定性因素影响下的可靠性和寿命性能,建立了涡轮轴低周疲劳寿命可靠性分析与优化设计方法。搭建了涡轮轴结构分析、可靠性分析和可靠性优化设计的参数化平台,实现了设计参数的不同访问值处结构分析和可靠性分析的自主调用。提出了改进Monte Carlo结合自适应Kriging的算法(A-MCS-AK),通过多点加点和样本池缩减大幅提高了可靠性分析效率。针对极大化涡轮轴低周疲劳寿命均值和极小化涡轮轴低周疲劳寿命失效概率的可靠性优化模型,建立了基于自适应协作代理策略的类序列解耦算法。对选定涡轮轴的分析结果表明,搭建的参数化平台实现了分析数据的自主流动,提出的A-MCS-AK算法较传统的自适应Kriging结合MCS方法计算效率更高,建立的类序列解耦法实现了两种优化模型的高效求解,得到的优化方案显著提高了某型涡轮轴的寿命均值并降低了失效概率。

摘要：针对谐波齿轮减速器中存在的磨损和变形因素导致减速器传动精度低、可靠性差等问题,建立考虑磨损与变形的谐波齿轮减速器传动误差模型,并进行精度可靠性分析与优化设计。通过分析传动误差的影响因素建立了传动误差模型;基于磨损经验模型和试验数据,应用贝叶斯修正方法建立动态磨损模型,同时根据试验数据和高斯过程回归建立柔轮变形模型;综合获得的传动误差模型、磨损模型和柔轮变形模型建立谐波齿轮精度可靠性模型,并应用基于拉丁超立方抽样的Kriging代理模型和蒙特卡洛法求解某谐波齿轮减速器传动精度可靠度。最后采用序列二次规划法对谐波齿轮减速器进行优化设计。优化结果表明,在工况参数(输出端负载17.5 N·m,输入端转速100 r/min)下,优化后的谐波齿轮减速器在工作时间3000 h处的可靠度达到99.02%,相比未优化前提升7.85%,而成本却只增加1.70%。

摘要：针对确定性分析方法进行水泥土搅拌桩(DMC)复合地基工后沉降控制存在一定风险的问题,基于Monte Carlo dropout神经网络(ANN_MCD)架构的随机变换,利用模型输出随机性表征土体参数的不确定性.结合有限元与代理模型,开展考虑土体参数不确定性的DMC复合地基工后沉降高效计算,获得不同桩长、桩径、桩间距、垫层厚度参数组合下的工后沉降概率分布.以路基正常使用极限状态下的目标可靠指标,确定工后沉降界限值,建立沉降与地基处理成本的非线性映射关系,结合成本效能指标进行结构设计优化.研究表明,ANN_MCD模型可以依据地基软黏土塑性指数I_(p),推演修正剑桥模型参数的不确定性,预测参数的95%置信区间与试验值吻合良好.利用土体与结构参数独立进行特征提取的双输入层ANN代理模型,可以有效地避免网络结构冗余,实现DMC复合地基工后沉降S的高效高精度预测.S与最低建造成本符合Logistic曲线形式,成本效能分界值C_(v)位于曲率最大点,设计优化方案应位于成本≤C_(v)的高效费比区.

摘要：建立了一种针对复合材料压力容器金属内胆自紧后的局部屈曲可靠性分析方法。基于凹陷对内胆界面压力和残余弯矩影响的解析模型,结合有限元数值仿真分析方法,进行了金属内胆局部屈曲分析;基于蒙特卡洛算法,建立了分别针对复合材料压力容器内胆和缠绕层设计变量的抽样方法;采用径向基函数(Radial basic function,RBF)代理模型替代了内胆屈曲计算的有限元分析模型,建立了自紧后压力容器金属内胆局部屈曲可靠性问题的快速分析方法。以30 L柱形纤维缠绕复合材料铝合金内胆压力容器为例,分析了内胆设计参数与缠绕层设计参数不确定性对内胆屈曲可靠性的影响。结果表明:在计算范围内内胆屈曲概率与自紧压力正相关;内胆厚度的随机性对压力容器内胆屈曲概率的影响随自紧压力增加呈近似直线增加;单独考虑内胆半径、缠绕层厚度及缠绕层模量,屈曲概率随自紧压力变化趋势为一条增速先缓再快再变为平缓的递增曲线。

摘要：针对薄板类零件加工过程中加工变形导致加工精度低的问题,利用有限元法和高斯过程回归算法建立了加工变形预测模型,综合考虑机床运动误差与工件加工变形,对薄板件加工精度可靠性进行分析,建立了以加工效率和平均加工变形为目标、加工精度可靠度为约束的铣削加工工艺参数优化设计模型,并利用多目标优化算法进行求解,确定了协调加工效率和加工变形最优的工艺参数组合。案例研究结果表明,经优化设计后最低加工精度可靠度达到98.21%,平均加工变形减小21.14%,加工效率提高了4.18%,为薄板类零件铣削加工工艺参数选择提供了一种可行的方法。

摘要：船舶操纵系统是自主船舶的重要组成部分,其可靠性直接关系到船舶的安全作业。论文以自主船舶操纵系统为研究对象,将GO法与贝叶斯法相结合建立可靠性分析模型。通过定量推理方法确认该系统的薄弱环节是燃料供给系统和冷却系统,并对软、硬件的共因失效进行了分析。还对操纵系统设备和失效数据区间进行了敏感性分析。分析结果可为船舶操纵系统的冗余设计提供依据,以提高自主船舶的可靠度。

摘要：复杂的岩体结构使得岩体参数空间变异性表征与土体参数具有显著的差别。目前针对高度碎裂化/强风化和单结构面占优岩体的参数空间变异性表征及边坡可靠性研究较多,然而关于楔形体和反倾岩体的参数空间变异性表征及边坡可靠性研究非常有限。提出针对楔形体和反倾岩体的边坡结构面力学参数空间变异性表征及可靠性分析方法,并系统统计不同类型岩体力学参数的相关距离和波动范围的取值范围,编写参数空间变异性表征及边坡概率稳定性分析与FLAC^(3D)软件的接口程序,基于反向传播(BP)神经网络构建边坡安全系数与结构面参数随机场向量之间的映射函数关系式,进而采用非侵入式随机有限差分法调查结构面力学参数空间变异性对边坡失效概率的影响规律。结果表明:不同岩体力学参数的相关距离和波动范围的取值范围存在一定的差别,指数型自相关函数是应用最为广泛的理论自相关函数。通过方向模拟和直接蒙特卡洛模拟方法验证提出方法的有效性,表明提出方法具有较高的计算精度和效率,可为楔形体或反倾岩体结构面力学参数空间变异性表征及边坡可靠性分析提供一种有效的途径。此外,忽略结构面参数的空间变异性会高估边坡失效概率,进而导致保守的边坡加固设计方案。

摘要：方向重要抽样法是一种结构可靠度模拟方法,适合评估非线性、多维度的复杂结构可靠性问题。然而对于多维度问题,利用接受/拒绝方法获得重要矢量样本,效率较低且可执行性差。因此,需要改进或重新构造易于抽样的分布函数。通过概述现有的分布函数,利用插值方法近似构造基于矢量-角度几何映射的分布函数,利用一维拉丁超立方方法对重要角度均匀抽样,再映射到重要矢量样本,得到的矢量样本具有分层均匀性,避免了聚集现象,同时覆盖整个样本空间。该方法有效应用于多设计点和多失效模式的可靠性问题分析中,进一步制定了样本分配方案。通过非线性数值算例和车身结构工程问题验证了该方法的适用性和准确性。