[发明专利]带锯床混合型可靠性分析计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种带锯床混合型可靠性分析计算方法，特别是带锯床设计阶段的混合型可靠性分析计算方法。

背景技术

随着金属锯切加工由下料为主逐步向精细加工转变，带锯床逐渐向高端产品发展，对带锯床的设计技术与制造水平有了更高的要求，带锯床可靠性设计随之受到了重视。带锯床的设计一般包括明确用户需求、概念设计和详细设计。明确用户需求阶段应确定用户对产品的功能和性能要求；概念设计阶段根据用户需求完成产品的概念设计方案，并验证概念设计方案能否满足设计需求中的锯切效率等关键性能；详细设计阶段则是在可行概念设计方案的基础上，完成满足用户的功能和性能需求的系统结构设计。因此，概念设计阶段的设计方案对最终设计产品的性能具决定性作用。为此，对概念设计方案实施可靠性分析，验证概念设计方案能否满足可靠性设计指标，对提高带锯床整机的可靠性性能具有重要意义。

但是，可靠性分析对带锯床设计人员的技能素质要求较高，设计人员不仅需具备可靠性工程相关知识，还需掌握带锯床系统相关力学模型，并熟练掌握工程分析工具；另一方面，目前带锯床行业可靠性分析正处于起步阶段，可靠性工程基础相对薄弱，关于可靠性数据统计积累较少，样本量较少，部分随机参数的分布模型参数以区间估计方式获得，使得目前已有的大多数以精确随机设计参数模型为输入的可靠性分析系统的计算效率低下，甚至失效，提高了带锯床可靠性分析实施难度。

发明内容

为解决现有技术中可靠性分析实施难度大，计算效率低下、失效的问题，提供一种带锯床混合型可靠性分析计算方法，这种可靠性分析计算方法可处理精确随机设计参数、非精确随机设计参数的可靠性分析输出变量，引入了单层可靠性建模方法，增加了可靠性分析计算效率，有效降低了带锯床可靠性分析实施难度，可提高带锯床可靠性工程的实施效率。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案包括：数据获取模块，随机变量变换模块，计算模型处理模块，混合型可靠性分析模型建模模块，求解模块，锯切力学模型响应模块和分析结果显示模块。

所述的数据获取模块，用于获取用户输入的参数，输入参数主要有：锯料参数、锯切工艺参数、锯带参数、切削力、进给抗力、设计参数。

所述的随机变量变换模块，利用式I，将随机变量X转化为服从标准正态分布的随机变量U：

上列式中：

u——随机变量U的实现值；

x——随机变量X的实现值；

Fx(·)——随机变量X的累积分布函数；

φ^-1(·)——标准正态变量的累积分布函数的逆函数。

所述的计算模型处理模块，根据式II建立锯切系统强度和疲劳失效概率下限计算表达式为：

上列式中：

(p_f)_min——失效概率的最小值；

I——区间随机变量的向量；

I_L——I的变化区间的下限向量；

I_U——I的变化区间的上限向量；

i——极限状态函数指标，i=1为强度极限状态函数，i=2为疲劳极限状态函数；

G₁(U,I)——锯切系统强度功能函数，函数值小于零表示失效；

G₂(U,I)——锯切系统疲劳功能函数，函数值小于零表示失效；

Pr{·}——概率。

根据式III建立失效概率上限计算表达式为

上列式中：

（p_f）_max——失效概率的最大值；

所述的混合型可靠性分析模型建模模块基于式II与式III给出的失效概率上下限计算表达式，利用一次二阶矩法、KKT条件和光滑函数，引入单层可靠性建模方法，根据式IV最终获得锯切系统强度和疲劳失效概率上下限的近似数学模型：

上列式中：

λ——拉格朗日乘子向量；

L(U,I,λ)——拉格朗日表达式，当求解失效概率下限值时，表达式为L(U,I,λ)=-G_i(U,I)+λh(I)^T，求解求解失效概率上限值时，表达式为L(U,I,λ)=-G_i(U,I)+λh(I)^T；

——对的梯度向量，；

j——向量元素指标；