[发明专利]一种机械零部件结构的可靠性分析方法

说明书

本发明提供一种机械零部件结构的可靠性分析方法，涉及机械零部件结构分析技术领域。该方法首先通过AsysWorkbench对机械零部件进行静力学分析，然后利用Six Sigma Analysis进行DOE获取足够的实验数据，并利用BP神经网络拟合出最大应力函数，再基于Schaff的剩余强度理论，最后构建强度退化的极限状态方程，进行可靠性分析和计算，得到机械零部件的可靠性分析结果。本发明提供的机械零部件结构的可靠性分析方法，操作过程简单，计算的可靠性更符合实际需要，具有很强的工程实践可行性及有效性。

技术领域

本发明涉及机械零部件结构分析技术领域，尤其涉及一种机械零部件结构的可靠性分析方法。

背景技术

机械零部件的可靠性通常是指在预期的使用时间内和零部件所需的工作条件下，机械零部件能够完成规定的功能的能力。应力是对产品功能有影响的外界因素，机械零部件结构可靠性在很大程度上取决于应力的大小。

机械零部件在使用过程中，由于温度、湿度、腐蚀等外界因素的累计效应会使机械零部件的强度、应力的等发生循序渐进地变化从而产生渐变失效，因此机械零部件的可靠性呈现时变性。在传统的机械可靠性设计中，应力函数大部分都是通过机械零部件的几何尺寸建立起来的数学模型，然后用载荷比作用面积来获取对应的应力，然而此应力更多的是趋于一种平均应力，并不是最大应力，这样会使计算的可靠度偏高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种机械零部件结构的可靠性分析方法，主要用以计算结构对称且受力对称的机械零部件的可靠性，该方法考虑了随机最大应力和载荷作用次数下的强度退化情况下，计算出来的可靠度更加符合工程实际要求。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种机械零部件结构的可靠性分析方法，该方法包括以下步骤：

对机械零部件进行受力分析，获取零部件载荷形式和大小，以及零部件的几何尺寸，确定基本随机变量，构建初始极限状态方程；

构建机械零部件的三维参数化模型，在Workbench中将机械零部件基本随机变量标注为参数，通过AsysWorkbench有限元软件对机械零部件进行静力学分析，获取特定部位的最大应力；

基于AnsysWorkbench有限元软件的分析结果，通过Workbench的Six SigmaAnalysis优化模块，采用拉丁超立方抽样方法，对基本变量随机抽取足够的样本进行DOE实验，获取对应的最大应力值的实验数据；

利用BP神经网络拟合出最大应力对应的各随机变量的函数；

考虑强度退化情况下，构建机械零部件的极限状态方程；

根据极限状态方程对机械零部件进行可靠性分析和计算，得到机械零部件的可靠性分析结果。

构建的初始极限状态方程如下式所示：

g(X)＝R-σ (1)

其中，g(X)为极限状态方程；X为零部件的基本随机参数向量，X＝[X₁ X₂ … X_n]；R为材料强度；σ为零部件应力。

在进行所述DOE实验时，基于Workbench的Six Sigma Analysis优化模块，以影响机械零件应力的几何尺寸为输入变量、最大应力为输出变量进行实验，来获取实验数据；根据实验数据，利用BP神经网络拟合出最大应力的连续函数，如下式所示：