[发明专利]一种柔性构件可靠性分析的随机多重极值响应面法在审

专利信息
申请号: 201910178298.8 申请日: 2019-03-11
公开(公告)号: CN109885965A 公开(公告)日: 2019-06-14
发明(设计)人: 张春宜;袁哲善;王泽 申请(专利权)人: 哈尔滨理工大学
主分类号: G06F17/50 分类号: G06F17/50
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 150000 黑龙*** 国省代码: 黑龙江;23
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摘要:
搜索关键词: 柔性构件 可靠性分析 随机变量 响应面法 样本 非线性材料 结构可靠性 静力学分析 有效性验证 抽样技术 基本方程 机械载荷 失效模式 输出响应 综合考虑 最大输出 响应面 求解 构建 叶片 抽取 响应 分析
【说明书】:

发明公开一种柔性构件可靠性分析的随机多重极值响应面法。其具体过程如下:综合考虑柔性构件的非线性材料属性、机械载荷的共同作用,通过静力学分析找到叶片的最大输出响应点;选取输入随机变量,运用拉丁超立方抽样技术(LHS)抽取输入随机变量样本,并对每个样本求解有限元基本方程,得到对应的输出响应;构建随机多重极值响应面函数(SMERSF),完成柔性构件的可靠性分析;对SMERSM进行有效性验证。本发明是一种快速、高效的多失效模式结构可靠性分析方法。

技术领域

本发明涉及一种柔性构件可靠性分析方法,尤其涉及到一种柔性构件可靠性分析的随机多重极值响应面法。

背景技术

柔性构件是航空航天、机器人等领域的机械系统的重要组成部分,其可靠性影响着整个机械系统的性能,柔性构件经常承受着复杂的动态机械载荷,同时经历着变形、位移精度、速度精度、加速度精度等复合失效模式,因此,对柔性构件进行多失效模式可靠性具有重要意义。

目前,许多概率分析方法已经被应用到结构可靠性分析中,比较常见的方法有:蒙特卡罗法、随机有限元法、响应面法以及神经网络法等,其中,响应面法(RSM)具有高效、快速、以及具有一定精度的特点,在结构可靠性优化设计领域受到广泛关注,然而,目前大多数研究都是单目标、单一失效模式下的可靠性分析,没有考虑失效模式目标函数之间的相关性,从而引起可靠性分析精度的下降。

随机响应面(SRSM)的基本思想是选用Hermite随机多项式展开来拟合输出响应量与输入随机变量之间的函数关系,相应的随机变量为标准正态变量。根据Cameron-Martin定理,对于任意来自HIilbert空间的函数皆可由Hermite多项式函数来拟合,目前,SRSM很少融合多重极值响应面法(MERSM),并将其应用于多失效模式结构可靠性优化设计中。

发明内容

本发明的目的是:在进行柔性构件可靠性分析时,考虑到影响柔性构件可靠性外部载荷与各随机变量的非线性以及各失效模式之间的相关性,针对传统概率可靠性分析方法不能满足其计算精度与效率的需要,提出一种柔性构件可靠性分析的随机多重极值响应面法。

本发明提供了一种柔性构件可靠性分析的随机多重极值响应面法,其具体过程如下:

a. 综合考虑柔性构件的非线性材料属性、机械载荷的共同作用,通过运动学分析找到柔性构件的最大输出响应点;

b. 选取输入随机变量,运用拉丁超立方抽样技术(LHS)抽取输入随机变量样本,并对每个样本求解有限元基本方程,得到对应的输出响应;

c. 构建随机多重极值响应面函数(SMERSF),完成柔性构件的可靠性分析;

d. 对SMERSM进行有效性验证。

所述的柔性构件可靠性分析的随机多重极值响应面法,所述的步骤a中,以柔性构件的密度、弹性模量、截面尺寸、各摩擦因数作为输入变量,考虑柔性构件连接处存在间隙和机械载荷的耦合作用,求解构件有限元基本方程,进行确定性分析,找到柔性构件的最大变形点、最大应力点和最大应变点。

所述的柔性构件可靠性分析的随机多重极值响应面法,所述的步骤b中,考虑数据的随机性,将上述输入变量作为输入随机变量,运用拉丁超立方抽样技术抽取输入随机变量样本,对每个样本求解有限元基本方程,得到对应的变形、应力、应变在分析时域内的动态输出响应。

所述的柔性构件可靠性分析的随机多重极值响应面法,所述的步骤c中,将输入随机变量转化为服从标准正态分布的随机变量,写出只含有标准正态分布随机变量的多项式混沌展开模型,其中用P阶多维Hermite多项式代替传统响应面法中的输入随机变量,先求出P阶Hermite多项式,然后带回到构建的只含有标准正态分布随机变量的多项式混沌展开模型中,构建出SMERSF数学模型,用SMERSF模型代替柔性构件结构极限状态函数,进行动态可靠性分析。

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