不確定彈性機構可靠性分析及其優(yōu)化設計研究.pdf

1、現(xiàn)代機構日益向著高速化、輕量化、精密化的方向發(fā)展，因此開展基于彈性動力學的不確定參數(shù)機構的可靠性分析和優(yōu)化設計研究有著重要的理論和現(xiàn)實意義。本文將機構的不確定參數(shù)分別視為隨機變量、模糊變量和區(qū)間變量，在對機構進行彈性動力學分析的基礎上，分別構建了機構的隨機可靠性、模糊可靠性和非概率可靠性分析模型并進行了基于可靠性和非概率可靠性的機構優(yōu)化設計研究，其主要內容如下： 1、對工程中廣泛使用的連桿機構、螺旋機構和齒輪傳動機構分別進行了彈

2、性動力學分析。通過相應算例對上述機構的動力響應特點進行了分析研究，算例表明進行基于彈性動力學的機構分析及設計的必要性。從而為后序章節(jié)的研究奠定基礎。 2、在對機構進行動力學分析的基礎上，考慮機構參數(shù)(幾何參數(shù)、物理參數(shù))的隨機性，建立了機構動態(tài)可靠性分析模型。對連桿機構、螺旋機構和齒輪傳動機構分別進行了動態(tài)精度可靠性分析。通過算例，考查了機構參數(shù)對機構動態(tài)精度可靠性的影響，獲得了有意義的結論，該結論對機構動態(tài)設計具有指導意義。

3、 3、針對機構動力響應分析過程的復雜性和耗時性，將神經網絡應用到機構的彈性動力學分析之中。根據(jù)訓練好的網絡給出的機構動力響應的近似表達式，導出了機構響應的靈敏度計算公式。并通過相關算例，驗證了這一新的動力學分析方法的可行性和有效性。這一方法的應用，縮短了機構動力響應計算時間、提高了設計效率，使得彈性機構的可靠性模擬得以實現(xiàn)。此外，由于可以得到響應及其靈敏度的近似表達式，使得優(yōu)化中的某些隱式約束顯式化成為可能，從而加速優(yōu)化過程。

4、 4、對機構模糊可靠性問題展開了較為詳細的討論，進行了模糊極限狀態(tài)及其設計準則下的機構模糊可靠性分析；進行了模糊強度和應力下的機構模糊可靠性分析；利用模糊變量的等效正態(tài)變換法，對含有模糊參數(shù)的機構進行了動力響應分析和模糊可靠性分析。相關算例表明，文中采用的方法是合理和有效的，算例同時考查了機構參數(shù)對機構模糊可靠度的影響，獲得了與隨機可靠性類似的結論。 5、針對可靠性分析和設計時，由于樣本較少，某些不確定量缺乏必要的統(tǒng)計信息而

5、難以有效利用現(xiàn)有可靠性模型的情況，將彈性機構的不確定參數(shù)描述為區(qū)間變量，分別應用泰勒展開法和本文提出的基于神經網絡求解動力響應的Monte-Carlo模擬法，對機構的動力響應進行了區(qū)間分析。在此基礎上，建立了彈性機構的非概率可靠性分析模型。通過算例，對兩種區(qū)間分析方法進行了對比，驗證了模型的合理性和本文方法的可行性和有效性。 6、討論了基于可靠性的不確定參數(shù)彈性機構的優(yōu)化問題。構建了彈性連桿機構基于剛度和強度可靠性約束的優(yōu)化設計