[發(fā)明專利]超深井提升容器多失效模式的可靠性穩(wěn)健設計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711040357.2
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107832511A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發(fā)明（設計）人: 盧昊;朱真才;周公博;彭玉興;曹國華;李偉;沈剛;王大剛;江帆
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 王美章

1.一種超深井提升容器多失效模式的可靠性穩(wěn)健設計方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：

步驟1、確定超深井提升容器的尺寸參數(shù)、材料屬性參數(shù)及工況載荷的均值和方差，確定各參數(shù)的分布類型，建立提升容器的有限元模型；

步驟2、根據(jù)步驟1所確定的提升容器各基本參數(shù)的均值和方差，結(jié)合拉丁超立方抽樣試驗設計方法，獲得各組驅(qū)動參數(shù)下結(jié)構(gòu)失效的隨機響應樣本；

步驟3、使用Kriging方法對步驟2中的輸入輸出樣本進行擬合，得到提升容器失效響應與結(jié)構(gòu)性能參數(shù)的映射關(guān)系，依據(jù)提升容器失效的設計準則，分別建立各失效模式下的可靠性功能函數(shù)；

步驟4、根據(jù)基本參數(shù)的概率信息，使用基于矩的鞍點逼近方法分別求解各失效模式的失效概率；

步驟5、采用Clayton copula函數(shù)建立各失效模式概率相關(guān)時的聯(lián)合失效分布，進而結(jié)合系統(tǒng)可靠性理論建立聯(lián)合概率失效時的系統(tǒng)可靠性模型，求解系統(tǒng)失效概率；

步驟6、采用偏導方法建立提升容器系統(tǒng)可靠性關(guān)于隨機參數(shù)的靈敏度模型；

步驟7、在系統(tǒng)可靠性模型的基礎上，將步驟5及步驟6中得到的提升容器的參數(shù)靈敏度和系統(tǒng)失效概率作為約束函數(shù)，建立提升容器的可靠性穩(wěn)健設計模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超深井提升容器多失效模式的可靠性穩(wěn)健設計方法，其特征在于，步驟1具體為：

確定提升容器結(jié)構(gòu)尺寸和材料屬性的分布類型及均值、方差；

確定提升容器的載荷工況，以確定各工況下提升容器所承擔的靜載荷、彎矩和扭矩等載荷的分布類型及均值、方差；

基于以上信息建立提升容器的有限元分析模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超深井提升容器多失效模式的可靠性穩(wěn)健設計方法，其特征在于，步驟2具體為：

通過提升容器的參數(shù)化建模，形成建模的過程文件；

通過提升容器的有限元分析，形成有限元分析的過程文件；

其中，提升容器的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括提升容器的總體尺寸及底盤的尺寸；材料性能參數(shù)包括彈性模量、泊松比和密度；

應用拉丁超立方抽樣試驗設計方法，驅(qū)動提升容器的參數(shù)進行隨機有限元分析，獲得隨機輸入下的隨機響應樣本。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超深井提升容器多失效模式的可靠性穩(wěn)健設計方法，其特征在于，步驟3具體為：

使用Kriging方法對步驟2獲得的輸入輸出樣本進行擬合，建立隨機響應與隨機參數(shù)間的顯式函數(shù)關(guān)系；

依據(jù)失效模式的設計準則，建立各失效模式下的可靠性功能函數(shù)，區(qū)別于提升系統(tǒng)的其它零部件，超深井提升容器為大型焊接結(jié)構(gòu)件，在考察其強度可靠性時應當采用斷裂力學分析，以其抗斷裂性能作為強度設計的準則。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超深井提升容器多失效模式的可靠性穩(wěn)健設計方法，其特征在于，步驟4具體為：

采用隨機攝動技術(shù)計算各功能函數(shù)的前三階矩，即均值、方差和偏度，采用基于前三階矩的鞍點逼近方法求解各失效模式的失效概率。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超深井提升容器多失效模式的可靠性穩(wěn)健設計方法，其特征在于，步驟5具體為：

依據(jù)提升容器隨機變量的分布類型，采用均勻抽樣方法進行隨機抽樣，獲得各隨機變量的離散樣本值；

將上述離散樣本值代入步驟3所建立的可靠性功能函數(shù)，獲得相應的功能函數(shù)樣本值；

使用概率統(tǒng)計方法計算得到兩失效模式間的秩相關(guān)系數(shù)，代入Clayton copula函數(shù)模型，計算Claytoncopula的待定參數(shù)，建立描述概率相關(guān)的聯(lián)合概率模型；

使用建立的Clayton copula聯(lián)合概率模型，計算提升容器多失效模式相關(guān)時的聯(lián)合失效概率；

使用系統(tǒng)可靠性理論，代入各失效模式的失效概率以及聯(lián)合失效概率，計算提升容器的系統(tǒng)失效概率。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超深井提升容器多失效模式的可靠性穩(wěn)健設計方法，其特征在于，步驟6具體為：

在建立提升容器系統(tǒng)可靠性模型的基礎上，基于偏導方法，采用矩陣微分技術(shù)對隨機變量的均值、標準差及偏度進行求導，建立提升容器系統(tǒng)可靠性關(guān)于隨機變量均值、標準差及偏度的參數(shù)靈敏度模型。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超深井提升容器多失效模式的可靠性穩(wěn)健設計方法，其特征在于，步驟7具體為：

將上述所得到的基于copula函數(shù)的系統(tǒng)可靠性和參數(shù)可靠性靈敏度模型作為約束引入優(yōu)化設計模型，建立提升容器的可靠性穩(wěn)健設計模型。