[發(fā)明專(zhuān)利]一種機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)的可靠性分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810240497.2
• 申請(qǐng)日: 2018-03-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108491627B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊周;胡全全;王標(biāo);周忠凱;姚旭東
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/17
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/17;G06F30/23;G06F119/14;G06F119/02
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

本發(fā)明提供一種機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)的可靠性分析方法，涉及機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)分析技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先通過(guò)AsysWorkbench對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行靜力學(xué)分析，然后利用Six Sigma Analysis進(jìn)行DOE獲取足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合出最大應(yīng)力函數(shù)，再基于Schaff的剩余強(qiáng)度理論，最后構(gòu)建強(qiáng)度退化的極限狀態(tài)方程，進(jìn)行可靠性分析和計(jì)算，得到機(jī)械零部件的可靠性分析結(jié)果。本發(fā)明提供的機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)的可靠性分析方法，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，計(jì)算的可靠性更符合實(shí)際需要，具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐可行性及有效性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)的可靠性分析方法。

背景技術(shù)

機(jī)械零部件的可靠性通常是指在預(yù)期的使用時(shí)間內(nèi)和零部件所需的工作條件下，機(jī)械零部件能夠完成規(guī)定的功能的能力。應(yīng)力是對(duì)產(chǎn)品功能有影響的外界因素，機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)可靠性在很大程度上取決于應(yīng)力的大小。

機(jī)械零部件在使用過(guò)程中，由于溫度、濕度、腐蝕等外界因素的累計(jì)效應(yīng)會(huì)使機(jī)械零部件的強(qiáng)度、應(yīng)力的等發(fā)生循序漸進(jìn)地變化從而產(chǎn)生漸變失效，因此機(jī)械零部件的可靠性呈現(xiàn)時(shí)變性。在傳統(tǒng)的機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)中，應(yīng)力函數(shù)大部分都是通過(guò)機(jī)械零部件的幾何尺寸建立起來(lái)的數(shù)學(xué)模型，然后用載荷比作用面積來(lái)獲取對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，然而此應(yīng)力更多的是趨于一種平均應(yīng)力，并不是最大應(yīng)力，這樣會(huì)使計(jì)算的可靠度偏高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)的可靠性分析方法，主要用以計(jì)算結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)且受力對(duì)稱(chēng)的機(jī)械零部件的可靠性，該方法考慮了隨機(jī)最大應(yīng)力和載荷作用次數(shù)下的強(qiáng)度退化情況下，計(jì)算出來(lái)的可靠度更加符合工程實(shí)際要求。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)的可靠性分析方法，該方法包括以下步驟：

對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行受力分析，獲取零部件載荷形式和大小，以及零部件的幾何尺寸，確定基本隨機(jī)變量，構(gòu)建初始極限狀態(tài)方程；

構(gòu)建機(jī)械零部件的三維參數(shù)化模型，在Workbench中將機(jī)械零部件基本隨機(jī)變量標(biāo)注為參數(shù)，通過(guò)AsysWorkbench有限元軟件對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行靜力學(xué)分析，獲取特定部位的最大應(yīng)力；

基于AnsysWorkbench有限元軟件的分析結(jié)果，通過(guò)Workbench的Six SigmaAnalysis優(yōu)化模塊，采用拉丁超立方抽樣方法，對(duì)基本變量隨機(jī)抽取足夠的樣本進(jìn)行DOE實(shí)驗(yàn)，獲取對(duì)應(yīng)的最大應(yīng)力值的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；

利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合出最大應(yīng)力對(duì)應(yīng)的各隨機(jī)變量的函數(shù)；

考慮強(qiáng)度退化情況下，構(gòu)建機(jī)械零部件的極限狀態(tài)方程；

根據(jù)極限狀態(tài)方程對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行可靠性分析和計(jì)算，得到機(jī)械零部件的可靠性分析結(jié)果。

構(gòu)建的初始極限狀態(tài)方程如下式所示：

g(X)＝R-σ (1)

其中，g(X)為極限狀態(tài)方程；X為零部件的基本隨機(jī)參數(shù)向量，X＝[X₁ X₂ … X_n]；R為材料強(qiáng)度；σ為零部件應(yīng)力。

在進(jìn)行所述DOE實(shí)驗(yàn)時(shí)，基于Workbench的Six Sigma Analysis優(yōu)化模塊，以影響機(jī)械零件應(yīng)力的幾何尺寸為輸入變量、最大應(yīng)力為輸出變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，來(lái)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合出最大應(yīng)力的連續(xù)函數(shù)，如下式所示：