基于神经网络的机械零件可靠性稳健设计
发布时间：2020-07-19 21:36
【摘要】：结构的安全与可靠是机械结构设计的主要目的之一。在结构设计过程中,不确定性因素是固有的,如果不考虑其材料、外载荷及几何尺寸等参数的随机性,仅将它们看作是确定性变量进行优化设计,结构的安全性能将得不到充分的保障,产品的质量就会受到影响。而将可靠性设计方法和优化设计技术有机地结合在一起,可以帮助设计人员建立合理的机械结构的安全容限并控制随机参数对机械结构安全的影响,使所预测的机械结构的工作性能与实际工作性能更加符合,得到既有足够的安全可靠性,又具有一定经济性的优化结构。因此进行可靠性优化设计方法的研究具有十分重要的意义。 本文在总结国内外结构可靠性研究现状的基础上,将神经网络技术应用于机械零件可靠性稳健设计领域。BP神经网络是目前研究和应用最为广泛的一种网络模型,并且在不同的研究领域取得了大量成果,本文充分利用其函数逼近功能、非线性映射功能、鲁棒性和容错能力,较好地解决了可靠性研究中的一些难点问题,为结构可靠性分析和可靠性稳健优化设计的求解提供了一种新途径。本文的主要研究内容为： 针对在工程实际应用中很难给出极限状态函数的具体显性表达式,以及随机有限元法和响应面法的缺陷问题,本文将有限元数值分析、神经网络技术、可靠性优化设计理论、可靠性灵敏度技术和稳健设计方法有机结合,提出了机械零件可靠性稳健设计的神经网络方法。本文采用均匀试验设计法来确定有限元分析的样本和试验方案,通过有限次有限元数值分析计算获得的最大应力的准确数值解,将他们作为神经网络模型的样本数据,利用神经网络模型模拟获得最大应力之间的关系,将神经网络模拟确定的最大应力与可靠性理论相结合,并以训练好的神经网络模型来替代有限元程序进行分析计算,最后将可靠性优化理论、可靠性灵敏度技术和稳健设计方法相结合,进行基于神经网络的可靠性稳健优化设计,这将提高计算效率和节省试验成本。本文提出的基于神经网络的可靠性稳健设计方法,利用神经网络的非线性映射能力和泛化能力,可以任意精确地逼近结构参数与结构响应之间的函数关系。因此,通过在实际结构可靠性分析中的应用,可以有效解决复杂结构可靠性分析中没有给出功能函数显式表达的问题,简化了计算过程,同时可以获得较高的计算精度,具有很好的工程实用价值。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH122;TP183
【图文】：
=声，十qjj(其中，q一3，一1，O，1，3)，各参数取值如表4.1所示，通过查均匀试验设计表，给出随机变量样本组，确定试验设计方案。然后进行相应的有限元分析和计算，得到危险区的最大应力amax(如表4.2所示)，图4.2给出了有限元模型和应力分析的一个示例。表4.1随机参数值样本b(mm)r(mm)e(mm)。(MPa)7.8800E+017.9600E+01 8.0O00E十01 8.0400E+01 8.1200E+01 1.1820E+01 1.1940E+01 1.2000E+01 1.2060E+01 1.2180E+01 2.3712E+01 2.3904E+01 2.4000E+01 2.4096E+01 2.4288E十01 6.5000E+01 7.5O00E+01 8.0O00E+01 8.5000E+01 9.5000E+01;;;一八川 川蘸蘸蘸 {{{日目M‘日口‘U了】月洲八川_幽幽.娜娜曰哪四{整麟四幽曰.曰倒活舀吕沼篇言二甲翻四口曰脚2，一，一‘一:j一‘.，】一.孟，一7甚，图4.2(a)有限元模型 Fig.4.2(a)Thefiniteelementmodel图4.2(b)有限元应力分析 Fig.4.2(b)Thefiniteelementstressanalysis图4.2偏心圆孔板条拉伸的有限元分析 Fig.4.2Thefiniteelementanalysisofeeeentrielath表4.2有限元分析计算结果__鱼切旦生ZTbenn丝旦旦坦鱼呵analyticalre呵t_______-一样本b(lllm)r恤m)c(mm)。(MPa)‘。(Mp司 18.0000E+01l.Z180E+012.3712E+018.5000E+013.6005E+02 28.0000E+01l.1940E+012.4288E+019.500OE+013.9064E+02 38.1200E+01l.2000E+012.3904E+018.5000E+013.5359E+02 48.12OOE十 01l.Z180E+012.4096E+019.5000E+013.9774E+02 58.1200E+01l.1940E+012.4000E+017.5000E+013.0985E+02 67.8800E+01l.1820E+012.3712E+017
xj=巧+q气(其中，q一3，一1，O，1，3)，各参数取值如表4.5所示，通过查均匀试验设计表，给出随机变量样本组，确定试验设计方案。然后进行相应的有限元分析和计算，得到危险区的最大应力amax(如表4.6所示)，图4.5给出了有限元模型和应力分析的一个示例。表4.5随机参数值样本D(mm)d(mm) 4.9250E十014.9750E+01 5.0000E+01 5.0250E+01 5.0750E+01 3.9400E+01 3.9800E+01 4.0000E+01 4.0200E十01 4.0600E+01r(mm) 2.9550 2.9850 3.0000 3.0150 3.0450尸侧) 1.6220E十05 1.6740E+05 1.7000E+05 1.7260E+05 1.7780E+05一一:入川 川娜娜 娜入川翻以，二盆加，图4.5(a)有限元模型 Fig.4.5(a)Thefiniteelementmodel图4.5(b)有限元应力分析 Fig.4.5(b)Thefiniteelementstressanalysis图4.5横向圆孔空心圆轴的有限元分析 Fig.4.5Thefiniteelementanalysisofholloweylinder
(a)有限元模型
本文编号：2763004
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH122;TP183
【图文】：
=声，十qjj(其中，q一3，一1，O，1，3)，各参数取值如表4.1所示，通过查均匀试验设计表，给出随机变量样本组，确定试验设计方案。然后进行相应的有限元分析和计算，得到危险区的最大应力amax(如表4.2所示)，图4.2给出了有限元模型和应力分析的一个示例。表4.1随机参数值样本b(mm)r(mm)e(mm)。(MPa)7.8800E+017.9600E+01 8.0O00E十01 8.0400E+01 8.1200E+01 1.1820E+01 1.1940E+01 1.2000E+01 1.2060E+01 1.2180E+01 2.3712E+01 2.3904E+01 2.4000E+01 2.4096E+01 2.4288E十01 6.5000E+01 7.5O00E+01 8.0O00E+01 8.5000E+01 9.5000E+01;;;一八川 川蘸蘸蘸 {{{日目M‘日口‘U了】月洲八川_幽幽.娜娜曰哪四{整麟四幽曰.曰倒活舀吕沼篇言二甲翻四口曰脚2，一，一‘一:j一‘.，】一.孟，一7甚，图4.2(a)有限元模型 Fig.4.2(a)Thefiniteelementmodel图4.2(b)有限元应力分析 Fig.4.2(b)Thefiniteelementstressanalysis图4.2偏心圆孔板条拉伸的有限元分析 Fig.4.2Thefiniteelementanalysisofeeeentrielath表4.2有限元分析计算结果__鱼切旦生ZTbenn丝旦旦坦鱼呵analyticalre呵t_______-一样本b(lllm)r恤m)c(mm)。(MPa)‘。(Mp司 18.0000E+01l.Z180E+012.3712E+018.5000E+013.6005E+02 28.0000E+01l.1940E+012.4288E+019.500OE+013.9064E+02 38.1200E+01l.2000E+012.3904E+018.5000E+013.5359E+02 48.12OOE十 01l.Z180E+012.4096E+019.5000E+013.9774E+02 58.1200E+01l.1940E+012.4000E+017.5000E+013.0985E+02 67.8800E+01l.1820E+012.3712E+017
xj=巧+q气(其中，q一3，一1，O，1，3)，各参数取值如表4.5所示，通过查均匀试验设计表，给出随机变量样本组，确定试验设计方案。然后进行相应的有限元分析和计算，得到危险区的最大应力amax(如表4.6所示)，图4.5给出了有限元模型和应力分析的一个示例。表4.5随机参数值样本D(mm)d(mm) 4.9250E十014.9750E+01 5.0000E+01 5.0250E+01 5.0750E+01 3.9400E+01 3.9800E+01 4.0000E+01 4.0200E十01 4.0600E+01r(mm) 2.9550 2.9850 3.0000 3.0150 3.0450尸侧) 1.6220E十05 1.6740E+05 1.7000E+05 1.7260E+05 1.7780E+05一一:入川 川娜娜 娜入川翻以，二盆加，图4.5(a)有限元模型 Fig.4.5(a)Thefiniteelementmodel图4.5(b)有限元应力分析 Fig.4.5(b)Thefiniteelementstressanalysis图4.5横向圆孔空心圆轴的有限元分析 Fig.4.5Thefiniteelementanalysisofholloweylinder
(a)有限元模型
【引证文献】
相关硕士学位论文 前3条
1 朱丽莎;某多跨转子系统可靠性灵敏度分析[D];东北大学;2009年
2 史宇;硬质合金可转位刀片的可靠性灵敏度与可靠性稳健设计[D];东北大学;2010年
3 曹璨;大型转子系统频率可靠性敏感性与鲁棒设计[D];东北大学;2010年
本文编号：2763004
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