复杂结构系统的不确定性量化和传递方法研究及应用

发布时间：2017-09-04 23:18

  本文关键词：复杂结构系统的不确定性量化和传递方法研究及应用

  更多相关文章： 复杂结构系统 不确定性分析 数值积分 概率密度估计 结构可靠性

【摘要】：工程实际中,机翼结构、航空发动机等航空装备具有非常复杂的机械结构系统。如机翼结构在较大的载荷下工作,其关键部件九盒段、三盒段结构以及机翼蒙皮和长桁的连接结构故障的发生可能会导致飞机失事,造成人员伤亡和重大的经济损失。由于装备的工作环境和结构日益复杂,其材料属性、几何特征等存在多种不确定性,给可靠性分析工作带来严重挑战,因此进行复杂结构系统的不确定性传递和量化方法的研究具有重大的意义和工程价值。本文以机翼结构、航空发动机涡轮叶片等结构为研究对象,考虑其参数的不确定性,研究不确定性量化及传递的高效数值积分方法。论文的主要研究工作包括:(1)研究不确定性分析的三种数值积分方法及其应用。将数值积分方法应用到数学算例中并与MCS方法比较,验证该方法的准确性和高效性。然后将数值积分方法结合有限元分析软件(NASTRAN、ANSYS)应用到航空发动机涡轮叶片结构、机翼三盒段与九盒段结构中。最后结合Pearson和Johnson方法两种概率密度估计方法估计复杂结构系统输出响应的概率密度函数并计算其可靠度。(2)变量相关下的不确定性分析方法研究及应用。结合相关不确定性的几种转换方法,基于数值积分方法和概率密度估计方法,研究输入变量相关情况下的不确定性分析。用数学算例验证相关输入变量时方法的准确性,并考虑相关输入变量下,计算航空发动机涡轮叶片结构、机翼三盒段与九盒段结构的输出响应的概率密度函数和结构可靠度。(3)模糊随机混合变量下结构不确定性分析方法研究及应用。结合模糊变量转化为随机变量的信息熵方法,基于数值积分方法和概率密度估计方法,研究模糊随机混合输入变量下的不确定性分析。用数学算例验证模糊输入变量时方法的准确性,并考虑模糊随机混合输入变量下,计算航空发动机涡轮叶片结构、机翼三盒段与九盒段结构的输出响应的概率密度函数和可靠度。(4)不确定性结构的重要性测度分析及应用。研究基于方差的灵敏度分析和基于概率密度函数的灵敏度分析,应用数学算例验证两种全局灵敏度分析方法的准确性,将基于FFNI的重要性测度分析方法应用到显式下机翼九盒段中,将基于PCE的重要性测度分析方法应用到隐式下的航空发动机涡轮叶片中,分别计算各输入变量的主重要性测度。(5)复合材料螺栓连接结构的不确定性分析。考虑FFNI和UDR两种数值积分方法对于高维复杂结构系统问题计算量大、不稳定的缺陷,以模拟机翼蒙皮和长桁的连接结构的复合材料螺栓连接结构为对象,通过ABAQUS软件构建其有限元模型,应用稀疏网格数值积分方法,估计其输出响应并计算其结构可靠度。
【关键词】：复杂结构系统 不确定性分析 数值积分 概率密度估计 结构可靠性
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V22
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-16
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 研究现状13-14
• 1.3 论文组织结构14-16
• 第二章 基于概率密度估计的不确定性分析方法16-39
• 2.1 引言16
• 2.2 不确定性分类和来源16
• 2.3 不确定性表示方法16-17
• 2.4 不确定性分析方法17-20
• 2.4.1 全因子数值积分法17-19
• 2.4.2 单变元降维法19-20
• 2.5 概率密度估计方法20-21
• 2.5.1 Pearson估计法20
• 2.5.2 Johnson估计法20-21
• 2.6 算例分析21-38
• 2.6.1 数值算例21-24
• 2.6.2 航空发动机涡轮叶片24-30
• 2.6.3 机翼三盒段30-34
• 2.6.4 机翼九盒段34-38
• 2.7 小结38-39
• 第三章 变量相关下的不确定性分析方法39-57
• 3.1 引言39-40
• 3.2 Rosenblatt变换40-41
• 3.3 Nataf变换41-45
• 3.3.1 Copula42
• 3.3.2 高斯Copula42-43
• 3.3.3 Nataf变换基本原理43-45
• 3.4 算例分析45-56
• 3.4.1 数值算例45-48
• 3.4.2 航空发动机涡轮叶片48-54
• 3.4.3 机翼九盒段54-56
• 3.5 小结56-57
• 第四章 模糊随机混合不确定性分析方法57-76
• 4.1 引言57
• 4.2 信息熵57-58
• 4.3 模糊变量的转化58-62
• 4.3.1 转化方法59
• 4.3.2 转化方法的等价性证明59-62
• 4.3.3 等价正态随机变量均值和方差62
• 4.4 算例分析62-75
• 4.4.1 数值算例63-65
• 4.4.2 航空发动机涡轮叶片65-71
• 4.4.3 机翼三盒段71-75
• 4.5 小结75-76
• 第五章 基于FFNI及PCE的重要性测度分析方法76-89
• 5.1 引言76
• 5.2 基于方差的重要性测度分析方法76-79
• 5.2.1 方差分析分解76-77
• 5.2.2 方差分解77-78
• 5.2.3 基于方差的重要性测度指标78-79
• 5.2.4 重要性测度指标的数值积分计算方法79
• 5.3 基于概率密度函数的矩独立重要性测度分析方法79-80
• 5.4 多项式混沌展开80-82
• 5.5 算例分析82-87
• 5.5.1 数值算例82-84
• 5.5.2 机翼九盒段84-85
• 5.5.3 航空发动机涡轮叶片85-87
• 5.6 小结87-89
• 第六章 复合材料螺栓连接结构的不确定性分析89-98
• 6.1 引言89
• 6.2 稀疏网格数值积分法89-90
• 6.3 复合材料螺栓连接结构90-93
• 6.3.1 复合材料螺栓连接结构模型90-92
• 6.3.2 复合材料螺栓连接结构有限元仿真92-93
• 6.4 算例分析93-97
• 6.4.1 数值算例94-95
• 6.4.2 复合材料螺栓连接结构95-97
• 6.5 小结97-98
• 第七章 结论和展望98-100
• 7.1 本文工作总结98-99
• 7.2 未来工作展望99-100
• 致谢100-101
• 参考文献101-107
• 攻硕期间取得的研究成果107-108

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本文编号：794425