[01169685]机械装备的动态和渐变可靠性设计系列理论与方法

该成果开展了机械装备的动态和渐变可靠性设计系列理论与方法研究,形成了以机械可靠性分析、机械可靠性优化设计、机械可靠性灵敏度设计和机械可靠性稳健设计等为主要内容的机械可靠性设计理论体系。结合重大基础装备可靠性设计的关键共性问题,提出了机械动态可靠性设计、机械渐变可靠性设计,以及动态与渐变耦合的重大基础装备可靠性设计理论与方法,解决了大型压缩机转子系统、航空发动机关键部件、高速列车转向架、高档数控机床动力伺服刀架等重大基础装备的动态与渐变可靠性设计问题。主要取得的学术理论成果体现在以下几方面： 1.制定机械产品的可靠性大纲 考虑机械产品的特点,结合可靠性工程的通用技术,制定了机械产品的可靠性大纲。从可靠性数据采集与分析、可靠性设计、零部件筛选与检验、可靠性试验、制造与装配工艺、维护及保障、可靠性规范与准则、可靠性管理等着手,在源头上把握和控制机械产品的可靠性,促使机械产品可靠性的持续增长。可靠性大纲对推动机械产品的设计、制造、使用各阶段的质量和可靠性的提升起到了至关重要的作用,成为全面保证机械产品可靠性的重要措施。 2.机械可靠性分析与设计理论研究 应用广义随机摄动（有限元）方法、四阶矩技术、最大熵理论、神经网络技术、不完全概率信息理论、降维法等,解决了复杂机械零部件的可靠性设计问题,构建了机械可靠性分析、机械可靠性优化设计、机械可靠性灵敏度设计以及机械可靠性稳健设计系列理论体系。在推导过程中,放松了对随机参数分布概型和激励类型的限制,使之更接近于工程实际和便于工程应用,进一步提高了可靠性分析与设计效率与精度。 3.机械动态可靠性设计理论研究 ①动态广义随机摄动法和随机有限元法 提出了一种动态广义随机摄动法和随机有限元法,并据此开展了机械动态可靠性设计理论的研究,解决了静、动态线性和非线性随机结构系统的可靠性设计问题。 ②频率可靠性研究 依据随机动态结构系统的共振失效准则,定义了随机结构动态失效的失效模式和系统可靠度,提出了避免共振的频率可靠性分析方法,探索了随机结构系统共振问题的准失效分析和设计方法。 ③系统动态可靠性设计理论 提出了在随机参数的联合概率密度函数未知的情况下,具有相关失效模式的多自由度非线性随机振动系统的可靠性设计方法,解决了一直困扰可靠性设计工作者的相关失效模式的非线机械产品系统的动态可靠性设计瓶颈问题。另外,从可靠性对相关系数灵敏度的角度解决了可靠性分析和设计中的随机参数的相关系数选取问题,更有效地反映了可靠性的度量和设计参数的变化对可靠性的影响规律。 4.机械渐变可靠性设计理论研究 研究了重大机械装备（如航空发动机涡轮盘、大型转子系统、无人采掘装备、数控机床等）的关键零件或重要部位的磨损、腐蚀、随机疲劳剩余强度以及刚度等的劣化机理。根据实际工况、生产工艺、经济性以及维修性等需求建立了渐变可靠性设计模型,并研究了可靠性设计模型的优化求解算法,获取机械装备的可靠性设计参数,确保机械装备在设计寿命周期内,在内外随机不确定因素耦合作用下,仍能可靠运行。 5.机械动态与渐变可靠性设计理论研究 研究了机械装备设计变量在运行过程中的劣化机理,构建了描述劣化过程的数学模型,建立了机械系统动力学模型中质量、阻尼以及刚度的劣化模型,根据动力学基本方程建立了参数为随机过程的非线性多自由度动力学方程;研究了参数为随机过程的非线性多自由度动力学方程的随机稳定性以及求解方法;建立了机械系统动态与渐变耦合的可靠性模型,并研究了可靠性设计模型的优化求解方法,确保动态机械装备在腐蚀、磨损、疲劳等随机因素作用下,仍具有较高的可靠性。