隨機參數機械系統(tǒng)動態(tài)隨機激勵下動態(tài)可靠性及靈敏度研究.pdf

1、機械系統(tǒng)在工作過程中受到隨機激勵的影響，將引起隨機動態(tài)響應，而且機械系統(tǒng)本身的結構參數（如尺寸參數、材料參數、裝配參數等）也不可避免的存在隨機性，因此，機械系統(tǒng)在工作過程中往往具有不可控的復雜動態(tài)隨機特性。在機械的設計過程中，需要考慮這些隨機響應對機械系統(tǒng)功能的影響，以避免動態(tài)隨機響應引起的失效。對這一問題的研究，即為機械動態(tài)可靠性分析。
　　本文對具有隨機結構參數的機械系統(tǒng)在隨機激勵下的動力響應及可靠性問題的研究主要有以下幾個方

2、面的內容:
　　(1)由于齒輪系統(tǒng)的激勵一部分來源于其自身的剛度激勵和誤差激勵，本文在進行齒輪系統(tǒng)動態(tài)可靠性分析之前，首先對影響剛度和誤差激勵的變位系數及修形參數進行了計算分析，分別應用傳統(tǒng)的優(yōu)化設計算計和可靠性優(yōu)化算法對變位參數及修形參數進行了優(yōu)化設計，并分析了各參數傳動誤差可靠性的靈敏度。
　　(2)隨機結構參數系統(tǒng)在靜態(tài)隨機載荷下的可靠性及靈敏度分析。以具有剛度激勵和誤差激勵，并含有非線性齒側間隙的隨機參數齒輪系統(tǒng)為研

3、究對象，應用隨機攝動法和Taylor級數展開對響應的前四階矩進行計算，結合可靠性分析的高階標準化技術求解隨機齒輪系統(tǒng)在靜態(tài)隨機載荷下的可靠度，對影響可靠度的隨機參數均值和方差的靈敏度進行分析，以確定參數的靈敏度排序，指導設計過程。
　　(3)隨機結構參數系統(tǒng)動態(tài)隨機載荷下的可靠性分析。提出基于隨機過程KL表示法的Gaussian-Legendre精細積分算法，利用降維法和點估計法推導各階響應組合下的總體響應統(tǒng)計前四階矩，對于隨機參

4、數未知分布類型的情況，應用隨機攝動法同樣推導了各階響應組合下的總體響應統(tǒng)計前四階矩。結合可靠性及可靠性靈敏度分析理論得到了系統(tǒng)的可靠度及參數靈敏度。以工程中的實際問題為例，計算了典型隨機結構參數系統(tǒng)動態(tài)隨機載荷下的瞬態(tài)可靠度、累積可靠度及參數靈敏度。
　　(4)將隨機等效線性化方法推廣到含有隨機結構參數的系統(tǒng)在動態(tài)隨機載荷下的響應分析問題，得到的響應結果與Monte Carlo模擬結果之間的對比表明，本文的隨機等效線性化得到的系統(tǒng)

5、響應方差精確度較高，而且在強非線性情況下此方法仍然適用。
　　(5)采用基于Gaussian-Legendre路徑積分法求解高斯白噪聲隨機激勵下非線性系統(tǒng)的FPK方程，得到概率密度函數的演化過程和穩(wěn)態(tài)響應，并推導了應用此方法的瞬態(tài)及平均可靠度求解方法。通過在非線性Duffing振子和非線性齒輪系統(tǒng)中的應用，研究了確定性非線性混沌和隨機過程共同作用下的非線性系統(tǒng)概率密度演化，并得到了系統(tǒng)的瞬態(tài)可靠度曲線和累積可靠度曲線，體現了瞬時危