结构机构可靠性及可靠性灵敏度分析(吕震宙[等]著)思维导图
结构机构可靠性及可靠性灵敏度分析——10章_展望）
第十章结构机构可靠性和可靠性灵敏度分析的展望可靠性是一个古老而又面临着新挑战的问题，它涉及 (1) 系统行为的描述和模拟，(2)系统行为的定量化，(3) 不确定性的描述、定量化和传递。
本书只是着重介绍了结构机构可靠性和可靠性灵敏度分析的一些经典方法和现在发展的新方法，研究在输入变量与系统行为之间关系确定，并且输入变量随机不确定性已知的条件下，不确定性的传递问题。
本书所介绍的这些方法只是可靠性工程涉及众多问题中的一个基本问题。
在结束本书的理论方法探讨之前，联系本书所研究的内容，对结构机构可靠性未来所需要研究的问题进行简单的展望。
1、输入变量不确定性的描述和定量化[1-14]一般输入变量的随机不确定性采用概率密度函数来描述，依据经典的概率统计理论，获取概率密度函数需要大量的样本数据，尤其是要准确获取密度函数的尾部时，则需要更大量的样本数据，而且往往影响系统行为失效概率的部分就是输入变量概率密度函数的尾部。
然而值得指出的是：由于经费和时间的限制，工程问题中的大样本数据往往是不可得的。
这使得可靠性研究人员投入了大量的精力和时间来研究小样本情况下母体概率密度函数的估计问题。
尽管挖掘小样本中关于母体信息的思路以及在同类产品中获取更多信息的方法是可取的，并且在今后相当长一段时间内基于这种思路的研究将在可靠性领域持续开展，但值得注意的是这种信息的挖掘和获取毕竟是有限的，因为小样本中本身所包含的信息量只是完整信息的一部分。
以有限的信息去推断完整的信息将承受一定的风险，了解并控制推断过程中的风险水平是保证所作推断有意义的前提。
另外，建立小样本情况下，输入变量不确定性的合适的描述模型也是解决信息不足问题的一个补充手段，如现在已在可靠性领域广泛研究的凸集描述模型和模糊描述模型等，还有各种描述的混合模型。
作为不足以获得概率密度函数情况下的必要补充，研究与样本信息量匹配的不确定性描述模型是输入变量不确定性描述和定量化方面的一项重要研究内容，并且在此基础上的各种不确定性描述模型的相容性也是今后可靠性领域的重要研究内容。
基于β面截断重要抽样法可靠性灵敏度估计及其方差分析
金 （０ ７ Ａ５０ ２；民口８ ３ ２ ０Ｚ ３ １） ６ 计划 （【７ ０ ｚ ０） ２】 ＡＡ ４ ４１． （ 】
第２ 期
张峰等：基 于 面截 断重 要抽样 法可靠 性灵敏度估计及其方差分析
１７ ７
区域 控制 在 超球 外 ，从而减 少 了重 要抽样 函数 在结构 安全域 的抽样 ，提 高 了抽样 效率 ．文 献【］ １ 还将该方法推 广到多失效模式 串联 系统的可靠性灵敏 度分析中 ，推导 了可靠性 灵敏 度估 ４
基 于 面截 断重要抽样 法可靠性灵 敏度估计
及其 方பைடு நூலகம்分析术
张 峰 ， 吕震宙 崔利杰０ ， 一 ，
ｆ一 １ 西北工业大学力学与土木建筑 学院，西安 ７ ０ ２ ； ２ １ １９ 一西北工业 大学航 空学院，西安 ７ ０ ７ ） １ ０ ２
摘
要： 基于 面 的截断重要抽样法可 以用来求解单失效模式可靠性 灵敏度 ．该方法在 设计 点处作失效面
计值 的方差和变 异系数计算公式 ．与传统重 要抽样 法相 比，该方法对低 维问题 计算量 减少可以 达到 ５ ％ ．然 而该方法存 在两个 方面 的不足 ：１ ００ ）必须得 到准确 的可靠度指标 值 ，如果估算 的 球半径大 于实际可靠度 指标 ，会导致可靠性灵敏度存在估算误差 ；２ 研 究对象维数越 高， ）
重要 抽 样 法 计 算 量 少 ．
关键词 ： 计点； 截面 ； 面截断重要抽样法 ；可靠性灵敏度；变异系数 设
分 类号 ： ＡＭ Ｓ ２０ ） ０ ２ （ ０ ９Ｂ ５ ０
中图分类号： ２３ Ｏ １． ２
文 献标识码 ： Ａ
１ 引 言
叮靠 性灵敏度 常采 用结构失效概 率对基本变 量分布参数 的偏 导数来度量 ， 由于可靠性灵敏 度 对结构可靠性优化设计极为重要 ，因而得 到广‘ 泛关注 ［１ ．可靠性灵敏度 分析方法可分为近 １４ －］
结构体系稳定分析PPT学习教案
会计学
1
基本要求
1.了解结构稳定分析的目的与概念； 2.熟悉结构稳定分析理论与方法； 3.掌握结构稳定分析方法在钢结构设计中的应用。
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参考资料
1.郑廷银. 钢结构高等分析理论与实用计算.北 京：科学出版社，2007
2.郑廷银.高层钢结构设计. 北京：中国机械工 业出版社，2006
结论：要近似考虑柱的二阶效应，可以把柱的轴力P和弦 转角ψ的乘积Pψ作为附加的水平剪力，然后按一阶理论计算。
例：如图所示的框架，截面A 的一阶弯矩仅为
M IA=10×5=50kN·m 而按二阶理论分析，弯矩竟达
MIIA=125kN·m
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框架简图
通常由于柱轴力和结构侧移均较大，原则上 应按二阶理论进行分析，或者用简化方法来 考虑二阶效应，以保证结构变形的稳定性。 当满足下式要求时，可不进行二阶分析
一、现行方法
（1）需进行整体压屈稳定验算的条 （件2）可不验算结构整体压屈稳定的条件
Ni ui 0.1 Hi hi
凡符合下述1）、2）中的任何一款规定，均可不必验 算结构的整体压屈稳定。
1）
Ni ui 0.1 Hi hi
2）同时符合以下两个条件时，可不验算结构的整体稳定。
（a）结构各楼层柱子平均长细比和平均轴压比满足下式要求
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2.3 结构稳定分析方法在钢结构设计中的应用 2.3.1稳定分类及区别
结构的稳定可分为整体稳定和局部稳定两大类型。
整体稳定又可分为整体倾覆稳定和整体压屈稳定。倾覆 稳定是将结构物视为刚体，计算所有竖向荷载对其基跟点 的稳定力矩和所有水平荷载对其基跟点的倾覆力矩，并要 求稳定力矩不小于倾覆力矩；而压屈稳定则是将结构物视 为弹性体，对其进行二阶分析，要求实际荷载不大于其极 限承载力。
第1章机构结构分析
图1-11a 铰链五杆机构
2．当构件组的自由度大于0且小于原动件数时，会发生运 动干涉或破坏。
如图2-11b所示的铰链四杆机构，其自由度为1，需提供一 个原动件。如果给定两个原动件，则此机构可能会遭到破坏。
图1-11b 四杆机构
第1章机构结构分析
1.3.1 运动副与构件的表示方法
为了能记录大量的现有机构，并便于改进原机构或构思 新机构方案，需要能够提供一种简单的、便于记录各种机构 特征的记录符号或图形。
从设计的角度来说，机构运动规律主要与原动件的输入 运动规律、联接各构件运动副的类型和机构的运动尺寸有关， 而与运动副的具体形式、构件的外形、断面尺寸、组成构件 的零件数目无关，因此，可以用统一规定的简单符号和线条 代表运动副和构件，并按一定比例表示各运动副的相对位置 和构件尺寸。
第1章机构结构分析
1.3.1 运动副与构件的表示方法
在机构运动简图中，常用运动副的表示方法见表1.1。常用 构件的表示方法见表1.2。其余运动副和构件的表示方法可参见 国家标准GB／T4460-1984。
第1章机构结构分析
1.3.1 运动副与构件的表示方法
第1章机构结构分析
1.3.1 运动副与构件的表示方法
第1章机构结构分析
1.3.1 运动副与构件的表示方法
能准确表达机构运动特性的简单图形称为机构运动简图。 仅仅以构件和运动副的符号表示机构，其图形未按照精确 比例绘制，而在于表达机构的结构特征，这种简图称为机构示 意图。 利用运动简图能对机构进行结构、运动和动力等的分析， 它是从事机构研究或机械设计工作要掌握的基本工具。
1 机构的结构分析
1.1 研究机构结构的目的和方法 1.2 机构的组成 1.3 平面机构运动简图 1.4 平面机构的自由度 1.5 平面机构的组成原理和结构分析
结构的可靠性和疲劳运用概率理论
结构的可靠性和疲劳运用概率理论----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------摘要失效概率计算方法估算了疲劳加载的结构可靠性的开发。
该方法的适用性进行评估与疲劳裂纹扩展是在巴黎和沃克建议模型的帮助下进行的。
如表（一阶可靠性方法）的概率理论，在SORM（二阶可靠性方法）和单片机（蒙特卡洛模拟）里。
结果发现，失败概率设计疲劳寿命的增加和应用最小应力下降，初始裂纹尺寸减小边缘，施加最大的压力和巴黎方程的斜率。
除此之外，根据随机变量的敏感性分析，他的双方程的斜率影响巴黎之间的显性和沃克模型的其他随机变量的失效概率关键词：疲劳;可靠性，失效概率;敏感性;形式; SORM蒙地卡罗模拟--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1.简介反复荷载在结构上可能会导致材料的破坏，即使负载水平远低于极限状态下，如火车车轴和车轮许多机械结构，承重部件，海洋结构，桥梁设计为长期忍受在实际的服务，以千兆周载荷，除此之外，在各个领域的一些机械结构需要进行调查，如果操作寿命可超过因经济考虑设计寿命延长。
结构分析r
机构运动简图—用以表明机构中各构件之间相对运 动关系的按比例绘制的简单图形。
作用： 1.表示机构的结构和运动特征。 2.作为运动分析和动力分析的依据。
机构示意图——不按比例绘制的简图
从 GB/T 4460 中摘录的机构运动简图符号如下表。
一、常用机构运动简图符号
独立参数。
2
3
1 θ1
4 θ4
若仅给定θ 1＝θ 1（t）,则θ 2 θ 3 θ 4 均不能唯一确定。若同 时给定θ 1和θ 4 ，则θ 3 θ 2 能 唯一确定，即该机构需要两个独
立参数 。
2. 机构具有确定运动的条件 机构的自由度 ＝ 原动件数
是机构本身结构所 决定的，是运动确 定所需的。
承受独立运动的构件（一 个原动件只能提供一个独 立运动），是运动确定所 应外加的。
F = 3n－(2p5 +p4 )
（1） F ＞ 0，说明需要有原动件，机构的运动才能确定。 （2） F ≤ 0，说明该运动链已经过约束，不能动了。 （3）自由度计算公式反映了活动构件和运动副之间的数量关系。
（4）计算自由度的意义，一是判断已有机构是否能动，二是判 断是否符合机构运动确定的条件，以检验设计的合理性。
作者：潘存云教授
作者：潘存云教授
运动副的约束度 —
一个自由构件在空间 具有6个自由度。
作平面运动的自由构件 有3个自由度
y
o
x
两构件组成运动副后，相互间的相对运动受到限制，这些限 制称为相对约束度或简称为约束度，以符号s 表示。
运动副的约束度 — 若以f 表示构件的自由度，则，
对于作空间运动的构件， S + f = 6 对于作平面运动的构件， S + f = 3
《结构稳定性》PPT课件
[活动实践题]： 请同学们结合本节课内容从结构与稳定性
的角度出发为某公司在如图的十字街口位置设 计一个稳固的巨幅街头广告牌！ （用文字、图样说明自
己的设计）
北 西
该地区夏季雷雨天气 常伴有较强的东南风。
2020年11月28日
P23练习
1、观察学校篮球架，分析 篮球架要有较高的稳定性，需 具备什么条件？
2020年11月28日
2020年11月28日
2020年11月28日
2020年11月28日
2020年11月28日
2020年11月28日
暴雪过后的灾害 打破原有的平衡状 态出现了不稳定现象 。
2020年11月28日
1 结构的稳定性
结构的稳定性(Stability)是指结构在负载的作用下 维持其原有平衡状态的能力。它是结构的重要性质之 一。P012
2020年11月28日
结论二、结构与地面接触所形成的 支撑面的大小影响结构的稳定性。
结构与地面接触所形成的支撑面越 大，结构越稳定。
2020年11月28日
（支撑面≠接触面）
P14案例探究
P14[生活中的事例] 观察一下静止状态的单 车如何保持平衡?
2020年11月28日
分析：
1、双脚支撑，三点形成一个固定三角形，且自行车重心落 在该三角形内，所以这种是稳定支撑。
底小口大的 空竹篓
2020年11月28日
重力、碰撞
不稳定的主要原因
重心偏高、风太大
底座不够重、重心偏高 与地面接触所形成的支撑面较 小、重心偏高。
2、影响结构的稳定性的主要因素。
影响结构稳定性的因素有多种，主要有： • 重心位置的高低； • 结构与地面接触所形成的支撑面的大小； • 结构的形状等。
机构的机构分析
一、机构结构分析的内容及目的(1) 研究机构的组成及机构具有确定运动的条件。
目的是弄清机构包含哪几个部分，各部分如何相联？以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？这对于设计新的机构显得尤其重要。
(2) 研究机构运动简图的绘制方法。
如何用简单的图形表示机构的结构和运动状况，目的是为机构的运动分析和动力分析作准备。
一、机构结构分析的内容及目的(3) 研究机构的组成原理并按结构特点对机构进行分类。
把各种机构按结构加以分类，其目的是搞清楚按何种规律组成的机构能满足运动确定性的要求，并按其分类建立运动分析和动力分析的一般方法。
机构有简有繁，构件有多有少，不同的机构都有各自的特点，而运动确定是它们的共同特征。
名词术语:构件−独立运动的最小单元体组成机构的基本要素，本课程研究的基本单元单一零件或多个零件刚性联接而成的一个独立运动单元零件−加工制造的最小单元体运动副运动副元素a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动 − 两个构件之间接触式的可动联接 三个条件，缺一不可 − 两构件直接接触的点、线、面 部分 名词术语:运动副作用是限制构件间的相对运动，使相对运动自由度的数目减少，这种限制作用称为约束运动副分类 （2）按相对运动的范围分−平面运动副、空间运动副凡是以面接触的运动副称为低副，而以点或线相接触的运动副称为高副（3）按运动副引入的约束数分 （4）按运动副接触部分的几何形状分如果运动副元素间只能相互作平面平行运动，则称之为平面运动副，否则称为空间运动副将引入一个约束数的运动副称为I 级副，引入两个约束数的运动副称为Ⅱ级副，依此类推点接触高副 线接触高副 球面副 球销副 圆柱副 螺旋副 平面高副 转动副 移动副 等2－1I 级副、II 级副、III 级副、IV 级副、V 级副机构的结构分析 2-1-1 二 机构的组成 （1）按运动副的接触方式分 − 高副、低副运动副是约束运动的，故一个运动副至少引入一个约束，也至少保留一个自由度常见运动副符号的表示:国标GB4460－84 (表2-1)2－2一般构件的表示方法杆、轴构件固定构件同一构件一般构件的表示方法两副构件三副构件一般构件的表示方法注意事项:画构件时，构件上与运动无关的因素（复杂形状等）应略去，只考虑与运动有关的因素。
长距离矿用带式输送机启动过程的动态仿真研究
由图 ８中可 以看 出 ，在 启动 过程 中张 紧装 置是来 回振
动 的 ，在 ５ ～６ 之 间 振荡尤 其剧 烈 。 ０ｓ ＯＳ
该条 带 式 输 送 机 所 需 要 的张 紧 力 大 约 ３ Ｎ 左 ０ｋ 右 ，建 立 张紧装 置模 型 时将其 简化 成 重锤 张紧装 置 。
后 ，速 度才传 到 机尾 ，机尾 速度 瞬 时变化 较 大 ，可能
产生 振荡 现象 。 启 动过程 中 ，头 、尾 张 力 曲线对 比 如 图 ６所 示 。
表 １ 带 式 输 送 机 的 主 要技 术参 数
技 术 参 数 输送 机 全 长 （ ｍ）
运 量 （／ ） ｔ ｈ
近些年来随着我国煤炭工业 的高速发展 ，长壁工作
面在煤矿开采中得到了广泛的应用 。带式输送 机作为矿
数 值 ６９ ０ ０
３５０ ０
井 的主要提升与运输设 备 ，也 逐渐朝着 大运 量和超长距
１ ３ 驱动 系统模型 的建 立 ．
驱动 系统是 带式输 送机 的重 要组 成部分 ，由电动
塑料 和橡 胶 ，具 有显著 的 黏弹性 力学 性能 ，因此 在建 立输 送 带 的动： 匀学模 型 时选 用可 以充 分体 现其力 学 特
性 的 Ｋｅｖｎ模 型 ，如 图 １所示 。其 中 ，Ｍ 为质 量 ，Ｃ ｌｉ
出 版 社 ．０ １ ２０．
料有 较大 的安 全裕量 。因此可 以考 虑在 保证 牵引 拉杆 满 足可靠 度 要求 的前 提下 ，尝试 采用其 他种 类 的合 金 钢 ，如 ４ ５号 钢 等 。同 时 ， 由 于 ４ Ｃ 优 越 的 力 学 性 ０ｒ
基于马尔可夫链样本模拟的线抽样可靠性灵敏度分析方法
Markov Chain Simulation Based Line Sampl ing Method for Rel iabil ity Sensitivity He Ho ngni L üZhenzho u
1 基于失效域样本模拟的可靠性灵敏度 分析
因相互独立的正态变量具有普遍性 ,本文只
对相互独立的正态变量情况进行讨论 。假设所分
析问题的功能函数 g ( x) 是基本变量 xi ( i = 1 ,2 ,
…, n) 的函数 , n维变量 x i 之间相互独立并服从均
值为
μ xi
、标
准
差
为
σ xi
的正态分布,
假设利用马尔可夫链产生的失效域中的条件
样本[11 ] 为 xFj ( j = 1 , 2 , …, N ) , 对应的标准正态
空间 U 中的样本点为 uFj ,在 U 空间中 ,与 g ( x) 对
应的功能函数记为 g ( u) , 对应于 uFj 且垂直于单
位重要方向
eα
的向量
⊥
uFj
可由下式确定
即
xi
～
N (μxi ,σ2xi ) 。
针对工程中较难解决的隐式方程的可靠性分
析问题 ,文献[11 ] 提出一种基于失效域样本模拟
的高效线抽样方法 ,该方法采用马尔可夫链[12] 快
速得到失效域中的条件样本 , 所得样本不仅可以
用来准确获得重要方向 (由均值点指向设计点构
成的矢量方向) , 而且可以用作线抽样的随机样
基于支持向量机回归的结构系统可靠性及灵敏度分析方法
=
1
Ns
Ns
j =1
∑f ( x )
j
σ k
5 f ( xj ) ・ ( k) σ 5 i
( 8)
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
PF =
支持向量机能够更好的拟合概率等价极限状态 方程的前提是训练样本应分布在最大可能点附近 . 然而预先求解最大可能点比较困难 , 本文通过构造 特别的迭代格式 , 即可逐步获得概率等价极限状态 方程的良好近似 . 不失一般性 , 设系统有 n 个基本随 机变量 x = [ x 1 , x2 , …, x n ] , M 个失效模式的功能函 数为{ g1 ( x) , g2 ( x) , …, g M ( x) } , 变量的均值向量为 μ= [μ σ 1 ,μ 2 , …,μ n ] , 标准差向量为 σ = [ 1 ,σ 2 , …, σ n ] , 对于每一个失效模式均按如下算法拟合极限状 态方程 . ①第 1 次训练支持向量机 以基本变量的均值点为抽样中心 , 按传统响应 面法抽取 2 n + 1 个样本点 xi ( i = 1 , 2 , …, 2 n + 1 ) , 并 计算各个样本点对应的该失效模式的结构响应值
第 4 期 马 超等 : 基于支持向量机回归的结构系统可靠性及灵敏度分析方法
・4 1 7 ・
式中 N s 是失效样本总数 , xj 为失效域中的第 j 个 样本 . 经过上述分析 , 求解系统参数灵敏度只需要在 计算失效概率的同时 , 记录落入失效域中的样本 , 代 入式 ( 8) 即可求得失效概率对基本变量分布参数的 灵敏度系数 . 2 算例 算例 1 为线性极限状态方程 , 算例 2 取自文 [ 3 ] 为非线性极限状态方程 . 各算例所列表中 Linear 表 示对极限状态方程在最大可能点线性展开的计算结 果 ; RSM 表示响应面法拟合极限状态方程计算的结 果 ; SV R 表示用支持向量机回归拟合极限状态方程 的结果 ;MC 表示直接用蒙特卡洛法计算的结果 . 算例 1 . 如图 1 所示单层单框弹塑性框架 . 系统的失效模式如下 g1 = 2 M1 + 2 M3 - 4 . 5 S g2 = 2 M1 + M 2 + M3 - 4 . 5 S
机械设计原理--机构的结构分析概述(ppt 90页)
2.1 机构结构分析的内容及目的 2.2 机构的组成 2.3 机构运动简图 2.4 机构具有确定运动的条件 2.5 机构自由度的计算 2.6 计算平面机构自由度时应注意的事项 2.7 平面机构组成原理、结构分类及结构分析
2.1 机构结构分析的内容及目的
1. 机构的组成 认识机构 2.机构运动简图的绘制 会画图 3.机构具有确定运动的条件 必须知道 4.机构自由度的计算 机构的分析设计 5.机构的组成原理及结构的分类 机构的开发设计
5）常用的平面运动副及其自由度和约束
平面高副
平面低副
齿轮副 凸轮副
转动副
移动副
n
2
t
t
1
n
y 1
x
2
y 1
x 2
引入约束：1个 n 自 由 度：2个 t ,
平面I级副
引入约束:2个 x , y 自由度:1个
平面II级副
引入约束:2个 y , 自由度:1个 x
平面II级副
运动副小结
空间铰链四杆机构
机构的组成：机构＝机架＋原动件＋从动件
1个
1个或几个
若干
机构小结：
构件：从运动角度来看，机构是由若干运动单元组合而 成的，这些运动单元称为构件。
运动副：两个构件之间接触，而又能产生一定相对运动 的可动连接，称为运动副。
运动链：两个以上的构件通过运动副的连接而构成的可 相对运动的构件系统。
机构：将运动链中某一构件固定作为参考系，并有一个 或几个构件给定运动规律（主动件或原动件），而使其 余构件（从动件）具有确定的运动，则此种运动链称为 机构 。
2.3 机构运动简图
在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘 出其机构运动简图。
结构可靠性分析基础7
RS (t ) e
当 n 2 时，则
t
( t ) 2 ( t ) 3 (t ) n 1 1 t 2 ! 3 ! ( n 1 )!
(7.12)
这时，贮备系统的平均寿命为
0
RS et (1 t ) 1 dRS 2t S RS dt 1 t
2.4 r/n 结构的可靠性
从逻辑功能关系上看，串联结构是非冗余的结构系统，并联结构是 完全冗余的结构系统，许多结构系统并不一定是这两种极端情况，而是 部分冗余的结构系统，即由 n 个零（部）件组成的结构系统中有 r 个或 r 个以上零（部）件正常工作时，结构系统才能正常工作（1≤r≤n），记 作 r/n ，或 r-out-of-n 。为了研究问题方便起见，先讨论由三个零（部） 件并联的结构系统中至少要求两个零（部）件正常工作，结构系统才能 正常工作的情况。如图7-4所示。
t 0
MT T F RS (t ) dt e 1
dt te t dt
0
1
2
2
3. 故障模式影响及危害性分析（FMECA） （Failure Mode Effect and Criticality Analysis）
故障模式影响及危害性分析是分析系统中每一产品所有可能产生的故 障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度 及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法。
串联结构指的是，结构系统种各零、部件从功能和逻辑关系上看，如 同许多链环连接成的一个链条。图7-1表示 n 个零（部）件的串联结构逻 辑框图。 1 2 n · · ·
图7-1 串联结构可靠性框图