可靠性分析修改

螺旋桨变距机构的可靠性分析1 结构可靠度11 结构可靠度的概念结构的可靠性是指结构安全性、实用性和耐久性的总称。结构可靠度则是用来度量结构可靠性的数值的。结构可靠度是结构可完成“预定功能”的概率度量，它是建立在统计数学的基础上经计算分析确定的，并且给结构的可靠性一个定量的描述。因此，结构的可靠度比安全度具有更广泛的内涵和外延。在结构设计中，传统的原则是用抗力的均值 R 和荷载效应的均值 S 进行比较的，当 R 大于 S 时，安全系数大于 1.0，说明结构可靠。但由于抗力、荷载效应、结构尺寸等都是一些随机变量函数，所以，存在着抗力 R 小于荷载效应S 的可能性。这种可能性即可用结构可靠度来表示。结构可靠度的定义是:结构在规定时间和规定条件下，完成规定功能的概率，以 Pr 表示。这里所说的“规定时间”是指对结构进行可靠度分析时，结合结构的使用期，考虑各种基本变量的与时间关系所取用的基准时间;“规定条件”是指结构不考虑人为过失影响的正常设计、正常施工和正常使用的条件;“预定功能”一般包括以下四个方面：在正常施工和使用时，结构能承受可能出现的各种作用。在正常使用时，结构具有良好的工作性能。在正常维护下，结构具有足够的耐久性。在设计规定的偶然事件发生时和发生后，结构能够必须保持整体稳定性。工程结构设计中，采用概率意义上的可靠度，不仅是工程设计方法的改进，更是工程设计理念的升华。12 结构可靠度与失效概率结构完成预定功能的概率称为可靠概率，或可靠度(Pr);反之，结构不能完成预定功能的概率，称之为失效概率，用 Pf表示。设与结构可靠性分析有关的一组随机变量为 X。X 包括结构的几何尺寸、材料的强度及荷载效应等，即X=X1，X 2，X N其中 Xi ( i =1,2, n)是第 i 个随机变量。针对上述基本随机变量 X，可建立起表示这 n 个基本随机变量关系的极限状态函数Z=g（X 1，X 2，X N）相应的极限状态方程为Z=g（X 1，X 2，X N）= 0 其中，Z=g(.)称为功能函数或裕度函数。事件 Z 是一个随机事件，它的出现必然会以一定的概率发生。所以，结构的可靠度可表示如下Pr=P (Z 0) 相应地，结构的失效概率为Pf=P (ZParametersScalar parameters 命令，弹出【Scalar parameters】面板，（2）在【selection】设置框中分别输入“e=2e5”,“l=60”, “w=6”, “h=4”, “p1=10”,“p2=1.2”.然后分别依次单击 Accept 确认。2 定义单元类型，定义材料属性，确定弹性模量，重新建立螺旋桨变距机构模型，施加约束，载荷，然后求解。具体操作步骤同静力分析一致，这里不在说明。只是有一点不同，那就是输入各种值的时候，要把第一步设置的参数输进去，不要输入数字值。3 后处理阶段 后处理阶段主要工作就是提取可靠性分析所需要的最大位移量，最大应力值，以及材料屈服极限与最大应力的差值。具体操作：（1） 选择 Utility MenuSelectEntities 命令，弹出【Select Entities】对话框。（2） 在选择对象栏中选择【Nodes】选项，单击 sele All 按纽，选中所有节点。（3） 选择 MainGeneral PostprocessorList ResultsSorted Listing-Sort Nodes 命令，弹出【sort nodes】对话框。（4） 在【ORDER】选择栏中选择【Ascending order】选项，在【KABS】选择栏中选择【YES】，在【Item,comp】选择栏中选择【 DOF solution】和【Translation UY】（5） 在命令流窗口输入*get,maxdeflection,sort,0,max,按回车确认，提取最大的总变形（6） 选择 MainGeneral PostprocessorList ResultsSorted Listing-Sort Nodes 命令，弹出【sort nodes】对话框。（7） 在【ORDER】选择栏中选择【Ascending order】选项，在【KABS】选择栏中选择【YES】，在【Item,comp】选择栏中选择【stress】和【von mises SEQV】（8） 在命令流窗口输入*get,maxstress,sort,0,max,按回车确认，提取最大的节点等效应力。（9） 在命令流窗口输入*set,subs,s-maxstress,按回车键确认，把s 与 max 的差值赋给 s（10） 这是最关键的一步，为可靠性分析建立一个分析文件，在这里 ，我们用 utilityfilewrite DB log file,建立一个宏文件 luoxuanjiang.mac , 文件 luoxuanjiang.mac 包含了一个螺旋桨进行分析的完整过程。（11） 选择 utilityfileread input from 命令，弹出 【Read File】对话框，读取 luoxuanjiang.mac 文件。4 可靠性分析阶段。第一步：进入 PDS 和规定分析文件（1） 选择 Main Menu Prob Design Analysis File Assign 命令，弹出【Assign deterministic model file】对话框（2） 在【Analysis File】设置框中输入分析文件名“luoxuanjiang.mac”，单击 ok 按钮，确认输入。第二步：定义输入变量及它们的分布类型（1） 选择 Main Menu Prob DesignRandom input 命令，弹出【Random input Variables】对话框.（2） 单击 add 按钮，弹出【Define a Random Variables】对话框.（3） 在【Select a parameter】选择栏中依次选择“ex”,“prxy”,“presure”选项作为输入变量，在【Distribution Type】选择栏中为它们选择不同的分布类型下表是各随机变量参数及它们的分布类型输入变量 e P1 P2分布类型 Uniform（正态）Uniform（正态）Uniform（对数正态）Lower t-0.1Upper t+0.1Lower d-0.1Upper d+0.1Lower d-0.1Upper d+0.1第三步 ：定义输出变量(1) 选择 Main Menu Prob DesignRandom output 命令，弹出【Random output parameters】对话框.(2) 单击 add 按钮，弹出【Define a Random output parameter】对话框(3) 在【Select parameter】选择栏中依次选择“maxdeflection”,“maxstress”, 单击 ok 按钮，确认输入。第四步：选择分析方法进行分析使用的是蒙特卡罗法中的拉丁超方法进行可靠性分析（1） 选择 Main Menuprob DesignMonte Carlo Sims 命令，弹出【Monte Carlo Simulation】对话框。（2） 在【Sampling Method】选择栏中选择【Latin Hypercube】单选项，单击 ok 按钮，弹出【Options for Latin-Hypercube Sampling】对话框。（3） 在【Number of Simulations】选择栏中输入分析次数为100，在【Number Seed Option】选择栏中选择【Use 1234567 INIT】单选项，单击 ok 按钮。（4） 在【Solution Set Label】设置框中输入“tuigan”, 单击 ok 按钮,执行可靠性分析。3.2 查看可靠性的步骤及分析结果1分析步骤（1） 选择 Main MenuProb DesignStatisticsSampl History 命令，弹出【Plot the Sampling History】对话框。（2） 在【Prob Design Variable】选择栏中选择【maxdeflection】 选项，单击 OK 按钮，绘图显示变量 maxdeflection 取值的抽样过程。（3） 选择 Main MenuProb DesignStatisticsHistogram 命令，弹出【Plot histogram of a probabilistic variable】对话框。（4） 在【Prob Design Variable】选择栏中选择【maxdeflection】 选项，单击 OK 按钮，绘制 maxdeflection 取值的分布柱状图。（5） 选择 Main MenuProb DesignStatisticsProbabilities 命令，弹出【Print Probabilities from Probabilitic Results】对话框。（6） 在【Prob Design Variable】选择栏中选择【maxdeflection】 选项，在【Limit Value】设置框中输入 0.8，单击 OK 按钮，列表显示 maxdeflectionProb DesignStatisticsCumulative 命令，弹出【Plot CDF of a probabilitics variable】对话框。（8） 在【Prob Design Variable】选择栏中选择【maxdeflection】 选项，单击 OK 按钮，绘制 maxdeflection 的分布函数。（9） 选择 Main MenuProb DesignTrendsSensitivities 命令，弹出【Sensitivity of a Response Parameter】对话框。（10） 在对话框的【Select Results Set】选择栏中选择【maxstress】 选项，在【Select Response Param】选择栏中选择【maxstress】 选项，单击 OK 按钮，绘图显示影响 maxstress 取值的因素。（11） 选择 Main MenuProb DesignTrendsScatter Plot 命令，弹出【Scatter Plot of Random Parameters】对话框。（12） 选择 Main MenuProb DesignTrendsCorrel Matrix 命令，弹出【Correlation Matrix】对话框 1,单击 OK 按钮，弹出【Correlation Matrix】对话框 2，单击 OK 按钮，列表显示各变量之间的相关系数。（13） 选择 Main MenuProb DesignReportGenerate Report 命令，弹出【Write a HTML Report about Probabilistic Analyses】对话框,在【Report file name】设置框中输入分析报告的名称，单击 OK按钮，生成可靠性分析报告 4。2螺旋桨变距机构可靠性分析2.1 变距机构静强度分析如图所示，在 Pro/E 中采用组合部件建模，文件名 asm-003.igs。变距机构推杆的厚度取 4mm，弹性模量 E=2e5MPa，泊松比 =0.3，采用 ANSYS 中的Solid Brick 185 单元，约束螺旋桨的叶片转动自由度，在滚珠丝杠上施加的荷载时，变距机构应力分布如图 2 所示。图 3 是变距机构推杆N403maxF部分应力云图。图 2 变距机构的整体应力分布图图 3 变距机构的推杆应力分布图变距机构材料选用 Q235 钢制造，屈服极限为 235Mpa，一般许用应力水平取为 =150Mpa，由图 2 和图 3 可以看出，变距机构最大应力发生在推杆上，最大应力水平位最大应力水平发生在推杆头部与杆部交汇处，。说明推杆具有足够的强度余量， 为了节省材料，减轻机构MPa287.5max整体重量，可对将推杆厚度进行减薄处理，如图 4 所示，在 Pro/E 中采用组合部件建模，文件名 asm-002.igs。变距机构推杆的厚度取 2mm，弹性模量E=2e5MPa，泊松比 =0.3，采用 ANSYS 中的 Solid Brick 185 单元，约束螺旋桨的叶片转动自由度，在滚珠丝杠上施加 的荷载时，变距机构应力N403maxF分布如图 4、5 所示。图 4 改进后变距机构的整体应力分布图图 5 改进后变距机构的推杆应力分布图由图 4、5 可看出，变距机构最大应力仍然发生在推杆上，最大应力水平位最大应力水平发生在推杆头部与杆部交汇处，最大应力水平发生在推杆头部与杆部交汇处， 。其数值远小于许用应力值，满足结构强度要求。MPa60.97max2.1 变距机构推杆的可靠性分析以上是以变距机构作为整体部件进行的静强度分析，由静强度可知其满足强度设计要求。如果对变距机构做可靠性分析，还可以分析机构的灵敏度。但可靠性分析是将组成机构的几何参数、物理参数以及荷载等因素全部作为随机变量进行参数化分析的，由于问题的复杂性，目前只能对其单个零件做可靠性分析。变距机构的推杆是关键部件之一，所以对推杆做可靠性分析。在对推杆做可靠性分析时，首先应确定随机变量，在这里，将推杆的几何尺寸作为随机变量，并且假设服从均匀分布；将材料参数，如弹性模量作为随机变量，假设服从对数分布，均值取为 2e5Mpa，均方差只为均值的