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基于响应面法的刚性太阳翼可靠性分析

机械工程师 2024年第2期 28-31页

作者：文洋咸奎成倪啸枫吕箴智鹏鹏电子科技大学机械与电气工程学院成都611731 上海宇航系统工程研究所上海201109

为保证刚性太阳翼的服役安全性,探明其运动过程中可靠度的变化规律,提出了基于响应面法的可靠性分析流程。首先,对刚性太阳翼的结构组成和工作原理进行剖析,明确了可靠性分析的评价指标;其次,对刚性太阳翼的结构进行仿真分析,并建立了... 详细信息

为保证刚性太阳翼的服役安全性,探明其运动过程中可靠度的变化规律,提出了基于响应面法的可靠性分析流程。首先,对刚性太阳翼的结构组成和工作原理进行剖析,明确了可靠性分析的评价指标;其次,对刚性太阳翼的结构进行仿真分析,并建立了以根部铰链阻力距、板间铰链阻力距、钢丝绳刚度以及时间为输入,帆板展开角度差为输出的响应面模型;最后,推导了刚性太阳翼帆板角度差阈值区间范围,并基于极限状态方程进行了可靠性分析。结果表明:所提方法能够有效地量化刚性太阳翼帆板角度差随时间的波动规律以及运动过程中可靠度随时间的变化规律,可为其进一步优化提供理论参考。

关键词：刚性太阳翼响应面法可靠性分析

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某型太阳翼伸展机构疲劳可靠性分析

机械工程师 2024年第2期 83-86页

作者：周瀛龙咸奎成倪啸枫吕箴智鹏鹏电子科技大学机械与电气工程学院成都611731 上海宇航系统工程研究所上海201109

针对太阳翼伸展机构在服役过程中的疲劳失效问题,提出了一种基于有限元仿真的疲劳可靠性分析方法。首先,建立太阳翼伸展机构的有限元模型,并对其进行疲劳强度分析;其次,基于Miner线性累计损伤理论,对伸展机构进行疲劳损伤分析;再次,结合... 详细信息

针对太阳翼伸展机构在服役过程中的疲劳失效问题,提出了一种基于有限元仿真的疲劳可靠性分析方法。首先,建立太阳翼伸展机构的有限元模型,并对其进行疲劳强度分析;其次,基于Miner线性累计损伤理论,对伸展机构进行疲劳损伤分析;再次,结合Do E试验设计,建立以剪切载荷、轴压载荷和弯矩为随机变量,疲劳损伤值为响应的代理模型;最后,借助蒙特卡罗方法计算太阳翼伸展机构的疲劳可靠度。结果表明:在考虑载荷不确定性时,太阳翼伸展机构的疲劳可靠度为0.996 9;与确定性分析相比,所提方法能够有效量化因不确定性因素导致的疲劳失效,可为其它工程结构的疲劳性能度量提供参考。

关键词：太阳翼伸展机构有限元分析疲劳可靠性代理模型

地铁车辆轮缘润滑装置吊架断裂机理和试验研究

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中国机械工程 2022年第11期33卷 1369-1376页

作者：张明智鹏鹏霍文彪李志永中车唐山机车车辆有限公司技术研究中心唐山063035 电子科技大学长三角研究院(湖州) 湖州313001 电子科技大学机械与电气工程学院成都611731

针对地铁车辆服役过程中出现的轮缘润滑装置吊架断裂问题,采用材料和动应力试验与有限元仿真相结合的方法开展断裂机理研究,提出了一种新型结构设计方案。通过对吊架断口微/宏观的全面分析与表征,从材料角度确定疲劳断裂的机理成因;结... 详细信息

针对地铁车辆服役过程中出现的轮缘润滑装置吊架断裂问题,采用材料和动应力试验与有限元仿真相结合的方法开展断裂机理研究,提出了一种新型结构设计方案。通过对吊架断口微/宏观的全面分析与表征,从材料角度确定疲劳断裂的机理成因;结合动应力试验和累计损伤理论,计算吊架断口关键位置的疲劳损伤值,从线路试验角度确定吊架断裂的结构成因;建立吊架的有限元模型,基于EN13749标准对其进行静强度和疲劳强度仿真,从理论角度判别结构设计的合理性,并与材料和线路试验分析结果进行对比分析;最后,提出吊架结构的改进方案,并进行仿真和动应力测试验证。结果表明:吊架断裂成因为低应力高周疲劳,疲劳源位于加强筋角焊缝内部,且加强筋角焊缝的累计损伤值和材料利用率均大于1;吊架断裂的主要原因为,结构不合理导致加强筋角焊缝承受较为频繁的交变载荷且焊缝存在未熔合缺陷;通过改变吊架结构和材质,提高了焊接质量,达到了轮缘润滑装置在线运行的标准要求。

关键词：地铁车辆疲劳断裂累计损伤仿真分析线路试验

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基于RMQGS-APS-Kriging的主动学习结构可靠性分析方法

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机械工程学报 2022年第16期58卷 420-429页

作者：智鹏鹏汪忠来李永华田宗睿电子科技大学机械与电气工程学院成都611731 电子科技大学广东电子信息工程研究院东莞523808 大连交通大学机车车辆工程学院大连116028

为兼顾具有黑箱问题的机械产品结构可靠性分析精度和效率,提出一种基于随机移动四边形网格抽样(Random moving quadrilateral grid sampling,RMQGS)和交替加点策略(Alternate point strategy,APS)的Kriging(RMQGS-APS-Kriging)主动学习结构可靠性分析方法。采用RMQGS方法选择初始样本点并计算其真实性能函数值,结合差分进化算法(Differentialevolution,DE),获得高精度优化Kriging代理模型;通过欧式距离构造抽样限定区域,确定交替加点的样本选取范围,依据迭代次数采用主动学习U函数和改进EI(ImprovedEI,IEI)函数交替筛选最佳样本点,并加入到每次迭代的样本库以更新优化Kriging代理模型;利用子集模拟(Set simulation,SS)方法对迭代过程中优化Kriging代理模型拟合的性能函数进行可靠度计算,并通过收敛准则确定最终的结构可靠度。算例分析表明,与传统基于代理模型的可靠度计算方法相比,所提方法具有较强的局部和全局性能函数拟合能力,能够以较少的性能函数调用次数和可靠度计算时间精确估算失效概率。

关键词：结构可靠性 Kriging代理模型主动学习子集模拟

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仿生扑翼微型飞行器动态避障策略研究

吉林大学学报(工学版) 2022年

作者：郑皓余立均智鹏鹏汪忠来电子科技大学机械与电气工程学院电子科技大学长三角研究院(湖州)

针对仿生扑翼微型飞行器飞行过程中的动态避障问题，本文提出了一种全局静态路径规划与局部动态路径规划相结合的避障路径规划策略。首先，综合考虑仿生扑翼微型飞行器的性能及其飞行环境，定义了路径规划的约束条件与代价函数，构建了... 详细信息

针对仿生扑翼微型飞行器飞行过程中的动态避障问题，本文提出了一种全局静态路径规划与局部动态路径规划相结合的避障路径规划策略。首先，综合考虑仿生扑翼微型飞行器的性能及其飞行环境，定义了路径规划的约束条件与代价函数，构建了全局静态避障的综合代价模型；在此基础上，考虑动态障碍对其飞行性能的影响，提出了基于时间窗口的碰撞约束，建立了融合局部动态避障规划的综合代价模型；最后，提出了改进的蚁群算法，对全局静态路径规划与局部动态路径规划综合的避障路径规划进行优化求解。结果表明：提出的综合动态避障路径规划策略可以有效地解决仿生扑翼微型飞行器在先验地图下的动态避障问题，一定程度上改进了动态障碍物下的避障路径寻优的不足；提出的改进蚁群算法提升了动态路径寻优效率，保证了仿生扑翼微型飞行器避障控制的实时性要求。

关键词：扑翼微型飞行器代价模型避障策略动态规划

考虑模型-环境不确定性的仿生飞行器轨迹跟踪控制

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吉林大学学报(工学版) 2023年

作者：侯胜杰汪忠来智鹏鹏郑皓徐璟军事科学院国防科技创新研究院电子科技大学长三角研究院(湖州) 电子科技大学机械与电气工程学院

针对仿生微型复翼飞行器(Biplane Flapping-wing Micro Air Vehicle， BFMAV)运动过程中模型参数不确定性和阵风扰动对飞行轨迹的影响问题，提出一种基于自适应模型预测控制(Model Predictive Control， MPC)的轨迹跟踪控制方法。依据BF... 详细信息

针对仿生微型复翼飞行器(Biplane Flapping-wing Micro Air Vehicle， BFMAV)运动过程中模型参数不确定性和阵风扰动对飞行轨迹的影响问题，提出一种基于自适应模型预测控制(Model Predictive Control， MPC)的轨迹跟踪控制方法。依据BFMAV的结构特征，建立其六自由度非线性动力学模型；引入内外扰动项表征模型参数不确定性和阵风扰动，确定BFMAV的状态方程，并进行姿态制导律设计实时调整姿态角；将内外扰动项嵌入MPC模型中，建立考虑模型-环境不确定性的BFMAV轨迹预测模型，通过设计补偿观测器和扰动观测器实现MPC模型的自适应控制和快速求解；采用不同控制方法对自由飞行和存在内外扰动两种情况下的轨迹跟踪状态进行仿真，验证所提方法的有效性。结果表明，相比传统MPC方法，所提方法追踪性能稳定、追踪误差较小；在模型不确定性和外部扰动共存的情况下，可以精确完成BFMAV的轨迹跟踪任务。

关键词：仿生微型复翼飞行器轨迹跟踪 MPC模型自适应控制

基于多权值优化代理模型的撒砂装置稳健可靠性设计

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机械设计 2023年第8期40卷 113-120页

作者：李云全曹阳智鹏鹏毋高峰焦作师范高等专科学校河南焦作454000 中车南京浦镇车辆有限公司江苏南京210031 电子科技大学长三角研究院(湖州) 浙江湖州313001 电子科技大学广东电子信息工程研究院广东东莞523808

为合理衡量不确定性因素对撒砂装置最大应力的影响,提升其稳健可靠性水平,文中提出了基于多权值优化代理模型的稳健可靠性设计方法。首先,构建撒砂装置有限元模型并计算其最大应力响应;其次,提取不确定性因素并编制参数化分析文件,进而... 详细信息

为合理衡量不确定性因素对撒砂装置最大应力的影响,提升其稳健可靠性水平,文中提出了基于多权值优化代理模型的稳健可靠性设计方法。首先,构建撒砂装置有限元模型并计算其最大应力响应;其次,提取不确定性因素并编制参数化分析文件,进而依据试验设计结果,初步构建不确定性因素与最大应力的代理模型,采用遗传算法对代理模型中传递及加权系数进行优化,提升代理模型对最大应力响应预测结果的合理性;最后,基于稳健可靠性设计思想,建立撒砂装置稳健可靠性优化设计模型,并通过对比分析验证所提方法的有效性。结果表明:多权值优化代理模型最大应力决定系数提升至0.9918;经稳健可靠性设计得到的撒砂装置最大应力波动标准差减小至1.46 MPa,可为其他工程结构稳健可靠性的设计提供一定参考。

关键词：撒砂装置稳健可靠性优化设计 BP神经网络遗传算法

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B型地铁转向架构架疲劳强度分析及试验研究

机械设计与制造 2023年第3期385卷 110-115页

作者：张明智鹏鹏霍鑫龙米莉艳中车唐山机车车辆有限公司技术研究中心河北唐山063035 电子科技大学长三角研究院(湖州) 浙江湖州313001 大连交通大学机械工程学院辽宁大连116028 电子科技大学广东电子信息工程研究院广东东莞523808

基于有限元分析与动应力试验结合的研究方式,提出一种以利用率为判据的疲劳强度评估方法。首先,依据EN13749及UIC615-4标准对转向架构架进行疲劳强度分析,计算构架结构材料利用率;其次,根据材料利用率确定动应力试验布点方案,进而对构... 详细信息

基于有限元分析与动应力试验结合的研究方式,提出一种以利用率为判据的疲劳强度评估方法。首先,依据EN13749及UIC615-4标准对转向架构架进行疲劳强度分析,计算构架结构材料利用率;其次,根据材料利用率确定动应力试验布点方案,进而对构架进行动应力试验,将试验所得的应力-时间历程转化为等效应力幅,并计算等效应力利用率;最后,基于两种利用率和Miner疲劳累计损伤法则评估转向架构架疲劳性能。研究结果表明:材料利用率可为动应力试验布点方案提供良好的理论参考,等效应力利用率可佐证有限元分析的正确性,综合两种利用率能够更精确的评估转向架构架疲劳强度。

关键词：转向架构架仿真分析动应力试验疲劳强度利用率

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基于线路试验的转向架构架疲劳可靠性分析

机械设计与制造 2023年第5期387卷 215-220,225页

作者：智鹏鹏陈秉智李永华王悦东电子科技大学长三角研究院(湖州) 浙江湖州313001 大连交通大学机车车辆工程学院辽宁大连116028 电子科技大学广东电子信息工程研究院广东东莞523808

为提升转向架构架疲劳可靠性分析的准确性,预防等效应力和疲劳强度随时间变化导致的疲劳失效,提出一种基于等效时变动态应力-强度干涉模型的疲劳可靠性分析方法。对预评估转向架构架进行线路试验跟踪测试,采用双参数雨流计数法对实测随... 详细信息

为提升转向架构架疲劳可靠性分析的准确性,预防等效应力和疲劳强度随时间变化导致的疲劳失效,提出一种基于等效时变动态应力-强度干涉模型的疲劳可靠性分析方法。对预评估转向架构架进行线路试验跟踪测试,采用双参数雨流计数法对实测随机应力-时间历程进行处理,建立用于疲劳可靠性分析的应力谱,并根据Miner法则和疲劳损伤等效原则获得对称循环等效应力。结合连续时间模型和伊藤引理,构建等效应力和疲劳强度的一维布朗运动方程,并以疲劳强度大于等效应力为可靠性判据,提出转向架构架的等效时变动态应力-强度干涉模型,分析构架服役寿命与疲劳可靠度的关系。以某型号转向架构架横梁与吊座连接处为对象,基于实测线路试验数据,验证方法的有效性。结果表明:转向架构架服役1200万公里的疲劳可靠度为74.46%,较传统方法偏于安全。由于考虑了等效应力和疲劳强度的时变性与动态性,使得分析结果更加准确,可为焊接结构的疲劳可靠性评估与结构优化提供参考。

关键词：应力-强度干涉模型转向架构架疲劳可靠性疲劳强度