基于动态规划的机械系统可靠性优化分配与软件开发

论文摘要

机械系统可靠性分配是机械设计过程中的一个重要环节,对机械设计有指导性意义。不论采用何种方法进行可靠性分配,其目的都是以系统目标可靠度为限制条件,在保证可靠度下限值的前提下,使成本、重量、体积等指标尽可能降低,或者以系统成本、重量及体积等为限制条件,使系统可靠度尽可能提高。可靠度分配过程,实质是系统可靠性的优化过程。本文所采用的方法是在保证系统可靠度下限值的条件下,应用可靠性分配方法,把系统可靠度分配到各分系统,最终再分配到各个零件上,使付出的成本代价最小。本文介绍了独立失效系统可靠性模型、相关失效机理和相关失效下系统可靠度模型—系统层载荷-强度干涉模型,详细分析了系统可靠性分配的原则,对相关失效可靠性分配原则进行修改和补充,阐述了一种合理的费用函数,通过此费用函数量化影响系统可靠度优化分配的外在因素,应用系统可靠度数学模型,量化影响系统可靠性分配的内在因素,以这两个因素为基础,建立系统可靠度优化分配的综合依据,采用最优化设计中的动态规划法算法,进行多目标优化,从而计算出各单元可靠度优化值,根据单元载荷和强度变异系数,进一步把零件单元的可靠性指标优化到强度分布的层面上,实现完全分配。其中,由于零部件失效相关的普遍性,本文重点分析和研究了零部件失效存在相关性的系统可靠性优化分配问题,以应力-强度干涉模型和系统层载荷-强度干涉模型为基础,以零件单元的强度均值为优化变量,把零件可靠性分配问题转化为了零件强度分布的规划问题,避免了独立失效假设下系统可靠性分配结果的不合理性,使优化结果更符合实际,便于设计实现。本文利用vC++6.0编写了机械系统可靠性优化分配软件。软件主要包括参数输入模块、可靠性优化与结果显示模块以及数据保存模块。软件可实现串联系统、并联系统,串-并联系统和并-串联系统的可靠性分配。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 国内外研究及发展现状
• 1.2.1 可靠性工程发展概述
• 1.2.2 国外机械可靠性工程发展现状
• 1.2.3 国内机械可靠性工程发展现状
• 1.2.4 相关失效分析的发展及研究现状
• 1.2.5 国内外解决可靠性分配与最优化问题的方法
• 1.3 本文研究的思路与内容
• 第2章 机械系统可靠性模型
• 2.1 独立失效系统可靠性模型
• 2.1.1 串联系统可靠性模型
• 2.1.2 并联系统可靠性模型
• 2.1.3 串-并联系统可靠性模型
• 2.1.4 并-串联系统可靠性模型
• 2.2 零件可靠度计算方法—应力-强度干涉模型
• 2.2.1 应力-强度干涉模型
• 2.2.2 零件可靠度计算表达式
• 2.3 相关失效系统可靠性模型
• 2.3.1 相关失效现象与机理
• 2.3.2 系统层载荷-强度干涉分析
• 2.3.3 各零件承受不同载荷的系统可靠性模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 系统可靠性分配
• 3.1 可靠性分配原则
• 3.2 可靠性常用分配方法
• 3.2.1 等分配法
• 3.2.2 再分配法
• 3.2.3 比例分配法
• 3.2.4 AGREE分配法
• 3.2.5 分配因子法
• 3.3 可靠性分配原理
• 3.4 本章小结
• 第4章 机械系统可靠性优化分配模型建立及优化分配过程
• 4.1 可靠性优化分配的数学模型
• 4.2 费用函数
• 4.2.1 费用函数的性质
• 4.2.2 费用函数的数学公式
• 4.2.3 可行度
• 4.2.4 当前可靠度水平的确定
• 4.2.5 最大可靠度的确定
• 4.3 系统可靠度与零件可靠度之间关系的多样性
• 4.4 独立失效假设下系统可靠性优化分配
• 4.4.1 独立失效假设下系统综合依据的建立
• 4.4.2 独立失效假设下系统可靠性分配的优化算法
• 4.4.3 优化分配模型性质分析
• 4.5 相关失效系统可靠性优化分配
• 4.5.1 相关失效系统下综合依据的建立
• 4.5.2 相关失效系统可靠性分配的优化算法
• 4.6 算例说明
• 4.6.1 串联系统可靠性优化分配
• 4.6.2 并联系统可靠性优化分配
• 4.7 本章小结
• 第5章 机械系统可靠性优化分配软件开发
• 5.1 软件功能概述
• 5.2 软件开发语言VISUAL C++6.0简介
• 5.3 程序工程的建立
• 5.3.1 工程的建立
• 5.3.2 界面环境的设计
• 5.3.3 系统可靠性优化分配软件的实现
• 5.4 异常提示与处理
• 5.5 实例分析计算
• 5.5.1 减速器基本结构分析
• 5.5.2 减速器系统可靠性分配
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢