基于遗传算法的接触部位疲劳寿命可靠性研究

论文摘要

针对传统方法仿真接触模型在材料参数、几何参数、载荷条件等随机性同时影响下的应变幅分布精度和柔韧性上的不足，本文提出了基于遗传算法优化权值和网络结构的人工神经网络模拟高度非线性接触部位应变幅分布的方法。然后，建立应变．寿命模型，并对Masson-Coffin公式随机化，引入两个相关的随机参数，结合材料疲劳性能试验数据，拟合出加入平均应力修正的应变．寿命公式，最后用蒙特卡洛法模拟相应疲劳寿命下的可靠度和相应可靠度下的疲劳寿命。 模拟应变幅分布的方法为：（1）在遗传算法中采用二进制编码和和浮点数编码相结合的编码方法对人工神经网络的权值和网络结构进行编码；（2）根据个体的表现型计算出对应个体的目标函数值，对这个值以最优化转换后得到适应度函数；（3）对适应度较高的个体采用比例选择算子、两点或三点交叉算子、基本位变异算子等遗传操作算子进行操作，完成网络连接权权值和结构的优化，从而形成一张性能优良的前馈人工神经网络；（4）用这个网络完成在各个随机参数影响下的接触模型危险部位应变幅分布模拟；（5）选用经典的Hertz接触问题对上述方法进行验证。 针对航空发动机涡轮盘榫接触部位在寿命期内高可靠性的要求，建立某涡轮盘榫接触模型，用ANSYS计算其热、结构耦合的三维弹塑性模型的应力应变并确定危险部位，然后用APDL语言在概率设计模块中采用中心组合法计算15个应变幅分布的离散点值，对这些点进行插值得到人工神经网络的目标函数。用c++语言编写的基于遗传算法优化的人工神经网络程序模拟盘榫接触模型危险部位应变幅分布，然后应用本文的应变-寿命模型分析盘榫接触模型的疲劳寿命可靠性。结果与工程实际吻合较好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 接触问题国内外研究现状
• 1.3 机械结构接触部位疲劳寿命可靠性国内外研究现状
• 1.4 基于遗传算法优化的神经网络应用于应变幅分布模拟
• 1.5 本文主要工作
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 弹塑性接触问题的基本解法
• 2.1 概述
• 2.2 接触问题的求解
• 2.2.1 接触迭代的初始条件分析
• 2.2.2 弹塑性接触问题的路径相关性
• 2.2.3 弹塑性接触问题的求解方法
• 2.3 弹塑性接触应力应变的有限元计算
• 2.3.1 有限元法简介
• 2.3.2 弹塑性接触问题的有限元法
• 2.3.3 ANSYS软件中接触问题的分析方法
• 第3章 遗传算法对神经网络权值与结构的优化
• 3.1 遗传算法基本理论
• 3.1.1 遗传算法数学基础
• 3.1.2 遗传算法基本步骤
• 3.1.3 遗传算法的特点
• 3.1.4 遗传算法的实现技术
• 3.2 人工神经网络基本理论
• 3.2.1 人工神经元模型
• 3.2.2 前馈网络结构与工作方式
• 3.2.3 误差纠正学习算法
• 3.2.4 BP前馈网络算法
• 3.2.5 Sigmoid激发函数下的 BP算法
• 3.2.6 前馈网络的训练与测试
• 3.2.7 三层前馈网络算法程序设计
• 3.3 遗传算法对人工神经网络权值与结构的优化
• 3.3.1 优化目的
• 3.3.2 优化步骤
• 第4章 接触部位疲劳寿命可靠性研究方法
• 4.1 结构疲劳寿命研究方法
• 4.2 结构疲劳可靠性研究方法
• 第5章 基于遗传算法优化的前馈神经网络在本文的应用
• 5.1 应变幅分布的模拟
• 5.2 应变-寿命模型
• 5.3 应变-寿命可靠性
• 5.3.1 应变-寿命可靠性方程建立
• 5.3.2 蒙特卡洛法对疲劳寿命可靠性分布的模拟
• 5.4 HERTZ经典接触问题
• 第6章 涡轮盘榫接触部位疲劳寿命可靠性
• 6.1 某涡轮盘榫接触模型概况
• 6.2 盘榫接触三维弹塑性模型有限元计算
• 6.2.1 基本参数
• 6.2.2 有限元热结构耦合计算
• 6.3 盘榫接触部位应变幅分布模拟
• 6.3.1 中心组合法对应变变程离散分布点的计算
• 6.3.2 基于遗传算法的神经网络对接触危险部位应变幅分布的模拟
• 6.4 盘榫接触部位疲劳寿命可靠性分析
• 6.5 结果分析与讨论
• 第7章 总结与展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 相关研究展望
• 参考文献
• 硕士期间发表论文和参加科研情况说明
• 致谢