基于概率有限元的大飞机运输工装夹具可靠性分析

论文摘要

随着经济全球化和制造业的迅猛发展,大型结构物或组装部件经常在洲际间跨大洋进行长时间的海上运输,为了能够保证结构或部件运输的稳定和安全,其海运工装夹具在规定的可靠性要求下达到技术性能指标、制造成本和使用寿命最优,有必要运用先进的分析手段,借助计算机仿真技术,对海运工装夹具进行可靠性分析和验证。本文通过广泛调研,以某大型飞机部件运输工装夹具为模型,建立了模拟海运工况下的有限元模型,并对工装夹具不同部件的连接采用接触有限元进行了模拟,分析了不同船型条件下夹具结构的强度。根据结构可靠性理论和概率有限元方法,编制了该海运工装夹具结构的概率有限元分析文件,使用响应面法(RES)和蒙特卡罗模拟法(MC)计算分析其结构的可靠性,得到相关参数信息。本文意在探索针对海运工装夹具结构强度进行概率设计和可靠性分析的方法,以便为大型飞机部件海运工装夹具强度设计提供参考和改进建议。本文主要内容:1介绍了结构可靠性的基本理论和分析方法以及有限元软件中使用的可靠性分析的方法和原理。2建立了某大型飞机后机身海运工装夹具有限元模型,模拟海运工况条件下进行了针对不同船型的确定性强度分析,并对其设计提出改进建议。3采用参数化建模方法,建立了大型飞机后机身海运工装夹具的概率有限元模型;编制适用于可靠性分析的概率分析文件;根据大飞机海运工装夹具设计规范中的极限载荷,计算工装夹具结构(在一定概率下)的可靠性参数信息,包括失效概率、可靠度、可靠性安全系数、灵敏度等。4采用响应面法对上述海运工装夹具进行了可靠性分析,并用蒙特卡罗模拟法进行了验证,分析误差。结果表明:采用响应面法对大型复杂海运工装夹具结构进行可靠性分析具有较好的精度,且有计算量小、耗时少等优点。本文以某大型飞机部件海运工装夹具为例,对强度进行了确定性分析和可靠性分析,采用传统的许用应力法和符合实际的概率强度分析法,针对海运工况,得出该结构强度是安全和可靠的结论。探索了对大型复杂结构或装配结构进行整体可靠性分析的方法,通过比较响应面法和蒙特卡罗模拟法的分析数据结果,表明采用响应面法来分析海运工装夹具等复杂结构是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 可靠性问题的提出
• 1.3 国内外可靠性研究现状
• 1.4 大飞机运输工装夹具可靠性分析的必要性
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 结构可靠性理论的基本内容和分析方法
• 2.1 结构可靠性理论所涉及的基本概念
• 2.1.1 随机参数和极限状态
• 2.1.2 结构可靠度
• 2.1.3 结构可靠性指标
• 2.1.4 可靠性安全系数
• 2.2 结构可靠性分析的常用方法
• 2.2.1 可靠性分析的方法
• 2.2.2 代表方法介绍
• 第三章 基于有限元软件的结构可靠度分析
• 3.1 有限元可靠性分析的分析方法
• 3.1.1 蒙特卡罗法（MC）
• 3.1.2 响应面法（RSM）
• 3.2 结构可靠度分析的基本过程
• 第四章 大型飞机部件海运工装夹具的确定性分析和概率建模
• 4.1 CAD到CAE模型对接
• 4.2 海运工装夹具静强度分析
• 4.2.1 某型大飞机系列运输夹具后机身部分信息
• 4.2.2 建立飞机部件海运夹具有限元模型
• 4.2.3 四种工况下的确定性分析
• 4.3 可靠性分析的相关参数
• 4.3.1 结构主材料相关参数的确定
• 4.3.2 载荷参数的确定
• 4.4 编制后机身模型概率分析文件
• 4.5 本章小结
• 第五章 大型飞机部件海运工装夹具可靠性分析
• 5.1 后机身夹具可靠性分析前处理
• 5.2 响应面法计算夹具可靠性
• 5.3 蒙特卡罗法计算夹具可靠性
• 5.4 方法对比
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢