汽车零部件贝叶斯可靠性设计若干关键问题的研究

论文摘要

汽车零部件的安全与可靠是汽车结构设计的主要目的之一。汽车零部件设计参数的不确定性是大多数工程实际问题所固有的，而汽车零部件所承受的载荷同样具有随机变化的性质，这样就必然导致具有随机参数的承受随机载荷的汽车结构系统。因此研究这种汽车零部件的可靠性问题有着十分重要的意义，汽车零部件可靠性研究可以帮助工程设计人员合理地建立汽车零部件的安全容限和控制随机参数对汽车零部件安全的影响，使汽车零部件的预测工作性能与实际工作性能更加符合，得到既有足够的安全可靠性，又有适当经济性的优化结构。在工程设计中，由于传统的可靠性设计方法未考虑过去的经验信息，因此为了使所设计的汽车结构参数具有高置信度的可靠性水平，必须进行大量数据的收集、分析和试验。然而，在实际工程中大量的试验常常有很大的困难，只能得到有限数量的试验数据，在这种情况下传统的可靠性设计方法会遇到很大的误差。本文在综述了国内外有关贝叶斯统计理论和汽车零部件可靠性设计理论、可靠性优化设计方法、可靠性灵敏度分析技术以及稳健设计思想研究的发展和现状基础上，提出了一种新的方法来解决只有少量试验数据的汽车零部件可靠性设计问题。首先，将贝叶斯统计理论和可靠性优化设计方法相结合，建立了汽车零部件贝叶斯可靠性优化设计的数学模型，提出了贝叶斯可靠性优化设计方法；其次，将贝叶斯统计、可靠性设计理论与灵敏度分析方法相结合，解决了汽车零部件贝叶斯可靠性灵敏度的设计问题，给出了贝叶斯可靠性灵敏度的变化规律，研究了设计参数的改变对汽车零部件可靠性的影响；最后，在贝叶斯可靠性优化设计方法、灵敏度分析技术和稳健设计理论的基础上，提出了汽车零部件贝叶斯可靠性稳健设计的数值方法，把可靠性灵敏度溶入优化设计模型之中，将汽车零部件贝叶斯可靠性稳健设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题，在满足可靠性要求的前提下，同时进行重量的极小化和稳健性的极大化，并通过数值算例验证所提出方法的有效性和正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 工程背景及选题目的和意义
• 1.2 传统可靠性技术研究的现状与进展
• 1.3 稳健设计研究的现状与进展
• 1.4 贝叶斯可靠性技术研究的现状与进展
• 1.5 本论文的研究内容
• 第二章 贝叶斯统计和可靠性基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 贝叶斯统计
• 2.2.1 贝叶斯基本原理
• 2.2.2 贝叶斯统计推断
• 2.2.3 贝叶斯基本公式
• 2.3 可靠性分析的基本理论
• 2.3.1 可靠度的基本概念
• 2.3.2 可靠度计算方法概述
• 2.4 可靠性优化设计方法
• 2.4.1 优化设计的基本概念
• 2.4.2 建立可靠性优化设计模型的方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 汽车零部件贝叶斯可靠性优化设计
• 3.1 引言
• 3.2 贝叶斯统计理论
• 3.3 贝叶斯可靠性设计的摄动法
• 3.4 汽车零部件贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5 汽车零部件贝叶斯可靠性优化设计实例
• 3.5.1 螺栓贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5.1.1 螺栓贝叶斯可靠度计算
• 3.5.1.2 螺栓贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5.1.3 数值算例
• 3.5.2 拉杆贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5.2.1 拉杆贝叶斯可靠度计算
• 3.5.2.2 拉杆贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5.2.3 数值算例
• 3.5.3 连杆贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5.3.1 连杆贝叶斯可靠度计算
• 3.5.3.2 连杆贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5.3.3 数值算例
• 3.5.4 扭杆贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5.4.1 扭杆贝叶斯可靠度计算
• 3.5.4.2 扭杆贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5.4.3 数值算例
• 3.5.5 半轴贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5.5.1 半轴贝叶斯可靠度计算
• 3.5.5.2 半轴贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5.5.3 数值算例
• 3.5.6 前轴贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5.6.1 前轴贝叶斯可靠度计算
• 3.5.6.2 前轴贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5.6.3 数值算例
• 3.5.7 后桥贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5.7.1 后桥贝叶斯可靠度计算
• 3.5.7.2 后桥贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5.7.3 数值算例
• 3.5.8 法兰盘贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5.8.1 法兰盘贝叶斯可靠度计算
• 3.5.8.2 法兰盘贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5.8.3 数值算例
• 3.5.9 钢板弹簧贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5.9.1 钢板弹簧贝叶斯可靠度计算
• 3.5.9.2 钢板弹簧贝叶斯可靠性优化设计
• 3.5.9.3 数值算例
• 3.6 本章小结
• 第四章 汽车零部件贝叶斯可靠性稳健设计
• 4.1 引言
• 4.2 汽车零部件贝叶斯可靠性灵敏度设计
• 4.3 基于灵敏度分析的稳健设计
• 4.4 汽车零部件贝叶斯可靠性稳健设计
• 4.5 汽车零部件贝叶斯可靠性稳健设计实例
• 4.5.1 螺栓贝叶斯可靠性稳健设计
• 4.5.2 拉杆贝叶斯可靠性稳健设计
• 4.5.3 连杆贝叶斯可靠性稳健设计
• 4.5.4 扭杆贝叶斯可靠性稳健设计
• 4.5.5 半轴贝叶斯可靠性稳健设计
• 4.5.6 前轴贝叶斯可靠性稳健设计
• 4.5.7 后桥贝叶斯可靠性稳健设计
• 4.5.8 法兰盘贝叶斯可靠性稳健设计
• 4.5.9 钢板弹簧贝叶斯可靠性稳健设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 作者在硕士期间发表的论文
• 致谢