一种基于概率盒的采育机臂架可靠性分析系统及方法技术方案

本申请公开了一种基于概率盒的采育机臂架可靠性分析系统及方法，该系统包括：变量获取单元，模型构建单元，失效概率确定单元以及边界计算单元；变量获取单元用于获取采育机臂架的多个不确定性参数，记作概率盒变量；模型构建单元用于构建多个不确定性参数相互独立条件下，概率盒变量与响应样本之间的概率盒模型；失效概率确定单元用于根据不确定性参数的上下边界以及不确定性参数的累积分布函数的导数，确定概率盒模型对应的失效概率；边界计算单元用于计算失效概率的失效上边界、失效下边界，以对采育机臂架进行可靠性分析。通过本申请中的技术方案，解决了采育机臂架在少样本因素影响条件下出现失效、因设计过保守而造成浪费等问题。浪费等问题。浪费等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于概率盒的采育机臂架可靠性分析系统及方法


[0001]本申请涉及采育机的
，具体而言，涉及一种基于概率盒的采育机臂架可靠性分析系统以及一种基于概率盒的采育机臂架可靠性分析方法。

技术介绍

[0002]联合采育机广泛应用于林业工程领域，其结构如图1所示，其中，臂架是联合采育机的关键作业部件和主要承载部件，其结构的安全性决定了整机的作业性能。臂架主要包括主臂和副臂，其工作轨迹主要取决于工作装置各液压缸的相互运动配合情况，所以从传统力学性能分析来看，臂架受力情况复杂，主要承受其自身重力，以及工作装置、液压缸的力或力矩作用。采育机臂架的可靠性指标直接决定着整机使用寿命，因此，需要通过可靠性分析的方式，对臂架的整体设计提供关键性参数。
[0003]目前，对联合采育机臂架的可靠性分析一般是基于概率模型，而这种利用概率模型进行可靠性分析的方法，需要根据大量的不确定性信息来构造精确的随机分布。虽然，采育机臂架中有部分结构参数的不确定性可以通过精确的随机变量分布来描述，但是，对于一些特殊的参数，如：采育机的外部工作载荷、材料的主要物理参数、液压油缸的输出压力等，由于试验成本、特殊试验无法多次重复实现、认知缺陷等条件的限制，无法获得足够的试验样品用以构造概率密度函数或分布函数的不确定性变量，进而无法用精确概率分布来刻画，只能依据专家或技术人员经验所界定的上下边界值来进行可靠性描述。
[0004]而现有技术中，依据此类可靠性分析方法所设计的联合采育机臂架在使用过程中存在两方面问题：
[0005]一方面，对于外部工作载荷、材料弹性模量、泊松比、液压油缸压力油输出压力等决定联合采育机使用可靠性的参数，因为试验成本或认识缺陷的原因，无法获得精确概率分布，从而导致传统的联合采育机臂架可靠性分析不精确，造成联合采育机整机质量下降；
[0006]另一方面，由于联合采育机臂架可靠性分析不精确，为了避免联合采育机臂架过早失效，所以在臂架设计过程中，选材和参数匹配方面往往采用过于保守设计，造成制造成本的浪费。

技术实现思路

[0007]本申请的目的在于：提高采育机臂架可靠性分析的准确性，解决臂架在少样本因素影响条件下出现失效、因设计过保守而造成浪费等问题。
[0008]本申请第一方面的技术方案是：提供了一种基于概率盒的采育机臂架可靠性分析系统，该系统包括：变量获取单元，模型构建单元，失效概率确定单元以及边界计算单元；变量获取单元用于获取采育机臂架的多个不确定性参数，记作概率盒变量；模型构建单元用于构建多个不确定性参数相互独立条件下，概率盒变量与响应样本之间的概率盒模型；失效概率确定单元用于根据不确定性参数的上下边界以及不确定性参数的累积分布函数的导数，确定概率盒模型对应的失效概率；边界计算单元用于计算失效概率的失效上边界、失
效下边界，以对采育机臂架进行可靠性分析。
[0009]上述任一项技术方案中，进一步地，不确定性参数至少包括：采育机臂架所受载荷、臂架材料变形和臂架油缸工作压力；
[0010]响应样本至少包括：采育机提升臂架提升力。
[0011]上述任一项技术方案中，进一步地，失效概率确定单元被配置为：步骤10，在多个不确定性参数相互独立条件下，选取概率盒模型中一个不确定性参数记作中间运算不确定性参数，并将其余不确定性参数的取值设定为预设值；步骤20，根据不确定性参数的上下边界，计算不确定性参数中相邻两个参数的平均变化量；步骤30，计算中间运算不确定性参数的累积分布函数的导数，生成联合概率密度函数；步骤40，根据联合概率密度函数和平均变化量，对中间运算不确定性参数的失效概率表达式进行变换，并重新选取下一个不确定性参数，执行步骤10，直至得到各个不确定性参数变换后的失效概率表达式；步骤50，根据变换后的多个不确定性参数的失效概率表达式，确定概率盒模型对应的失效概率。
[0012]上述任一项技术方案中，进一步地，联合概率密度函数通过差分方式进行计算。
[0013]上述任一项技术方案中，进一步地，边界计算单元用于计算失效概率的失效上边界、失效下边界，具体包括：步骤A，给定输入3个三个不确定性参数Q1、Q2和Q3的累积分布,并分别用和表示；步骤B，采用迭代的方式，基于上下边界函数对应的寻优策略，依次寻找使得概率函数取得最大值的三个不确定性参数，组成当前边界值；步骤C，根据当前边界值和上一次迭代的边界值，计算边界值梯度，并判断边界值梯度是否小于或等于预设误差，若是，将当前边界值作为失效概率的失效上边界、失效下边界，否则，重新执行步骤B，进行下一次迭代。
[0014]本申请第二方面的技术方案是：提供了一种基于概率盒的采育机臂架可靠性分析方法，该方法包括：步骤1，获取采育机臂架的多个不确定性参数，记作概率盒变量；步骤2，构建多个不确定性参数相互独立条件下，概率盒变量与响应样本之间的概率盒模型；步骤3，根据不确定性参数的上下边界以及不确定性参数的累积分布函数的导数，确定概率盒模型对应的失效概率；步骤4，计算失效概率的失效上边界、失效下边界，以对采育机臂架进行可靠性分析。
[0015]上述任一项技术方案中，进一步地，不确定性参数至少包括：采育机臂架所受载荷、臂架材料变形和臂架油缸工作压力；
[0016]响应样本至少包括：采育机提升臂架提升力。
[0017]上述任一项技术方案中，进一步地，步骤3中，具体包括：步骤301，在多个不确定性参数相互独立条件下，选取概率盒模型中一个不确定性参数记作中间运算不确定性参数，并将其余不确定性参数的取值设定为预设值；步骤302，计算中间运算不确定性参数的累积分布函数的导数，生成联合概率密度函数；步骤303，根据不确定性参数的上下边界，计算不确定性参数中相邻两个参数的平均变化量；步骤304，根据联合概率密度函数和平均变化量，对中间运算不确定性参数的失效概率表达式进行变换，并重新选取下一个不确定性参数，执行步骤301，直至得到各个不确定性参数变换后的失效概率表达式；步骤305，根据变换后的多个不确定性参数的失效概率表达式，确定概率盒模型对应的失效概率。
[0018]上述任一项技术方案中，进一步地，联合概率密度函数通过差分方式进行计算。
[0019]上述任一项技术方案中，进一步地，步骤4中，计算失效概率的失效上边界、失效下边界，具体包括：步骤401，给定输入3个三个不确定性参数Q1、Q2和Q3的累积分布,并分别用和表示；步骤402，采用迭代的方式，基于上下边界函数对应的寻优策略，依次寻找使得概率函数取得最大值的三个不确定性参数，组成当前边界值；步骤403，根据当前边界值和上一次迭代的边界值，计算边界值梯度，并判断边界值梯度是否小于或等于预设误差，若是，将当前边界值作为失效概率的失效上边界、失效下边界，否则，重新执行步骤B，进行下一次迭代。
[0020]本申请的有益效果是：
[0021]本申请中的技术方案，利用概率盒变量模型描述采育机臂架的结构与工况参数的不确定性，从而能够较好处理工程实际中因小样本而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于概率盒的采育机臂架可靠性分析系统，其特征在于，该系统包括：变量获取单元，模型构建单元，失效概率确定单元以及边界计算单元；所述变量获取单元用于获取采育机臂架的多个不确定性参数，记作概率盒变量；所述模型构建单元用于构建多个所述不确定性参数相互独立条件下，所述概率盒变量与响应样本之间的概率盒模型；所述失效概率确定单元用于根据所述不确定性参数的上下边界以及所述不确定性参数的累积分布函数的导数，确定所述概率盒模型对应的失效概率；所述边界计算单元用于计算所述失效概率的失效上边界、失效下边界，以对所述采育机臂架进行可靠性分析。2.如权利要求1所述的基于概率盒的采育机臂架可靠性分析系统，其特征在于，所述不确定性参数至少包括：采育机臂架所受载荷、臂架材料变形和臂架油缸工作压力；所述响应样本至少包括：采育机提升臂架提升力。3.如权利要求2所述的基于概率盒的采育机臂架可靠性分析系统，其特征在于，所述失效概率确定单元被配置为：步骤10，在多个所述不确定性参数相互独立条件下，选取所述概率盒模型中一个不确定性参数记作中间运算不确定性参数，并将其余不确定性参数的取值设定为预设值；步骤20，根据所述不确定性参数的上下边界，计算所述不确定性参数中相邻两个参数的平均变化量；步骤30，计算所述中间运算不确定性参数的累积分布函数的导数，生成联合概率密度函数；步骤40，根据所述联合概率密度函数和所述平均变化量，对所述中间运算不确定性参数的失效概率表达式进行变换，并重新选取下一个不确定性参数，执行步骤10，直至得到各个不确定性参数变换后的失效概率表达式；步骤50，根据变换后的多个不确定性参数的失效概率表达式，确定所述概率盒模型对应的失效概率。4.如权利要求3所述的基于概率盒的采育机臂架可靠性分析系统，其特征在于，所述联合概率密度函数通过差分方式进行计算。5.如权利要求1所述的基于概率盒的采育机臂架可靠性分析系统，其特征在于，所述边界计算单元用于计算失效概率的失效上边界、失效下边界，具体包括：步骤A，给定输入3个三个不确定性参数Q1、Q2和Q3的累积分布,并分别用和表示；步骤B，采用迭代的方式，基于上下边界函数对应的寻优策略，依次寻找使得概率函数取得最大值的三个不确定性参数，组成当前边界值；步骤C，根据当前边界值和上一次迭代的边界值，计算边界值梯度，并判断边界值梯度是否小于或等于预设误差，若是，将当前边界值作为失效概率的失效上边界、失效下边界，否则...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢慧超，廖代辉，胡好，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：