考虑认知和随机不确定性的齿轮传动多学科可靠性分析方法技术

一种考虑实际工程设计过程中认知与随机不确定性的齿轮传统多学科可靠性分析方法，属于机械产品的设计优化与可靠性设计技术领域，其包括齿轮模数、齿数、齿面宽度、轴承间距以及齿轮直径由于加工、装配、材料特性、施加载荷及外界环境等因素造成的认知和随机不确定性的量化、多学科可靠性综合评价指标的建立、可靠性分析方法与多学科设计优化策略的集成、多学科可靠性分析过程的解耦和基于功能度量法的多学科可靠性分析方法。本发明专利技术提供了认知与随机不确定性的综合量化方法，建立了更为符合工程实际的多学科可靠性评价指标，将传统可靠性分析方法与多学科设计优化策略进行集成，为齿轮传动产品的可靠性分析提供了新思路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复杂产品的可靠性设计
，特别涉及一种多源不确定性条件下齿轮传动的多学科可靠性分析方法。
技术介绍
齿轮传动系统是诸如航空航天飞行器、航空发动机、船舶、大型机电设备、武器装备和车辆等大型复杂装备中常见的动力传动形式。齿轮传动的性能尤其是可靠性直接决定了大型复杂装备的质量。因此，人们从产品设计、产品制造和产品维护等方面对齿轮传动的可靠性开展了相关研究。据有关方面统计，产品设计对产品质量的贡献率可达70% 80%，可见设计决定了产品的固有可靠性，赋予了产品“先天优劣”的本质特性。因此，齿轮传统的可靠性设计得到了广泛关注和深入研究，而可靠性分析是可靠性设计中最为核心的部分，直接决定了可靠性设计的成败。因此，齿轮传动的可靠性分析研究对于提高其可靠性设计水平及大型装备的可靠性管理水平具有重要意义。目前，齿轮传动的可靠性设计过程中仅仅考虑随机不确定性，其相关研究已趋于成熟。然而，在实际的齿轮传动设计过程中，由于受制造加工、产品装配、材料特性、施加载荷及外界环境等因素的影响不仅存在大量的随机不确定性，而且也存在一定程度的认知不确定性。认知不确定性由于不具备充足的数据和信息而无法构建概率密度函数，无法采用传统的概率理论对其进行表达与量化，如果人为地对其假设必将造成设计结果的不可靠， 目前这种方法已受到前所未有的质疑。因此，针对不同的不确定性如何科学地选择合理的量化方法对齿轮传动设计过程中的不确定性进行量化、开展兼顾计算效率和设计成本的多学科可靠性分析具有重要实用价值和理论指导意义。
技术实现思路
本专利技术是要提供一种考虑认知与随机不确定性的齿轮传动多学科可靠性分析方法，齿轮传动结构简图如图(1)所示，该方法充分考虑齿轮传动设计过程中产生的随机和认知不确定性，将单学科可靠性分析方法与并行子空间设计优化策略进行有效集成，给出了齿轮传动的多学科可靠性分析方法，为科学地保证齿轮传动设计的可靠性提供了保障。本专利技术方法包括认知和随机不确定性的量化、广义的多学科可靠性综合评价指标、可靠性分析方法与并行子空间优化策略的集成、基于功能度量法的多学科可靠性分析建模、基于序列化思想的多学科可靠性分析过程解耦、多学科概率可靠性分析和多学科凸模型极值分析。以下详细介绍本
技术实现思路
一、齿轮传动设计过程中认知与随机不确定性的量化针对具有充足数据和信息的随机变量(^)采用概率理论对其进行量化，选取概率密度函数？100，给出均值A =和方差ο i ；对于数据残缺和信息不完备的认知不确定性变量OO采用凸模型进行描述与量化，设定均值战=，给出特征矩阵Wj以及参数不确定权利要求1.一种考虑齿轮传动设计过程中产生的认知和随机不确定性的多学科可靠性分析方法，其特征在于包括认知和随机不确定性的量化、广义的多学科可靠性综合评价指标、可靠性分析方法与并行子空间优化策略的集成、基于功能度量法的多学科可靠性分析建模、基于序列化思想的多学科可靠性分析过程解耦、多学科概率可靠性分析和多学科凸模型极值分析。2.如权利要求1所述的一种考虑齿轮传动设计过程中产生的认知和随机不确定性的多学科可靠性分析方法，其特征在于所述的认知和随机不确定性量化是针对齿轮传动设计过程中产生的认知不确定性和随机不确定性，分别采用更为合适的数学理论进行量化，建立认知和随机不确定性的综合量化方法，具有不确定性的设计参数为齿轮模数、齿数、齿面宽度、轴承间距以及齿轮直径，不确定性来源包括加工误差、装配误差、材料特性、施加载荷以及外界工作环境等因素造成的认知和随机不确定性，量化过程包括以下步骤步骤1.开始；步骤2.设计参数不确定性数据的是否完备，是，进入步骤3，否则进入步骤4 ；步骤3.对于数据完备、信息充分的设计参数的不确定性采用概率理论进行量化，选取概率分布函数，设定均值μ和方差σ ；步骤4.对于数据不完备、信息残缺的设计参数的不确定性采用凸模型进行量化，确定取值区间Δ I、特征矩阵W和参数不确定程度ε ；步骤5.结束。3.如权利要求1所述的一种考虑齿轮传动设计过程中产生的认知和随机不确定性的多学科可靠性分析方法，其特征在于所述的广义的多学科可靠性综合评价指标是具有稳健性的可靠性评价指标，具有两个度量指标而非传统的单一度量指标，所提可靠性评价指标的差值定量反应了认知不确定性对其影响程度，该评价指标更为符合实际工程的可靠性评价。4.如权利要求1所述的一种考虑齿轮传动设计过程中产生的认知和随机不确定性的多学科可靠性分析方法，其特征在于所述的可靠性分析方法与并行子空间优化策略的集成，将应用于单学科的可靠性分析方法扩展到具有耦合关系的多学科可靠性分析领域，集成过程包括以下步骤步骤1.开始；步骤2.对多学科可靠性分析过程进行分析，包括多学科分析、全局灵敏度分析和最可能失效点搜索(Most Probable Point，MPP点搜索)；步骤3.对并行子空间优化策略的过程进行分析，包括多学科分析、全局灵敏度分析、 并行子空间和系统级协调优化；步骤4.将单学科可靠性分析方法与并行子空间优化策略集成，并行子空间优化策略的多学科分析与全局灵敏度分析为多学科可靠性分析提供极限状态函数的值和梯度信息；步骤5.结束。5.如权利要求1所述的一种考虑齿轮传动设计过程中产生的认知和随机不确定性的多学科可靠性分析方法，其特征在于所述的基于功能度量法的多学科可靠性分析建模，采用可靠度等效思想将原基于可靠度指标法的多学科可靠性分析模型转变为高效、稳定的基于功能度量法的多学科可靠性分析模型，转换过程包括以下步骤 步骤1.开始；步骤2.设定可靠性设计指标(β = 3.0)并将其设为最小化优化目标函数，将约束函数& ( · ) = 0确定为约束条件，即在满足& ( · ) = 0的情况下求出可靠度的最小值；步骤3.采用等效思想，将约束函数&(·) =0确定为优化目标函数，约束条件为设定的可靠性设计指标(β =3.0)，即在满足可靠性设计指标的约束下求出约束函数的最小值；步骤4.根据约束函数的优化值判断是否满足可靠性要求； 步骤5.结束。6.如权利要求1所述的一种考虑齿轮传动设计过程中产生的认知和随机不确定性的多学科可靠性分析方法，其特征在于所述的基于序列化思想的多学科可靠性分析过程解耦，针对严重耦合的多学科可靠性分析过程，采用序列化思想对其进行解耦，进而形成一个单循环递推多学科可靠性分析，具体过程包括以下步骤步骤1.开始；步骤2.固定认知不确定性，执行多学科分析，进行最有可能失效点(MPP点)搜索； 步骤3.固化随机不确定性，执行多学科分析，进行凸模型极值分析； 步骤4.设置收敛条件，进行收敛性验证； 步骤5.结束。7.如权利要求1所述的一种考虑齿轮传动设计过程中产生的认知和随机不确定性的多学科可靠性分析方法，其特征在于所述的多学科概率可靠性分析，将单学科可靠性分析方法与并行子空间优化策略进行集成，基于改进的高等均值法对具有耦合关系的多学科系统进行可靠性分析，具体过程包括以下步骤步骤1.开始；步骤2.执行系统分析，求出状态变量yk和极限状态函数g (Xk)的值； 步骤3.执行系统灵敏度分析，利用全局灵敏度方程(GlcAal Sensitivity Equation, GSE)获得极限状态函数的梯度V §本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘继红，李连升，安向男，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：