本書探索機構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計的新途徑、解決機構(gòu)(特別是柔性機構(gòu))可靠性優(yōu)化設(shè)計無法實現(xiàn)的問題，提出了基于基本桿組的機構(gòu)動態(tài)可靠性分析方法、柔性機構(gòu)動態(tài)可靠性分析的極值響應(yīng)面法、柔性機構(gòu)動態(tài)可靠性分析的兩步極值響應(yīng)面法、基于基本桿組法的機構(gòu)動態(tài)可靠性分優(yōu)化設(shè)計方法、基于極值響應(yīng)面的柔性機構(gòu)動態(tài)可靠性優(yōu)化設(shè)計方法和基于兩步極值響應(yīng)面的柔性機構(gòu)動態(tài)可靠性優(yōu)化設(shè)計方法。另外，為解決考慮構(gòu)件間共因失效相關(guān)性和同一構(gòu)件不同失效模式間耦合失效相關(guān)性的復(fù)雜結(jié)構(gòu)可靠性分析理論和方法還不完善、考慮上述失效相關(guān)性的高精度、高效率的整體結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計理論和方法還處于空白的現(xiàn)狀。本書意在解決在多構(gòu)件多失效模式復(fù)雜機械結(jié)構(gòu)一體化可靠性設(shè)計中，可靠性分析失效相關(guān)性的處理、整體優(yōu)化設(shè)計的計算效率及計算精度等方面的科學問題。
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完成國家自然科學基金1項，國家863項目1項，北京市自然科學基金1項。獲省優(yōu)秀教學成果獎3項、發(fā)明專利10項、軟件著作權(quán)1項、黑龍江省自然科學技術(shù)成果著作2項；多次指導(dǎo)學生參加全國大學生機械創(chuàng)新大賽、TRIZ理論大賽等重大賽事并榮獲國家獎勵，并被評為優(yōu)秀指導(dǎo)教師。
目錄
前言
1 基于基本桿組法的機構(gòu)動態(tài)可靠性分析 1
1.1 基于基本桿組法的機構(gòu)分析基本理論與方法 1
1.1.1 基于基本桿組法的機構(gòu)運動分析 1
1.1.2 基于基本桿組法的機構(gòu)動力分析 9
1.2 基于基本桿組法的機構(gòu)動態(tài)可靠性分析模型的建立與求解 14
1.2.1 構(gòu)件動態(tài)應(yīng)力分析模型 14
1.2.2 機構(gòu)動態(tài)強度可靠性分析模型的建立 16
1.2.3 機構(gòu)動態(tài)強度可靠性分析模型的求解 17
1.3 算例 21
1.3.1 已知條件 21
1.3.2 求解 21
2 基于基本桿組法的機構(gòu)動態(tài)可靠性優(yōu)化設(shè)計 35
2.1 基于基本桿組法的機構(gòu)動態(tài)可靠性優(yōu)化設(shè)計模型 35
2.1.1 均值可靠性優(yōu)化設(shè)計模型 36
2.1.2 概率可靠性優(yōu)化設(shè)計模型 37
2.1.3 方差可靠性優(yōu)化設(shè)計模型 37
2.1.4 混合可靠性優(yōu)化設(shè)計模型 38
2.2 基于基本桿組法的機構(gòu)動態(tài)可靠性優(yōu)化設(shè)計模型的建立與求解 39
2.2.1 機構(gòu)構(gòu)件動態(tài)強度可靠性優(yōu)化設(shè)計模型 39
2.2.2 機構(gòu)整體動態(tài)強度可靠性優(yōu)化設(shè)計模型 40
2.2.3 機構(gòu)動態(tài)強度可靠性優(yōu)化設(shè)計模型的求解 41
2.3 算例 44
2.3.1 已知條件 44
2.3.2 求解 44
3 機械系統(tǒng)可靠性分析的極值響應(yīng)面法 47
3.1 蒙特卡羅法 47
3.2 響應(yīng)面法 49
3.3 一次二階矩法 52
3.4 極值響應(yīng)面法 53
3.4.1 極值響應(yīng)面法的基本原理 54
3.4.2 極值響應(yīng)面法的數(shù)學模型 55
3.5 兩步極值響應(yīng)面法 56
4 基于極值響應(yīng)面法的柔性機構(gòu)動態(tài)可靠性分析 58
4.1 柔性機構(gòu)動力學方程 58
4.1.1 柔性體的描述 58
4.1.2 柔性體的運動 61
4.1.3 柔性機構(gòu)動力學方程 63
4.2 柔性機構(gòu)動態(tài)可靠性分析模型的建立與求解 66
4.2.1 柔性機構(gòu)動態(tài)剛度可靠性分析模型 66
4.2.2 柔性機構(gòu)動態(tài)剛度可靠性分析模型的求解 67
4.2.3 柔性機構(gòu)動態(tài)強度可靠性分析模型 69
4.2.4 柔性機構(gòu)動態(tài)強度可靠性分析模型的求解 71
4.3 算例 75
4.3.1 已知條件 75
4.3.2 求解 76
5 基于極值響應(yīng)面法的柔性機構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計 94
5.1 柔性機構(gòu)動態(tài)可靠性優(yōu)化設(shè)計的基本思想 95
5.2 柔性機構(gòu)動態(tài)可靠性優(yōu)化設(shè)計模型的建立及求解 96
5.2.1 柔性機構(gòu)動態(tài)變形及應(yīng)力數(shù)學模型 97
5.2.2 柔性機構(gòu)動態(tài)剛度可靠性優(yōu)化設(shè)計模型及求解 98
5.2.3 柔性機構(gòu)動態(tài)強度可靠性優(yōu)化設(shè)計模型及求解 101
5.3 算例 104
5.3.1 已知條件 104
5.3.2 求解 104
6 可靠性分析的多重極值響應(yīng)面法 107
6.1 多重響應(yīng)面法 107
6.2 基于多重極值響應(yīng)面法的可靠性分析思想 109
6.3 算例 109
6.3.1 輪盤-葉片概述 109
6.3.2 輪盤-葉片的可靠性計算及分析 112
7 耦合失效機械系統(tǒng)可靠性分析的遺傳克里金-多重極值響應(yīng)面法 123
7.1 疲勞-蠕變耦合基本理論 123
7.2 耦合失效遺傳克里金-多重極值響應(yīng)面法 125
7.2.1 耦合失效遺傳克里金-多重極值響應(yīng)面法基本思想 125
7.2.2 耦合失效遺傳克里金-多重極值響應(yīng)面法數(shù)學模型 126
7.2.3 耦合失效遺傳克里金-多重極值響應(yīng)面法的可靠性分析 127
7.3 算例 128
7.3.1 葉片-輪盤結(jié)構(gòu)隨機輸入變量的選取 129
7.3.2 遺傳克里金-多重極值響應(yīng)面法的葉片-輪盤結(jié)構(gòu)確定性分析 129
7.3.3 遺傳克里金-多重極值響應(yīng)面法的葉片-輪盤結(jié)構(gòu)數(shù)學模型 131
7.3.4 遺傳克里金-多重極值響應(yīng)面法的葉片-輪盤結(jié)構(gòu)可靠性分析 133
7.3.5 方法驗證 135
8 基于智能極值響應(yīng)面法的動態(tài)可靠性分析 137
8.1 智能極值響應(yīng)面法 137
8.1.1 智能極值響應(yīng)面法的基本思想 137
8.1.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 138
8.1.3 粒子群優(yōu)化算法搜尋網(wǎng)絡(luò)初始最優(yōu)權(quán)值和閥值 139
8.2 基于智能極值響應(yīng)面法的動態(tài)可靠性分析 140
8.2.1 機械動態(tài)可靠性的基本理論 140
8.2.2 基于智能極值響應(yīng)面法的動態(tài)可靠性分析流程 140
8.3 算例 141
8.3.1 問題描述 141
8.3.2 已知參數(shù)及隨機變量信息 142
8.3.3 建立IERSM模型 142
8.3.4 可靠性分析 144
8.3.5 方法驗證 146
9 機械系統(tǒng)可靠性優(yōu)化設(shè)計的粒子群-智能極值響應(yīng)面法 147
9.1 機械系統(tǒng)可靠性優(yōu)化模型 147
9.1.1 計算靈敏度 147
9.1.2 動態(tài)可靠性優(yōu)化設(shè)計模型 148
9.2 粒子群-智能極值響應(yīng)面法求解模型 149
9.2.1 PSO-IERSM基本思想 149
9.2.2 基于PSO-IERSM的可靠性優(yōu)化設(shè)計流程 149
9.3 算例 151
9.3.1 智能極值響應(yīng)面模型建立 151
9.3.2 計算靈敏度 152
9.3.3 可靠性優(yōu)化設(shè)計模型建立 152
9.3.4 求解模型 153
9.3.5 方法驗證 154
10 基于智能多重響應(yīng)面法的多失效模式結(jié)構(gòu)可靠性分析 155
10.1 智能多重響應(yīng)面法 155
10.1.1 IMRSM模型 155
10.1.2 提高IMRSM模型精度的措施 156
10.2 基于IMRSM模型的多失效模式可靠性分析方法 157
10.2.1 多失效模式可靠性分析 157
10.2.2 基于IMRSM模型的多失效模式結(jié)構(gòu)可靠性分析 157
10.3 算例 159
10.3.1 問題描述 159
10.3.2 流-熱-固耦合分析 159
10.3.3 可靠性分析 161
10.3.4 方法驗證 167
11 基于多目標粒子群-智能多重響應(yīng)面法的結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計 169
11.1 多失效模式結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化模型 169
11.1.1 計算靈敏度 170
11.1.2 多目標可靠性優(yōu)化模型 170
11.2 MOPSO-IMRSM模型 171
11.2.1 MOPSO-IMRSM基本思想 171
11.2.2 基于MOPSO-IMRSM模型的可靠性優(yōu)化設(shè)計流程 172
11.3 算例 173
11.3.1 建立智能多重響應(yīng)面模型 173
11.3.2 計算靈敏度 174
11.3.3 建立多目標可靠性優(yōu)化模型 176
11.3.4 模型求解 176
11.3.5 方法驗證 177
12 可靠性分析的廣義回歸極值響應(yīng)面法 179
12.1 基本思想 179
12.2 基本理論 180
12.2.1 低循環(huán)疲勞壽命數(shù)學模型 180
12.2.2 廣義回歸極值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學模型 182
12.3 基于廣義回歸極值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可靠性分析數(shù)學模型 184
12.4 算例 186
12.4.1 隨機變量的選取 186
12.4.2 葉盤低循環(huán)疲勞壽命確定性分析 186
12.4.3 基于GRNNERSM葉盤低循環(huán)疲勞壽命模型的建立 188
12.4.4 基于廣義回極值響應(yīng)面法的葉盤低循環(huán)疲勞壽命可靠性分析 189
12.4.5 基于GRNNERSM的葉盤低循環(huán)疲勞靈敏度分析 190
12.4.6 方法驗證 191
13 疲勞 -蠕變耦合損傷可靠性分析的分布協(xié)同廣義回歸響應(yīng)面法 193
13.1 基本思想 193
13.2 基本理論 195
13.2.1 分布協(xié)同響應(yīng)面法的數(shù)學理論 195
13.2.2 分布協(xié)同廣義回歸響應(yīng)面數(shù)學模型 196
13.3 算例 197
13.3.1 輸入隨機變量的選取 197
13.3.2 確定性分析 198
13.3.3 基于DCGRRSM模型建立 200
13.3.4 DCGRRSM的疲勞-蠕變耦合損傷可靠性分析 203
13.3.5 方法驗證 204
14 基于分布協(xié)同廣義回歸極值響應(yīng)面法的可靠性分析方法 206
14.1 基本思想 206
14.2 基本理論 208
14.2.1 高溫蠕變理論 208
14.2.2 DCGRERSM的數(shù)學理論 208
14.2.3 DCGRERSM可靠性分析數(shù)學理論 210
14.3 算例 211
14.3.1 有限元模型 211
14.3.2 隨機變量的選取 212
14.3.3 各對象確定分析 213
14.3.4 基于 DCGRERSM模型建立 215
14.3.5 DCGRERSM的葉尖徑向運行間隙可靠性分析 217
14.3.6 方法驗證 218
15 多目標協(xié)同可靠性優(yōu)化設(shè)計 220
15.1 基本思想 220
15.2 基本理論 221
15.2.1 靈敏度分析 224
15.2.2 葉尖徑向運行間隙可靠性優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型 225
15.3 算例 225
15.3.1 建立分布協(xié)同廣義回歸極值響應(yīng)面模型 225
15.3.2 用分布式協(xié)同廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)極值響應(yīng)面法對葉尖徑向運行間隙的靈敏度分析 226
15.3.3 葉尖徑向運行間隙的多目標協(xié)同可靠性優(yōu)化設(shè)計計算 229
參考文獻 233
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