第2期
文章编号：1673-4599（2010）02-0005-05
基于疲劳累积损伤准则的
随机结构动力可靠性灵敏度分析
摘要：基于疲劳累积损伤准则，对动力可靠性灵敏度在工程上的应用进行了初步性的研究和探讨。研究表明，利用有限元软件将随机振动谱分析技术、基于M iner 准则的疲劳动力可靠性理论和与灵敏度分析方法结合起来，分析结构的随机输入参数对结构的动力可靠性灵敏度的方法是有效并且可行的，本文的研究结果可为工程中随机结构的动力可靠性灵敏度的设计和评估提供参考。关键词：疲劳累积损伤；动力可靠性；随机振动；灵敏度中图分类号：O342
文献标识码：A
The Analysis of Dynamic Reliability Sensitivity for Stochastic Structures on the Bases of Fatigue Damage Accumulative Principle
HUANG Yi-min ，LIU Yong-shou ，LIU Wei ，YUE Zhu －feng
（Department of Engineering Mechanics ，Northwestern Polytechnical University ，
Xi'an 710072，China ）
Abstract:Based on the fatigue damage accumulative principle,the application of dynamic reliability sensitivity in engineering is primary discussed in this paper.The presented method which combined the random vibration spectrum analysis technology ，Miner theory of fatigue dynamic reliability and the sensitivity analysis method by finite element software investigating the structural dynamic reliability sensitivity to random input parameters is feasible.The results of this study can be the reference to the design and evaluation of reliability sensitivity for stochastic structures.Key words:fatigue damage accumulative ；dynamic reliability ；random vibration,sensitivity 收稿日期：2009-09-02；修订日期：2010-01-13
基金项目：西北工业大学研究生创业种子基金（Z200932）；西北工业大学研究生创业种子基金（Z200931）；国家高技术研究发展专项（863
计划）（2007AA04Z404）；陕西省自然科学基础研究计划项目（SJ08A17）
黄益民，刘永寿，刘
伟，岳珠峰
（西北工业大学工程力学系，陕西西安710129）
结构动力可靠性分析中一般有两种基本模型，
一种是首次超越破坏机制，一种是疲劳累积损伤机制。其中首次超越破坏机制虽然是一个比较简单并
且理想化的模型，但是它给出了动力可靠性研究的基本思路，因而受到了广泛的重视和研究。若是结构在长期的动力随机载荷作用下，其动力反应远远
飞机设计
AIRCRAFT DESIGN Vol.30No.2Apr 2010
第30卷第2期2010年4月
飞机设计第30卷
低于其安全界限，使用首超准则得到的可靠度为1，但是结构仍然可能破坏，这时就需用疲劳累积损伤准则来评价结构的动力可靠性。
结构在交变载荷或重复应力作用下发生破坏称为结构的疲劳破坏，工程界对处理随机振动动态疲劳问题主要有静态化法、三区间法和基于疲劳累积损伤的Miner方法。静态方法处理随机振动疲劳问题的基础是Miner线性累积损伤求和式[1]，但是这种处理与实际有较大误差；三区间法是利用Miner定律将基于高斯分布的应力处理成3个水平，忽略3个水平之外发生的概率后求和得到结构振动疲劳累积损伤[2]；Craldall等[3]提出了更精确的方法，即是基于疲劳累积损伤的Miner方法，该方法认为累积损伤达到100%后表示结构发生了失效，并且疲劳分析时载荷是否随机在理论上是没有区别的。
有限元软件ANSYS提供了强大的动力分析功能，并且提供了概率分析模块，可以方便地解决参数灵敏度问题[4]。基于疲劳累积损伤准则，本文就工程中随机结构的动力可靠性灵敏度问题，提出一种新的求解方法。应用有限元分析软件ANSYS可以得到结构在随机过程的应力响应标准差和结构的一阶固有频率，然后用APDL命令编写基于疲劳累积损伤准则的动力可靠度的计算公式，于是就可以计算得到结构的动力可靠度，最后将确定结构的参数随机化，应用概率设计分析模块得到各个输入参数对随机结构的动力可靠性灵敏度。整个过程不需外部的求解计算，全部在有限元软件中完成，为工程应用中分析可靠性灵敏度问题提供了一种简便的、合适的、有效的方法。
1基于首次超越破坏准则的动力可靠性
1.1Miner准则下的动力可靠性
疲劳累积损伤的原理是随机振动引发的交变载荷每次循环都对结构的损伤有贡献，当总的损伤达到1时结构就会失效。该原理是基于Miner的线性损伤理论，当结构的应力幅值和循环次数的关系（S－N曲线）已知时，根据累积损伤的概率模式，可以得到结构基于疲劳累积损伤准则的动力可靠性。
对于确定性周期振动，疲劳损伤的应力幅值S 与循环次数N可以用近似的数学公式表示[5]
kNS b=1（1）式中：k，b为常数。
当应力幅值不是常数时，Miner等提出了著名的线性累计损伤公式：
△=Σ△i=ΣN i（2）其中：△
i
表示在应力幅值S i下循环次数为N i时的损伤，当累积损伤△=1时，结构发生疲劳破坏。将式（1）代入式（2）得到
△=kΣN i S b（3）当随机过程是零均值高斯平稳过程，并假定峰值总数与应力幅值相互独立，可以得到总损伤的期望值E（D）为[6]：
E（D）=T·E（d）=Tk·E（M）
∞
-∞
乙S b蕊(S)d S（4）式中：E（d）为单位时间损伤的期望值；T为工作时间；E（M）为峰值总数期望值；蕊(S)为峰值概率密度函数。当随机过程为窄频带过程时，其峰值概率密度可以近似认为服从瑞利分布[7]，即：
蕊（S）=S
σ
σ
exp-
S
2σ2
σ
蕊蕊（5）
式中：σ
σ
表示应力响应标准差；而峰值总数期望值
E（M）可以用以正斜率与零线交差次数的期望值v+
0来代替，表示x（t）在单位时间内以正斜率通过的x=0的平均次数，也即是结构的一阶固有频率[6]：
E（M）=v0+=σx
2πσ
x
=蕊0（6）于是，可以求得疲劳损伤的动力可靠度为：
P（r）=1－E（D）=1－T·蕊0k·（2
姨σσ）b·Γ
b+2
2
蕊蕊（7）其中：Γ（*）为伽玛函数，Γ（x）=
∞
乙e-t t x-1d t。
1.2动力可靠性灵敏度
灵敏度分析是用来评估结构模型的输入参数或假设条件的不确定性对于输出结果的影响，它可以考察哪些随机变量对结果起重要影响，从而对结构的优化设计起着重要的作用。
一种比较简单并且在有限元分析软件中易于实现的求解可靠性灵敏度的方法是与Monte Carlo法相结合的有限差分法，可以假设基于首次超越破坏准则的动强度可靠度P（r）=g（x1，x2，…，x n）是关于基本随机变量向量x=｛x1，x2，…，x n｝的隐式函数，则变量x i对可靠度的灵敏度估计S x
i
的计算公式为：
S
x
i
（j）=lim
P
x
i
j+1
－Px j
x
i i
（8）
·
x i（j+1）－x i（j）
6
第2期图1某型燃油管道系统模型
S
軈x i
=1N -1
j =1ΣS x
i
（j ）（9）
动强度可靠性灵敏度的标准差为：
σs =
1N -1
j =1
Σ[S x i （j ）]2-S x
i
2
姨
（10）式中：x i （j ）
为经Monte Carlo 法按由小到大顺序排列
后的第j 列抽样序列；P x j i
为第j 列抽样所计算得到
的动强度可靠度；P x j +1i
为第j +1列抽样所计算得到的
动强度可靠度。
1.3伽玛函数的数值模拟
由于ANSYS 软件含有的概率设计模块和APDL 命令流为求解可靠性灵敏度提供了可能，本文采用ANSYS 软件来模拟基于疲劳累积损伤准则的动强度可靠度。对于公式（7），其难点是怎么将伽玛函数的积分式用APDL 语言表示，APDL 所能识别的数学函数可以详见ANAYS 帮助文档。文献[8]给出了一种方法，即使用Lanczos 逼近公式来近似伽玛函数。选择整数n ，q 及常系数c i （i =0，1，…n
），则有：Γ（a +1）=（a +q +0.5）a+0.5e -（a+q+0.5）·2姨π[n
i =
1Σ
c i
a +i
+c 0+ξ]，（a ＞0）
（11）
其中：ξ为误差。当取n =6，q =5，c 0=1，c 1=
76.18009173，c 2=-86.50532033，c 3=24.01409822，
c 4=-1.231739516，c 5=0.00120858003和c 5=-0.536382×10-5，则误差ξ＜2×10-10。
对于x =a +1＞1，有：
ln Γ（x ）=（x -0.5）ln （x +4.5）-（x +4.5）+
（12）
ln[2姨π（n
i =1Σ
c i
a +i
+c 0+ξ）]Γ（x ）=e ln Γ（x ）
（13）
如果0＜x ＜1，则由Γ（x +1）=x ·Γ（2），得到Γ（x ）=Γ（x +1）/x 。
另外，对于不是以e 为底的指数函数，可以用
以下公式将其变换成能用APDL 语言表示的函数：
x b =e ln x
b
=e
b ·ln x
（14）
2算例
2.1燃油管道系统有限元模型
以某型飞机燃油管道系统为例，其模型如图1
所示，含有5个固定端约束和37个卡箍约束，其中固定端约束为全约束，即约束所有方向，卡箍只约束径向位移，而不约束管道的轴向位移和转动位移。可以用弹簧单元来模拟卡箍，即将卡箍简化为径向方向约束的2个弹簧，以弹簧的刚度系数来定义卡箍的固持刚度。当飞机机体振动时，将不可避免的通过固定端和卡箍传递到管道上，并且这两种传递能量的效率是不同的，在ANSYS 软件中可以通过定义缩放系数来实现传递效率。直管、三通管以及弯管分别用pipe16、pipe17和pipe18单元来模拟。另外，飞机振动的激励方式是不断变化的，但在平稳飞行过程中渐趋于平稳，这里仅分析平稳随机过程中的单自由度激励，其它自由度的激励改变方向进行类型的计算即可。
3130
32
2928
D21
D20
D192021D18
2322D17
272625
24
17161819D16D15D14阀门1111012D9D898
D7D6
6
7D5D4D3D2D11
2345
D10D11阀门23334D233536D12
D22D24阀门3D25414243444039D27D28D29
3837D2645
464948
4713
D1314
D30
D315051525315
D32
D33D34D355859606155545657D36D37
6465666362Y X
Z
黄益民
等：基于疲劳累积损伤准则的随机结构动力可靠性灵敏度分析卡箍（D1-D37）全约束（1，15，32，49，66）
7
飞机设计第30卷
假设的一些燃油管道系统参数：弹性模量E =210GPa ，泊松比v =0.3，密度ρρ=8000kg/m 3，管内液体密度ρ蕊=1000kg/m 3，管道直径d =0.05m ，管道厚度h =0.005m ，卡箍的固持刚度K =1.0E7N/m 。2.2随机振动分析
谱分析技术是随机振动分析所要用到的关键技术，它是一条功率谱密度值-频率值的关系曲线，是结构在随机动态载荷激励下响应的统计结果，本文所用到功率谱为白噪声加速度谱，频域范围为0.1~100Hz ，加速度谱谱值为1，激励方向为Y 方向。
随机振动分析的输入输出数据都只代表它们在确定概率下的可能性发生水平，是一种定性分析技术。ANSYS 随机振动分析可以获得结构随机振动响应过程的各种统计参数（如：均值、标准差和平均频率等），其中一阶固有频率蕊0和应力响应标准差σσ是求解基于疲劳累积损伤准则的动强度可靠度所需要的关键数据。可以在随机振动分析的第三步提取到均值为零的应力响应标准差σσ；而在模态分析中可以得到结构的一阶固有频率蕊0。通常情况下，结构随机振动应力响应标准差的最大处最容易破坏，因此以最容易破坏点为参考点，即假定结构的最容易破坏点的可靠度为结构整体的可靠度（实际情况中可能需考虑整个系统各个危险点可靠度的串并联结果）。在一次随机振动分析中，可以得到一个确定结构的应力响应标准差的最大值和一阶固有频率蕊0，在确定时间T 内（如10000个飞行小时，即3.6E7s ）和已知的某型管道材料的疲劳曲线（如图2所示，经拟合得到k =0.5e －18，b =5.2），将式（7）用APDL 语言写进随机振动分析后处理的命令流中，便可得到一次确定性分析时基于疲劳累积损伤准则的动强度可靠度。某次确定结构分析得到的动强度可靠度为0.9963。
2.3随机变量对动强度可靠性灵敏度分析ANSYS 概率设计模块可用来评估模型的输入参数或假设条件的不确定性对于结果的影响，即可以得到各个输入变量和输出参数之间的相关性。因此，在随机振动的基础上进行概率设计分析，就可以得到各个输入随机变量对输出变量灵敏度。假设输入变量服从高斯分布，这些参数的分布类型及参数值如表1所列。
输出变量为燃油管道系统的基于疲劳累积损伤破坏机制的动强度可靠度，选择分析方法为Monte Carlo 法，模拟次数为100（如果想得到更精确的数据，可将模拟次数增加）。得到的动强度可靠度P （r ）的收敛情况见图3，采样输出历史图如图4所示。由
图3可知100步模拟已经足够达到收敛条件。
表1输入变量随机分布类型及参数
变量名称变量符号所属分布参数1参数2管道弹性模量YOUNG 高斯（GAUS ）分布
210e910.5e9管道密度DEND 高斯（GAUS ）分布8000400管道直径DL 高斯（GAUS ）分布0.050.0025管道壁厚HD 高斯（GAUS ）分布0.0050.00025卡箍固持刚度KX 高斯（GAUS ）分布 1.0e75e5液体密度DENST 高斯（GAUS ）分布100050加速度谱谱值ACLET
高斯（GAUS ）分布10.05卡箍传递系数
KTE
高斯（GAUS ）分布
0.5
0.025
图2某型管道材料的S-N 曲线500
450
400350300250
2
4
6810
图3P （r ）标准差随模拟次数的收敛情况
M EAN STDEV SKEW KURT M IN M AX
0.99634E+000.10372E-02-0.47113E+00-0.32877E-020.99353E+000.99831E+00
置信限度95.00
0.00220.0020.00180.00160.0014
0.00120.0020.00080.00060.00040.0002
1
26
51
75
100
图4P （r ）采样输出历史图
M EAN
STDEV SKEW KURT M IN M AX
0.99634E+000.10372E-02-0.47113E+00-0.32877E-020.99353E+000.99831E+00
0.9985
0.9980.99750.9970.99650.9960.99550.9950.99450.9940.9935
1
26
51
75
100
P F P
P （r ）S /M P a
105N
8
第2期图5输入变量对动强度可靠度的灵敏度分布图
0.60.40.20-0.2-0.4-0.6
KTE 12%
YOUNG 14%
DEND 17%ACLET 20%KX 7%DENST 3%
HD 20%
DL 7%
由有限元软件计算得到各基本输入变量对动强度可靠度灵敏度分布图如图5所示。由图5可知，在各基本输入变量的变异系数为0.05的高斯分布条件下，输入随机变量液体密度（DENST ）、卡箍固持刚度（KX ）和管道直径（DL ）对动强度可靠度影响很小，低于2.5%水平，可以忽略；而管道壁厚（HD ）、加速度谱谱值（ACLET ）、管道密度（DEND ）、卡箍传递系数（KTE
）和管道弹性模量（YOUNG ）对动强度可靠度影响较大，但其中只有管道壁厚对动强度可靠度的提高有正贡献，其它都是负贡献。
3结论
文中对基于疲劳累积损伤准则的动力可靠性灵
敏度在工程上的应用进行了初步性的研究和探讨。研究表明，利用有限元软件将随机振动谱分析技术、疲劳累积损伤机制中基于Miner 准则的动力可靠性理论和与蒙特卡洛法相结合的有限差分法结合
起来，分析结构的随机输入参数对结构的动力可靠性灵敏度的方法是有效的，该方法能够为工程应用中分析可靠性灵敏度问题提供一种简便、合适、有效的途径。
参考文献
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作
者简介
黄益民（1986－），男，江西九江人，硕士研究生，研究方向为管道动强度与可靠性分析。
刘永寿（1974－），男，陕西礼泉人，副教授，博士，主要研究方向为管道动强度与可靠性分析。刘
伟（1981－），男，江苏盐城人，讲师，博士，主要研究方向为管道动强度、寿命与可靠性。
岳珠峰（1965－），男，江苏丹阳人，教授，长江学者，博士生导师，主要研究方向为高温材料、结构设计与结构强度、寿命与可靠性等。
黄益民等：基于疲劳累积损伤准则的随机结构动力可靠性灵敏度分析9
机械可靠性设计大作业 题目：扭杆 姓名：刘昀 班号： 05021104 学号： 59 日期：机械可靠性设计大作业 一、题目： 扭杆：圆截面直径D为（μ，σ）=（20，）mm，受扭矩T为（μ，σ）=（677400，），工作循环次数N≥4000，材料疲劳极限S为（μ，σ）=（，）MPa。 二、思路： 给定强度分布与应力有关的随机参数分布条件，确定应力计算公式，计算相应的分布参数，假定各随机变量都服从正态分布。然后根据应力--强度干涉理论计算可靠度，主要考虑载荷的均值与方差两项变化可靠度如何变化，以上要求编程实现。 三、输入的数据：扭矩T的均值与标准差T（μ），T（σ） 四、输出的结果：可靠度R 五、计算的模型：
（1）几何参数（扭杆圆截面直径）D、扭矩T和工作循环次数大于等于4000时的材料疲劳极限，亦即此时的疲劳强度S，均为随机变量且服从正态分布； （2）应力--强度干涉模型： 大多数机电产品的应力和强度都是服从一定统计分布规律的随机变量，我们用L表示应力，S表示强度。它们的概率密度函数f(S)和f(L)两曲线出现部分交叉和重叠，亦即出现干涉时，有可能出现强度小于应力的情况，但可把这种引起失效的概率限制在允许的范围内。在干涉的情况下，我们研究的是如何在保证一定可靠度的前提下，使零件结构简单、重量较轻，价格较低。 对于强度和应力均为正态分布时，我们采用联结方程来计算可靠度，公式如下： SM称为可靠性系数，在已知、、、的条件下，利用上式可直接计算出SM，根据SM从标准正态分布表中查出可靠度R的值。也即： 六、程序流程图
Y 七、算例分析结果说明及结论 （1）程序运行结果 T(μ)↑，T(σ)不变时，可靠度R的变化情况：T(μ) T(σ) R 120677 180677 240677 300677 360677 420677 480677
第3章疲劳载荷及分析理论 (1) 3.1 疲劳载荷谱 (1) 3.1.1 疲劳载荷谱及其编谱 (1) 3.1.2 统计分析方法 (2) 3.2 疲劳累积损伤理论 (3) 3.2.1 概述 (3) 3.2.2 线性累积损伤理论 (4) 3.3起重机疲劳计算常用方法 (5) 3.3.1 应力比法 (6) 3.3.2 应力幅法 (6) 3.4 疲劳寿命设计方法 (7) 3.4.1无限寿命设计 (7) 3.4.2 安全寿命设计 (8) 3.4.3 损伤容限设计 (8) 3.4.4 概率疲劳设计 (9) 3.4 小结 (10) 第3章疲劳载荷及分析理论 疲劳载荷谱(fatigue load spectrum)是建立疲劳设计方法的基础。根据研究对象的不同，施加在对象上的疲劳载荷也是不同的，所以在应用时要依据某种统计分析方法和理论进行分析。 3.1 疲劳载荷谱 3.1.1 疲劳载荷谱及其编谱 载荷分为静载荷和动载荷两大类。动载荷又分为周期载荷、非周期载荷和冲击载荷。周期载荷和非周期载荷可统称为疲劳载荷。在很多情况下，作用在结构或机械上的载荷是随时间变化的，这种加载过程称为载荷—时间历程。由于随机载荷的不确定性，这种谱无法直接使用，必须对其进行统计处理。处理
后的载荷—时间—历程称为载荷谱。载荷谱是具有统计特性的图形，它能本质地反映零件的载荷变化情况[]。为了估算结构的使用寿命和进行疲劳可靠性分析，以及为最后设计阶段所必需的全尺寸结构和零部件疲劳试验，都必须有反映真实工作状态的疲劳载荷谱。 实测的应力—时间历程包含了外加载荷和结构的动态响应的影响，它不仅受结构系统的影响，而且也受应力—时间历程的观测部位的影响。将实测的载荷—时间历程处理成具有代表性的典型载荷谱的过程称为编谱。编谱的重要一环，是用统计理论来处理所获得的实测子样[]。 3.1.2 统计分析方法 对于随机载荷，统计分析方法主要有两类：计数法和功率谱法[]。由于产生疲劳损伤的主要原因是循环次数和应力幅值，因此在编谱时首先必须遵循某一等效损伤原则，将随机的应力—时间历程简化为一系列不同幅值的全循环和半循环，这一简化的过程叫做计数法。功率谱法是借助富氏变换，将连续变化的随机载荷分解为无限多个具有各种频率的简单变化，得出功率谱密度函数。在抗疲劳设计中广泛使用计数法。 目前，已有的计算法有十余种之多，同一应力—时间历程用不同计数法编制出的载荷谱有时会差别很大。当然，按照这些载荷谱来进行寿命估算或试验，也会给出不同的结果。从统计观点上看，计数法大体分为两类：单参数法和双参数法[]。 所谓单参数法是指只考虑应力循环中的一个变量，例如，峰谷值、变程（相邻的峰值与谷值之差），而双参数法则同时考虑两个变量。由于交变载荷本身固有的特性，对任一应力循环，总需要用两个参数来表示。其代表是雨流计数法。 雨流计数法是目前在疲劳设计和疲劳试验中用的最广泛的一种计数方法，是对随机信号进行计数的一种方法的一种。雨流计数法与变程对—均值计数法一样具有比较严格的力学基础，计数结果介于峰值法和变程法之间，提供比较符合实际的数据。雨流法是建立在对封闭的应力—应变迟滞回线逐个计数的基础上，它认为塑性的存在是疲劳损伤的必要条件，从疲劳观点上看它比较能够反映随机载荷的全过程。由载荷—时间历程得到的应力—应变迟滞回线与造成的疲劳损伤是等效的[]。
一、简述题（每小题10分，共100分） 1、在进行技术经济分析时为什么强调可比原则？有哪些可比原则必须考虑？ 2、试分析投资项目财务分析中全投资财务效果评价与自有资金财务效果评价有何不同？ 3、建设项目财务评价中动态指标有哪些？ 4、全投资财务效果和自有资金现金财务效果有什么不同？ 5、一般项目的可行性研究要包括哪些内容？ 6、资金约束条件下独立方案选择比较的一般步骤是什么？ 7、单因素敏感性分析一般包括哪些步骤？ 8、试述标准投资回收期的确定方法。 9、比较经济效果与经济效益有何联系与区别？ 10、备选方案选优时间可比的含义是什么？ 1、解答：方案是互相排斥的，具有可比性的方案才能进行比较，决定取舍才能得出准确的结论。考察时间段及计算期的可比性；收益与费用的性质及计算范围的可比性；方案风险水平的可比性和评价所使用假设的合理性。 2、解答:当全投资内部收益率大于贷款利率时，自有资金内部收益率大于全投资内部收益率且贷款比率越高自有资金的内部收益率越高;当全投资内部收益大于基准折现率，且基准折现率大于借款利率时，自有资金净值大于全投资净现值。 3、解答：财务评价应该依据国家计委和建设部颁发的《建设项目评价方法与参数》（第三版）编制，比较重要的参数有总投资收益率、总投资利税率、资本金净利润率、税后回收期和财务净现值等。 财务评价是从企业角度出发，使用的是市场价格，根据国家现行财税制度和现行价格体系，分析计算项目直接发生的财务效益和费用，编制财务报表,计算财务评价指标，考察项目的盈利能力，清偿能力和外汇平衡等财务状况，借以判别项目的财务可行性。 4、解答：内部收益率是资金流入现值总额与资金流出现值总额相等，净现值等于零时的折现率。它是一项投资可望达到的报酬率，该指标越大越好。一般情况下，内部收益率大于等于基准收益率时，该项目是可行的。投资项目各现金流量的折现值之和为项目的净现值，净现值为零时的折现率就是项目的内部收益
可靠性理论与方法报告 报告名称：复杂系统的可靠性分析姓名：杨天元 学号：u200910106 班级：统计0902班
摘要 在本文中，先后对串联系统稳定性、并联系统稳定性以及复杂系统稳定性进行了较为详细的理论分析。并利用matlab进行相应的仿真，以验证理论计算的结果，同时还对三类系统进行了相应的灵敏度分析。 在串联系统中，系统的可靠性等于各部件可靠性之积。在串联系统可靠性灵敏性分析中发现，串联系统稳定性对可靠性最低的部件最为敏感。在并联系统中，系统的失效率等于各部件均失效的概率，并联系统中的关键部件是可靠性最高的部件。在复杂系统中，系统可靠性可由串联系统、并联系统可靠性的计算方法组合而得到，在灵敏度分析中发现，复杂系统可靠性对那些较为“薄弱”的部件的依赖性较大，具体来说，在串联系统中的薄弱部件是可靠性较低的部件，在并联系统中的薄弱部件是可靠性较高的部件。 关键字：串联系统，并联系统，复杂系统，可靠性，灵敏性分析
目录 摘要 .................................................................................................................................................. I I 1 序言 . (1) 可靠性数学 (1) 可靠性物理 (1) 可靠性工程 (2) 可靠性教育和管理 (2) 2 串联系统可靠性分析 (3) 串联系统 (3) 仿真 (3) 串联系统性能灵敏性分析 (6) 3 并联系统可靠性分析 (9) 并联系统 (9) 仿真 (9) 并联系统灵敏性分析 (12) 4 复杂系统可靠性分析 (15) 复杂系统 (15) 仿真 (16) 复杂系统灵敏性分析 (19) 总结与展望 (21)
汽车制动系统可靠性分析 摘要：随着经济的发展，汽车数量迅速增长，同时道路交通事故就严重影响人们的安全，人人谈虎变色。作为道路交通事故发生的非人为因素中选取所占比例最大的汽车制动系统故障，减小这种因素引起的故障成为保障道路交通安全中的至关重要的一部分。本文运用系统工程的可靠性分析的方法对此类故障进行研究分析。同时基于故障树分析法开展了对汽车制动系统的可靠性分析，通过对系统零部件的故障因素，故障原因和故障种类进行定性的分析，为汽车制动系统的设计和维修提供了理论依据，对提高汽车制动系统的可靠性及减少因汽车制动系统而导致的道路交通事故起到了积极的指导作用。 关键词：道路交通事故汽车制动系统可靠性分析故障树分析法 引言： 自从1885年卡尔本茨(Karl Benz)在曼海姆制出了第一辆汽车以来，道路交通安全则成为所有人共同关心的话题。纵观道路交通事故发生的原因，除了与道路的使用者——人的因素、道路本身的因素、道路交通环境因素有关外，还与道路上行驶的车的因素有关。其中减少人为因素引起的事故需要所有交通参与者的仔细观察和相互谦让。而减少非人为因素造成的道路安全事故则成为减少道路交通事故保证驾驶安全的最重要的一部分。车辆是组成道路交通的三大因素之一，与交通安全有着密切的关系。虽然在交通事故原因的统计中，人为原因占很大比例，直接因汽车问题所引起的事故不足10%，但这并不意味着车辆对安全的影响不大。而在这些非人为因素中，汽车制动系统发生故障占60%-70%。因此，对汽车制动系统进行可靠性分析，提高汽车制动系统的可靠度，可以减少道路交通事故的发生，减少不必要的损失，也保证了所有交通参与者的安全。对于保护国家集体的财产安全，维护交通秩序，提高道路交通能力具有极其重要的意义]1[。 1995年机械故障事故统计表 故障种类制动失效制动不良转向失效灯光不良其他 事故次数3545 54421299688 2520
机械结构抗疲劳与可靠性分析 发表时间：2019-04-18T15:51:40.703Z 来源：《基层建设》2019年第6期作者：秦俊沛 [导读] 摘要：在机械结构运行过程中，疲劳破坏现象是影响机械运行的主要因素之一。 广州广电计量检测股份有限公司广东省广州市 510000 摘要：在机械结构运行过程中，疲劳破坏现象是影响机械运行的主要因素之一。疲劳破坏过程复杂多样，常发生在机械设备某些隐蔽处且易断裂、易磨损的部位，通过局部的损伤来影响整个机械结构的正常运行。因此怎样增强疲劳寿命与结构的可靠性一直是机械产品设计研究中的热点内容，也是企业提高生产质量与经济效益的关键。本文主要论述对机械结构抗疲劳的方法与分析影响结构可靠性的原因。 关键词：机械疲劳；结构可靠性；交变应力 引言 大多数机械结构中，疲劳破坏现象发生主要因为物体受到力或方向周期性变化的交变载荷作用。长期以来，机械疲劳时刻影响着企业的生产技术与质量。随着机械设备智能、精准的发展方向，通过对机械结构可靠性的分析来增加疲劳寿命，从根本上解决因疲劳破坏给结构造成的损伤，并对机械结构疲劳方面做出安全评估。 1.分析机械结构疲劳与抗疲劳 1.1机械结构疲劳的概述 疲劳是机械设备受到循环交变载荷作用下，材料局部逐渐产生永久性累积断裂、磨损、腐蚀等损伤的过程。在材料设备受到循环应变与应力不断变化的载荷作用时，应力值虽然在材料的极限强度范围内，甚至低于材料的弹性极限时，就有可能发生破坏，在这种交变载荷循环作用下材料发生的破坏，叫做机械结构的疲劳破坏。 机械结构疲劳主要因素为循环应力次数、平均应力强弱、应力值大小。在交变载荷作用下机械零件经过一定时间，因结构内部的不均匀，承受应力的多变性，导致在高应力集中区域形成细小裂纹，再由小裂纹逐步扩展至断裂。使其具有瞬时性以及对缺陷的突发性常常不易发现且易造成事故，影响生产。调查发现机械零件疲劳破坏占企业事故发生率的80%左右，应力的高低直接影响疲劳寿命的长短。通常条件下，根据静力实验来测试材料的机械性能，但是静力破坏与疲劳破坏存在本质上的区别。首先，静力破坏是在超负荷作用下一次完成，而疲劳破坏是受反复作用力很长时间才发生的破坏。其次，在交变应力小于屈服强度，甚至远小于静强度时，可能发生疲劳破坏，但却不会发生静应力破坏。最后，疲劳破坏没有明显的破坏现象，例如金属的脆性破坏不易察觉。静力破坏有明显塑性变形。所以在确定材料的弹性极限、强度极限、屈服极限等机械性能时，不能单单依靠静力实验数据，来反映材料在受到交变应力时的特性。 1.2提高抗疲劳性能的方法 1.2.1添加“维生素” 在金属零件中添加不同种类的“维生素”可以增强零件抗疲劳的性质，延长疲劳寿命。例如：在有色金属和钢材里，加入一定比例的稀土元素，可以提高金属抗疲劳的强度极限值。 1.2.2结构表面处理 因材料承受扭转、弯曲等应力大部分都集中与表层，故对金属零件表面进行电镀或涂层处理，可有效改善应力腐蚀、锈蚀现象以及零件间滑动过程中的摩擦。还可以利用辅助工具将表面打磨光滑或对零件使用前进行塑性变形，有助于提升材料强度及屈服极限值。此外表面热处理通过淬火、氰化、渗碳等措施，改善机械结构表层材料的抗疲劳强度。 1.2.3改变机构外形 在设计构件时，常采用改变外形来减小应力的集中。例如在轴与轮毂安装时，可以通过在轮毂或者轴上开减荷槽。过盈配合时，可以增大配合轴的直径。当需要改变构件横截面时，应增大过度圆弧，以上都可以有效减小应力集中。 1.2.4降低温度、负荷 设备运行时，零部件之间的摩擦生热是正常现象，通过对局部降温的方法，可有效增加疲劳寿命。如电子元器件，采用降温技术可以提升70%的使用寿命。在交变应力作用较低的环境下机械部件不易发生疲劳破损，一旦发生疲劳损伤，其速度也较为缓慢。结合实际，当机构在低应力作用下稳定工作一定时间，再逐步提升到所需求的应力范围，可有效改善抗疲劳强度。 1.2.5利用豪克能技术 常温下的金属具有冷塑性，利用豪克能中冲击能和激活能复合技术对材料表面进行二次深加工，可以使金属零件表面Ra值在0.2以下，降低表层的损伤，通过改善表面的压应力，提高表面的耐磨性、显微硬度以及疲劳寿命。 2.分析机械结构可靠性 2.1对机械结构可靠性的分析 进行机械结构设计时，在保证产品性能、质量及成本的情况下，需要重视产品可靠性技术、理论以及使用过程中维护方面的研究。机械结构可靠性是指在规定时间和环境下，产品性能的完成情况。其影响因素有很多种，如生产过程中机械设备及系统的日常维护保养、人工操作水平以及产品制造技术等。而在正常使用中，机械结构通常受到材料本身机械性能、环境、受力时间长短以及负荷大小，都会减短产品疲劳寿命，以上过程同时考验静态与动态下的产品可靠性。我国对于机械结构可靠性的研究相比较发达国家仍然存在着较大的差距，技术不够成熟发展缓慢，需要大力培养可靠性研发的技术人员以及对各个领域机械机构进行可行性的研究创新，所以不管进行产品设计制造还是使用过程中维护维修方面，可靠性都属于重要的研究对象。 2.2机械结构可靠性的设计方法 2.2.1储备技术 储备技术又称为冗余技术，是保障机械设备的稳定运转而采取系统并联模型来提高可靠性的一种方法。为保证设备工作有冗余，通常是同种规格两个或两个以上的结构单元并联工作，使各处受力均匀，来增强可靠性。 2.2.2产品疲劳寿命估算 产品的可靠性会随着受到交变应力的时间长短而发生变化，从静态试验角度出发，以产品在常温、常态应力作用下的力学性能，为参考条件，评估产品使用过程中的疲劳寿命。当达到评估值时，及时对机械结构易损件进行更换，从而稳定运行。
第19卷第2期(总第44期)中国铁道科学1998年6月 混凝土弯曲疲劳累积损伤性能研究李永强车惠民 (铁道部科学研究院)摘要: ,证明了变幅疲劳荷载的大,当疲劳荷载由小变大时,累积损伤量大于1,当疲劳荷载由大变小时,累积损伤量小于1,P—M线性累积损伤准则不适于混凝土弯曲疲劳破坏,同时验证了非线性疲劳累积损伤理论的合理性。 关键词:混凝土弯曲疲劳累积损伤试验 1引言 在工程应用中,钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构一般承受静载作用,但工程中还有许多如铁路桥梁、公路桥梁、吊车梁及海洋平台等结构除了承受静载作用外,还要经常承受重复循环荷载作用。随着这些经常承受重复荷载作用的结构应用的日益广泛,以及高强混凝土、高强钢筋的广泛应用,许多构件处于高应力状态下工作,使得混凝土结构的疲劳成为不可忽视的问题。在以往的混凝土疲劳性能研究中,研究重点主要是研究混凝土在等幅重复应力作用下的疲劳强度,得出计算等幅重复应力作用下疲劳寿命的S—N曲线。在这些试验中,混凝土应力是一个随时间等幅周期性变化的荷载函数。但在实际工作中,钢筋混凝土及预应力混凝土结构承受的荷载是一个随时间而变化的变幅荷载(例如由风、海浪、车辆、地震等引起的荷载就属于这种类型),实际结构的疲劳破坏往往是由变幅重复荷载引起的,因此除了研究混凝土材料在等幅重复应力作用下的疲劳性能外,还应在其基础上研究混凝土材料在变幅重复应力作用下的疲劳性能。近年来,一些国家开始进行混凝土材料在变幅重复荷载作用下的疲劳性能研究,其研究重点主要是P—M线性累积损伤准则的适用性,但迄今为止仍未得出一个较统一的结论。有些研究者认为该准则由于不考虑加载顺序的影响,利用它判断混凝土在变幅重复应力作用下的疲劳破坏偏于保守或偏于危险;另外一些研究者认为,可以不考虑加载顺序的影响,该准则可以运用。基于这些原因,我们进行了混凝土试件在等幅和变幅循环荷载作用下的弯曲疲劳试验,探讨和研究了P—M线性累积损伤准则的适用性,进而对混凝土非线性累积损伤理论的合理性作了进一步的验证。 2试验
航天电连接器的可靠性分析 021014班 摘要：航天电连接器的可靠性在航天事业中具有重要作用，它对航天器是否能够稳定的工作起到决定性的作用。本文主要介绍影响航天电连接器的主要因素，并且详细地分析每种因素影响航天电连接器的原因以及一些注意事项。然后介绍了一些保证航天电连接器可靠性的措施。最后采用国际标准介绍了对航天电连接器的可靠性预计，从而对可靠性技术在航天电连接器领域的应用和发展有个全面的、客观的认识。 关键词：航天电连接器；主要影响因素；可靠性措施；可靠性预计。 引言：电连接器及其组件是航天系统工程重要的配套接口元件，散布在各个系统和部位，负责着信号和能量的传输。其连接好坏，直接关系到整个系统的安全可靠运行。由电连接器互连组成各种电路，从高频到低频、从圆形到矩形、从通过上百安培的大电流连接器到通过微弱信号的高密度连接器、从普通印制板连接器到快速分离脱落等特种连接器，几乎所有类型品种的电连接器在航天系统工程中都得到了大量应用。 例如某型号地面设备就使用了各种电连接器400套。任何一个电连接器接点失灵，都将导致航天器的发射和飞行失败。战术导弹弹体内的导引头、战斗机、发动机、自动驾驶仪等关键部件，都是通过由电连接器为基础器件，使成百上千个接点的电缆网组成一个完整的武器互连系统，一个接点出现故障，即会导致整个武器系统的失效。 正文：一、航天电连接器的可靠性分析 电连接器的可靠性包括固有可靠性和使用可靠性两方面。如图1列出影响电连接的主要因素
1．固有可靠性 电连接器的固有可靠性一般是指电连接器制造完成时所具有的可靠性，它取决于电连接器的设计、工艺、制造、管理和原材料性能等诸多因素。电连接器制作完成后，其失效模式和失效机理已固定，因此只有在可靠性设计的基础上，保证生产线上严格采取可靠性技术措施（如生产工艺的严格控制、生产环境条件的控制、各工序过程中的质量检测等），才能保证电连接器的固有可靠性。 (1)设计可靠性 ①合理选材 选材是保证电连接器电性能和可靠性的重要前提，电连接器所用材料决定了工作温度上限，而起决定作用的是绝缘材料、环境密封电连接器所用的密封材料、胶粘材料、壳体和接触件所用材料等。材料选用涉及连接器的力学、电气、环境等性能要求和材料本身的理化性能等。其中材料热学性能（耐热温度、热导率、高温强度及热变形等）是设计必须考虑的主要因素。电连接器绝缘体选用不同的绝缘材料，其绝缘耐压等电气性能也有明显差异。电连接器壳体和接触件选用时，除考虑导电、导热和结构刚度外，还应考虑相互配合和接触材料的电化学相容性和硬度匹配性。 ②结构型式 结构型式是决定产品可靠性的重要因素，合理的结构型式既避免了误插，又提高了结构的稳定性。 (2)工艺可靠性 壳体的加工工艺、绝缘体的注塑和胶接工艺、接触件的成型和镀金工艺、电连接器总装工艺和与线缆的端接工艺等，对产品固有可靠性至关重要。 镀金接触件用手工滚镀，往往导致个别插孔内壁局部没有膜层，呈氧化色，而引进超声波镀金生产线，并用仪器严格监控镀金层厚度，使内壁形成均匀膜层，提高了接触可靠性。 (3)检验可靠性 电连接器在各关键工序加强检验，通过严格的工艺筛选，剔除失效产品。交收试验时，除检查常规电性能指标外，还应百分之百进行外观质量检查，特别是多余物检查十分重要，除目视和借助放大镜外，必要时可用体视显微镜判定缺陷性质。在交收试验和二次补充筛选过程中，必须按标准规定的质量水平严格控制。当超过不合格率时，应对每批产品进行失效航天，查清失效原因，并采取有效的改进措施。 2．使用可靠性 电连接器在使用过程中会遇到电、热、机械和化学等应力的作用，如忽视了
《可靠性理论》模拟题（补） 一.名词解释 1.可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。 2. 可靠性设计：系统可靠性设计是指在遵循系统工程规范的基础上，在系统设计过程中，采用一些专门技术，将可靠性“设计”到系统中去，以满足系统可靠性的要求。 3. 最小割集和最小径集：最小割集就是引起顶上事件发生所必需的最低限度的割集。最小径集就是顶上事件不发生所需的最低限度的径集。 4. 网络：连接不同点之间的路线系统或通道系统。 5.广义可靠性：广义可靠性是指产品在其整个寿命期限内完成规定功能的能力，它包括可靠性（即狭义可靠性）与维修性。 6.可靠性指标分配：指根据系统设计任务书中规定的可靠性指标（经过论证和确定的可靠性指标），按照一定的分配原则和分配方法，合理的分配给组成该系统的各分系统、设备、单元和元器件，并将它们写入相应的设计任务书或经济技术合同中。 7. 降额设计：使元器件或设备工作时所承受的工作应力（电应力或温度应力），适当低于元器件或设备规定的额定值，从而达到降低基本故障率、提高使用可靠性的目的。 8. 人机系统：指人与其所控制的机器相互配合,相互制约,并以人为主导而完成规定功能的工作系统。 二.填空题 1.可靠性的定义包含有五个方面的内容，它们是：对象、使用条件、使用期限、规定的功能、概率等。 2.由三种失效率曲线所反应，表现产品在其全部工作过程中的三个不同时期分别是：早期失效期、偶然失效期、耗损失效期。 3.对于可修复的产品，其平均无故障工作时间或平均故障间隔称为平均寿命。 4.失效率函数为常数λ时，可靠度函数表达式可写为： t e t Rλ- = )(。 5.系统进行可靠度分配时，若已知各元件的预计失效率，而进行分配的方法称为阿林斯分配法。 6.简单求解网络可靠度的常用方法有状态枚举法、全概率分解法、最小割集法、最小径集法、不交布尔代数运算规则。 7.割集和径集中反应导致顶上事件发生所必需的最低限度的是最小割集；反应顶上事件不发生所需的最低限度的是最小径集。 8.常用的可靠性特征量有：可靠度、失效率、平均寿命、可靠寿命等。 9.产品失效率曲线一般可分为：递减型失效率曲线、恒定型失效率曲线、递增型失效率曲线。
空间站的安全监测与自主维护装置构思 机自24 王东岳 2120101087 一、背景与意义 在过去的几十年中,世界各国在发展航天技术的过程中,由于错综复杂的原因,发生了数以千计的事故,数以万计的故障。特别在研制初期这种情况尤为明显,可以说世界各国的航天器是在不断出现事故和故障中发展起来的。当前,发展载人航天技术已成为世界航天的发展热点,空间站更是其中的一位佼佼者。它是一项投资巨大、技术复杂的综合性大型航天工程,因此加强空间站的安全保障,尤其是设计初期的安全计划则成了一项必不可少的关键工作,其中故障监测报警、诊断和恢复技术成为航天事业中保障航天器安全,提高可靠性,降低风险的有效对策。 空间站是机械、电子、材料、控制、推进、能源、通讯以及航天医学和生物学、计算机技术、遥感技术、天体物理等多学科最新的尖端成果的协同运用，造价极其昂贵的大型复杂系统，而且要在数以年计的任务时间内可靠运行。因此，空间站的设计必须要求具备故障检测和诊断能力，这是提高空间站可靠性的极为重要的补充，也是空间站设计中的一个不容忽视的至关重要的环节。 二、国内外展综述 故障检测、报警与诊断技术随着80年代初期以来人工智能和专家系统技术在各个民用行业的兴起和成功应用,在载人航天事业中占有越来越关键的地位。故障诊断系统已与空间站的各分系统,各软、硬件配置集为一体。以空间站站上火灾的预防和控制方法的具体应用也可看出故障检测、报警与诊断技术的渗透:故障检测系统实时监测站上环境中的温度、放射线、烟雾因子以及空气化学成分等的变化,或产生报警,或由诊断系统诊断后提出对策,由站上的多专家系统(站上二氧化碳,氮,Halan1301为灭火专家) 进行故障隔离。 故障检测诊断技术一直是载人航天器发展的一大特色,经历了60年代简单的状态监测(水星号),70年代初的基于算法的故障监测(阿波罗计划)和80年代基于知识的智能诊断(航天飞机),智能诊断进一步发展到目前的基于模型的自主诊断(空间站)。基于模型的故障诊断方法已成为目前故障诊断方法的研究热点,它结合系统的物理特性和有限的经验知识有效地进行诊断。基于模型的诊断专家系统尤其适合于经验知识少,领域专家与能力较弱的空间站站上故障诊断、隔离和恢复,对紧急的、危及航天员安全和空间站安全的故障进行自主诊断和局部处理。 国内对航天器在轨故障检测和诊断技术研究较晚，主要由航空航天研究院校所承担。北京控制工程研究所研制出了卫星控制系统实施故障诊断专家系统原型（SCRDES）。 在“东方红3号”、“资源1号”、“资源2号”和神舟飞船等型号中采用了系统诊断和重构等智能化技术。哈尔滨工业大学分别与中国空间技术研究院等单位合作对载人障诊断进行了深入的研究,取得了一定的经验,并且已经分别开发出故障诊断原型系统 [15]。但是,国内所开发的大部分故障诊断系统基本上还属于实验型,距离实用化阶段 还有许多工作要做,而且主要以地面诊断为主。 三、方案设计 （1）已有方案及对比分析
滚动轴承的疲劳可靠性 化工过程机械邓坤军612080706048 摘要： 以可靠性理论为出发点,研究了滚动轴承在不同可靠度要求时的设计计算方法,找出了轴承寿命与可靠度间的关系及基本额定动载荷与可靠度间的关系。对从事可靠性设计的工程技术人员有一定的参考价值。 1 引言： 滚动轴承是一种应用相当广泛的标准零件,在它的选用设计中,通常要进行抗疲劳点蚀的寿命计算。目前使用的计算方法规定,在等于基本额定动载荷C 的当量动载荷作用下,滚动轴承可以工作10 车,而其中90 %不发生疲劳点蚀失效,这就意味着其可靠度为0.9。随着科学技术的迅速发展,对轴承组件的可靠性要求越来越高,如美国探险者1号宇宙飞船上仪器的滚动轴承要求可靠度为0.999999999。为了用样本中的基本额定动载荷C 进行不同可靠度的轴承选用设计。在工业生产中轴承作为经常使用的零件应用十分广泛, 由于轴承工特点作的,经常更换维护。一般的轴承主要起支撑转动轴的作用,有的轴承也在支撑转轴的同时也承受很高的载荷。正确地评价一个滚动轴承的有效、安全的工作寿命对安全生产,提高设备生产效率,延长设备使用寿命, 使生产顺利高质量进行是十分重要的技术问题。我国现行的国家标准规定的滚动轴承寿命计算方法[1]，是先 计算出可靠性为90% 的额定寿命, 再对不同可靠度下的寿命用可靠性系数 a进 1 行修正, 其中 a的导出是以寿命服从二参数Weibull 分布为基础的。这种方法在 1 通常情况下可以取得较好的效果, 多年来一直在工程实践中应用。但是, 早在1962年, T. Tallian 分析了2520 套轴承的寿命试验数据后指出对存活概率在0. 4~ 0. 93之间时[2], 寿命分布与二参数Weibull 分布吻合较好, 超出此范围, 则有较大偏离。此外, 近年来,国外的一些轴承研究机构( 如瑞典的SKF工程研究中心)在轴承疲劳寿命试验中,观察到了超长寿命现象，亦即轴承在理想条件下进行耐久试验，其寿命远远高于上述方法计算出的寿命。因此，无论在理论上还是在实际中，滚动轴承均存在一个无限寿命,同时也存在着一个不为零的最小寿命。二参数Weibull 分布不能很好地体现上述两个特点, 这些都说明用二参数Weibull来描述滚动轴承寿命的局限性。这里以文献[3]的观点为基础，对在不同可靠度范围下的寿命分别采用二参数和三参数Weibull 分布的规律进行计算, 使计算结果更加接近于实际。 2 滚动轴承的寿命与可靠度间的关系 滚动轴承的承载能力和寿命的关系通常用，P—L 曲线(见图1)表示，P 是载
大数据处理技术研究 姓名：；学号：1502；专业：模式识别与智能系统 摘要：本文详细介绍了大数据的相关概念及其对应的处理方法，列举了大数据处理技术在当代计算机处理中的应用，并简要的解释了Hadoop的相关概念，展望了大数据处理技术的发展方向。 关键词：大数据 Hadoop高性能计算 1.研究背景： 大数据浪潮汹涌来袭，与互联网的发明一样，这绝不仅仅是信息技术领域的革命，更是在全球范围启动透明政府、加速企业创新、引领社会变革的利器。 大数据，IT行业的又一次技术变革，大数据的浪潮汹涌而至，对国家治理、企业决策和个人生活都在产生深远的影响，并将成为云计算、物联网之后信息技术产业领域又一重大创新变革。未来的十年将是一个“大数据”引领的智慧科技的时代、随着社交网络的逐渐成熟，移动带宽迅速提升、云计算、物联网应用更加丰富、更多的传感设备、移动终端接入到网络，由此而产生的数据及增长速度将比历史上的任何时期都要多、都要快。 2.大数据定义： “大数据”是一个涵盖多种技术的概念，简单地说，是指无法在一定时间内用常规软件工具对其内容进行抓取、管理和处理的数据集合。IBM将“大数据”理念定义为4个V，即大量化(Volume)、多样化(Variety)、快速化(Velocity)及由此产生的价值(Value)。如下图;
3.大数据技术的发展： 大数据技术描述了一种新一代技术和构架，用于以很经济的方式、以高速的捕获、发现和分析技术，从各种超大规模的数据中提取价值，而且未来急剧增长的数据迫切需要寻求新的处理技术手段。 在“大数据”(Big data)时代，通过互联网、社交网络、物联网，人们能够及时全面地获得大信息。同时，信息自身存在形式的变化与演进，也使得作为信息载体的数据以远超人们想象的速度迅速膨胀。 云时代的到来使得数据创造的主体由企业逐渐转向个体，而个体所产生的绝大部分数据为图片、文档、视频等非结构化数据。信息化技术的普及使得企业更多的办公流程通过网络得以实现，由此产生的数据也以非结构化数据为主。预计到2012年，非结构化数据将达到互联网整个数据量的75%以上。用于提取智慧的“大数据”，往往是这些非结构化数据。传统的数据仓库系统、BI、链路挖掘等应用对数据处理的时间要求往往以小时或天为单位。但“大数据”应用突出强调数据处理的实时性。在线个性化推荐、股票交易处理、实时路况信息等数据处理时间要求在分钟甚至秒级。 而“大数据”的多样性决定了数据采集来源的复杂性，从智能传感器到社交网络数据，从声音图片到在线交易数据，可能性是无穷无尽的。选择正确的数据来源并进行交叉分析可以为企业创造最显著的利益。随着数据源的爆发式增长，
实用文档 第3章疲劳载荷及分析理论 (1) 3.1 疲劳载荷谱 (1) 3.1.1 疲劳载荷谱及其编谱 (1) 3.1.2 统计分析方法 (2) 3.2 疲劳累积损伤理论 (3) 3.2.1 概述 (3) 3.2.2 线性累积损伤理论 (4) 3.3起重机疲劳计算常用方法 (5) 3.3.1 应力比法 (6) 3.3.2 应力幅法 (6) 3.4 疲劳寿命设计方法 (7) 3.4.1无限寿命设计 (7) 3.4.2 安全寿命设计 (8) 3.4.3 损伤容限设计 (8) 3.4.4 概率疲劳设计 (9) 3.4 小结 (10) 第3章疲劳载荷及分析理论 疲劳载荷谱(fatigue load spectrum)是建立疲劳设计方法的基础。根据研究对象的不同，施加在对象上的疲劳载荷也是不同的，所以在应用时要依据某种统计分析方法和理论进行分析。 3.1 疲劳载荷谱 3.1.1 疲劳载荷谱及其编谱 载荷分为静载荷和动载荷两大类。动载荷又分为周期载荷、非周期载荷和冲击载荷。周期载荷和非周期载荷可统称为疲劳载荷。在很多情况下，作用在结构或机械上的载荷是随时间变化的，这种加载过程称为载荷—时间历程。由于随机载荷的不确定性，这种谱无法直接使用，必须对其进行统计处理。处理 实用文档 后的载荷—时间—历程称为载荷谱。载荷谱是具有统计特性的图形，它能本质地反映零件的载荷变化情况[]。为了估算结构的使用寿命和进行疲劳可靠性分析，以及为最后设计阶段所必需的全尺寸结构和零部件疲劳试验，都必须有反映真实工作状态的疲劳载荷谱。
实测的应力—时间历程包含了外加载荷和结构的动态响应的影响，它不仅受结构系统的影响，而且也受应力—时间历程的观测部位的影响。将实测的载荷—时间历程处理成具有代表性的典型载荷谱的过程称为编谱。编谱的重要一环，是用统计理论来处理所获得的实测子样[]。 3.1.2 统计分析方法 对于随机载荷，统计分析方法主要有两类：计数法和功率谱法[]。由于产生疲劳损伤的主要原因是循环次数和应力幅值，因此在编谱时首先必须遵循某一等效损伤原则，将随机的应力—时间历程简化为一系列不同幅值的全循环和半循环，这一简化的过程叫做计数法。功率谱法是借助富氏变换，将连续变化的随机载荷分解为无限多个具有各种频率的简单变化，得出功率谱密度函数。在抗疲劳设计中广泛使用计数法。 目前，已有的计算法有十余种之多，同一应力—时间历程用不同计数法编制出的载荷谱有时会差别很大。当然，按照这些载荷谱来进行寿命估算或试验，也会给出不同的结果。从统计观点上看，计数法大体分为两类：单参数法和双参数法[]。所谓单参数法是指只考虑应力循环中的一个变量，例如，峰谷值、变程（相邻的峰值与谷值之差），而双参数法则同时考虑两个变量。由于交变载荷本身固有的特性，对任一应力循环，总需要用两个参数来表示。其代表是雨流计数法。 雨流计数法是目前在疲劳设计和疲劳试验中用的最广泛的一种计数方法，是对随机信号进行计数的一种方法的一种。雨流计数法与变程对—均值计数法一样具有比较严格的力学基础，计数结果介于峰值法和变程法之间，提供比较符合实际的数据。雨流法是建立在对封闭的应力—应变迟滞回线逐个计数的基础上，它认为塑性的存在是疲劳损伤的必要条件，从疲劳观点上看它比较能够反映随机载荷的全过程。由载荷—时间历程得到的应力—应变迟滞回线与造成的疲劳损伤是等效的[]。 实用文档 应该指出，所有现行计数法均未记及载荷循环先后次序的信息资料。因为载荷先后次序的影响总是存在的，但如果将简化后的程序载荷谱的周期取短一些，则载荷先后次序的影响会减小至最小程度，这点已被荷兰国家宇航实验室 []。的试验结果证实 3.2 疲劳累积损伤理论 3.2.1 概述在疲劳研究过程中，人们早就提 出了“损伤”这一概念。所谓损伤，是指。累积损[]在疲劳过程中初期材料内的细微结构变化和后期裂纹的形成和扩展伤规律是疲劳研究中最重要的课题之一，它是估算变幅载荷作用下结构和零件疲劳寿命的基础。大多数结构和零件所受循环载荷的幅值都是变化的，也就是说，大多数结构和零件都是在变幅载荷下工作的。变幅载荷下的疲劳破坏，是不同频率和幅值的载荷所造成的损伤逐渐累积的结果。因此，疲劳累积损伤是有限寿命设计的核心问题。当材料承受高于疲劳极限的应力时，每一个循环都使材料产生一定的损伤，N1次恒幅载荷所。这种损伤是可以积累的，每一个循环所造成的平均损伤为nN nC造成的损伤等于
1.简述（1）投资估算的三个阶段？（2）建设工程项目估算的编制方法中估算的方法有哪些？ 答：（1）估算工作按投资决策过程的进展相应地分为三个阶段，即投资机会研究与项目建议书阶段的投资估算、初步可行性研究阶段的投资估算和详细可行性研究阶段的投资估算。（2）有①单位生产能力估算②生产能力指数③资金周转率法④系数估算法⑤综合指标投资估算法 2.财务评价的盈利能力分析是通过一系列财务评价指标反映的。这些指标可以根据财务报表计算，并将其与财务评价参数比较，以判断项目的财务可行性。要计算的指标有哪些？ 答：有财务内部收益率、财务净现值、投资回收期、投资利润率、投资利税率和资本金利润率等。其中财务内部收益率、财务净现值和投资回收期是必须计算的主要指标。其他指标可根据项目特点和实际需要计算。 3.简述（1）国民经济评价定义？（2）国民经济评价参数有哪些？ 答：（1）所谓国民经济评价，是从国民经济整体利益出发，遵循费用与效益统一划分的原则，用影子价格、影子工资、影子汇率和社会折现率，计算分析项目给国民经济带来的净增量效益，以此来评价项目的经济合理性和宏观可行性，实现资源的最优利用和合理配置。国民经济评价和财务评价共同构成了完整的工程项目的经济评价体系。（2）国民
经济评价参数是指在工程项目经济评价中为计算费用和效益，衡量技术经济指标而使用的一些参数，主要包括影子价格、影子汇率、影子工资和社会折现率等。 4.简述（1）不确定分析的定义？（2）不确定分析产生的原因？ 答：（1）不确定性分析：对影响方案经济效果的不确定性因素进行分析。这种分析简称不确定性分析。（2）产生不确定性因素的原因很多，一般情况下，产生不确定性的主要原因如下： 所依据的基本数据的不足或者统计偏差； 预测方法的局限，预测的假设不准确； 未来经济形势的变化，如通货膨胀、市场供求结构的变化；技术进步，如生产工艺或技术的发展和变化； 无法以定量来表示的定性因素的影响； 其他外部影响因素，如政府政策的变化，新的法律、法规的颁布，国际政治经济形势的变化等，均会对项目的经济效果产生一定的甚至是难以预料的影响。 5.采用决策树分析法必须具备的条件有哪些？ 答：①存在决策者希望达到的目标（如收益最大或损失最小）； ②存在两个及其以上的选择方案； ③存在两种以上的自然状态；
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第4章 疲劳累积损伤理论
4.1 疲劳损伤 4,2 疲劳累积损伤理论 4.3 线性疲劳累积损伤理论 4.4 修正的线性疲劳累积损伤理论 4.5 非线性疲劳累积损伤理论 4.6 疲劳累积损伤理论的讨论 主要参考文献
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第4章 疲劳累积损伤理论
4.1 疲劳损伤
损伤 (英文为Damage，拉丁语Damnum)
——通常解释为受损伤物体的价值或用途减小了。其物理解释 通常将损伤概念与失去完整性相联系，例如，微观裂纹的形成、 物理性能的下降(如强度退化)等。 目前定义损伤变量有两种途径：
微观或物理 宏观或唯象
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第4章 疲劳累积损伤理论
4.1.1 微观或物理
从微观的或物理的角度定义的疲劳损伤是指这种损伤是 可以通过某种方法直接测量得到的，常用的损伤变量有： 直接测量 位错的密度 空洞体积(面积)比 微观裂纹的密度 显微硬度 分层区域面积与纤维和基体的界面面积之比 某固定区域内纤维脱胶和断裂的数量 固定区域内所有基体裂纹的长度
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机械 机械构件的疲劳强度或疲劳寿命受众多因素的影响,如材料本质(如化学成分、金相组织、纤维方向、内部缺陷分布)、工作条件(如载荷特性、加载频率、服役温度、环境介质)、零件状态(如应力集中、尺寸效应、表面加工)等[1]。其中,最为复杂的是应力集中、表面加工和尺寸效应这三方面因素的影响。 关于应力集中、表面质量和尺寸因素各自对试样疲劳寿命或疲劳强度的影响,已有大量的研究[1飊5]。对于在疲劳设计中如何考虑这些因素的影响见文献[4],文献[5]则在此基础上考虑了各因素的分散性。目前考虑各因素对机械零件疲劳强度或疲劳寿命的影响,疲劳断裂的前提是结构应力分析，因此有限元求应力是第一步！目前疲劳断裂国内分成力学帮，航空帮，机械帮，和土木帮。力学帮主要在求三维断裂，以西交大的匡振邦，清华的杨卫为主。但他们的研究的大多是静态加载，没考虑循环加载，无法进行结构的寿命估算。航空帮又分疲劳帮和断裂帮。航空疲劳帮以北航的高镇同为主，主要是疲劳可靠性和雨流法。如果不考虑可靠性，很简单了，考虑了可靠性，由于以前的老家伙没几个懂概率统计，所以全被老高头蒙得一愣一愣的（笑）。其实西工大的吴富民教授水平很高，他的疲劳书比老高头的好。航空断裂帮以前是西工大的黄玉珊（黄神童），后来是北航的张行。主要是求飞机结构的应力强度因子。后来又搞了损伤容限与耐久性设计。这个很蒙人，没一两年时间你学不会。因为首先要学懂断裂力学，然后实际搞的是裂纹扩展。黄神童当年自
做聪明，70年在国内第一个搞断裂力学，（当时清华的黄克智还在算什么波纹板应力分析呢，可现在成了断裂帮总舵主）。黄玉珊认为疲劳比断裂简单多了，所以向航空部建议北航成立疲劳小组，西工大成立断裂小组。可惜黄是江浙人，喜欢单干，后又得了病早逝。加上我国的飞机一直以修修补补为主，使得航空疲劳帮一直有科研课题，有课题就自然会得奖，奖多了就会当院士。与黄玉珊同时搞断裂的是西南交大的孙训方先生。孙老先生水平很高，学生出国的很多。他经常出国开会发现什么是热门就让学生做，因此他的学生做好论文毕业之后出国机会很大。孙老先生绝对是院士水平。可惜老先生性子直不会讨好部里头，每次报院士铁道部提不成名。后来能提名了，已当成院士的又建议新院士要选年青的。所以中国院士一半是狗屎。只要有水平，一百岁时被人承认学术成就，就应当选为院士！机械帮首推东北工学院的徐灏老先生。徐老先生在疲劳方面做了不少工作。可惜他的学生生源不好，他有许多新思想告诉学生学生就是做不出来，他的有的学生是老外做什么只会照着做一遍。使得徐老先生未当成院士。按老先生的水平和著作早应是院士了。土木帮好像大连工学院的赵国蕃院士做了不少东东。但在理论上基本是照国外的在做。大工的课题很多，攀登B什么的。另外赵院士做的很扎实，有很多实验而且他还考虑了可靠性。因此各位如果想学疲劳断裂，不妨查一下以下各位学术大师的论文。实用的还是航空帮做的东西。 msc系列就是老美nasa资助搞起来的，我感觉其界面和功能就是用起来舒服。因此，疲劳并不难，只是很烦，考虑