相容非概率信息的装备零部件综合寿命评价方法研究

The equipments on Large Ship are mostly large and complex structures with very small samples. The life of them is generally affected by many factors, containing non-probabilistic variables, probabilistic variables and fuzzy factors, such as the fuzzy failure criteria. For this complex problem, the pure probabilistic method for life analysis is no longer applicable.. For the above problems, the following items will be studied in this research. (1) The comprehensive model for life prediction compatible with non-probabilistic information will be presented. (2) The highly efficient algorithms for the comprehensive model will be studied in detail. (3) The robust design method for structural life containing non-probabilistic variables will be also presented. (4) The comprehensive life prediction model for the defect structures will be further studied. (5) The life of the high pressure and temperature structures in the power plant of air craft carrier will be analyzed in detail using the above new theories. By the previous work, a systematic theory will be develped for the complex and small sample structures.

大型舰船装备多属极小子样庞大复杂结构，其装备零部件的工作寿命往往受多类不确定因素的影响，包括统计信息匮乏的非概率因素、统计信息完备的概率因素以及由失效判据不确切等引起的模糊因素。对于此类复杂问题，单纯的基于概率方法的寿命预测模型不再适用。. 针对上述问题，本项目计划开展以下研究：（1）研究建立相容非概率信息的综合寿命评价模型，（2）研究与综合寿命评价模型相匹配的高效算法，（3）针对设计问题，提出相容非概率信息的结构寿命稳健性分析与设计方法，（4）相容非概率信息的非完善结构综合寿命评估模型，（5）航母增压锅炉高温承压结构的综合寿命预报和稳健性分析。通过上述工作，对小子样复杂结构或零部件建立系统的寿命分析理论，为此类结构的寿命预报和寿命设计提供理论依据。

大型舰船装备多属极小子样庞大复杂结构，其装备零部件的工作寿命往往受多类不确定因素的影响，包括统计信息匮乏的非概率因素、统计信息完备的概率因素以及由失效判据不确切等引起的模糊因素。对于此类复杂问题，单纯的基于概率方法的寿命预测模型不再适用。.本项目主要完成了如下研究：（1）综合考虑概率变量、模糊变量及非概率变量等对结构疲劳寿命的影响，提出了基于泰勒展式和泛灰理论的混合不确定结构疲劳寿命分析方法，并通过舰用锅炉压力容器实例分析验证了所提方法的可行性和先进性，有效解决了强非线性和大不确定度条件下相容非概率信息的结构疲劳寿命分析问题；（2）针对结构具有模糊失效状态的情形，基于模糊随机理论，将模糊失效准则化解为二态失效准则下的等效功能函数，并基于改进的HL-RF方法解决了可靠度的求解问题，从而破解了模糊失效准则下混合不确定结构的可靠性分析难题，对综合处理结构失效准则和参变量的不确定性有重要意义；（3）采用F-SVM实现了隐式模糊极限状态函数的显性重构，设计了训练样本抽取策略，并综合运用交叉验证和网格搜索方法寻求F-SVM的最优参数，据此拟合出满足精度要求的极限状态函数及其隶属度函数，汽轮机汽缸实例分析验证了算法的正确性和可行性，为隐式模糊失效准则下结构疲劳寿命与可靠度分析奠定了重要基础；（4）针对非概率不确定结构的疲劳寿命优化设计问题，在建立疲劳寿命功能方程的基础上，提出了以疲劳寿命稳健性指标为约束条件的结构优化设计理论，该优化问题是包含结构设计参数优化与稳健性指标优化的嵌套优化问题，为非概率不确定结构疲劳寿命稳健性优化设计提供了科学手段；（5）以涡轮叶片为实际对象，对其萌生裂纹后的结构可靠性与剩余寿命进行了分析，实现了含非概率信息的非完善结构剩余寿命预报，得到了不同置信度下含裂纹燃气涡轮叶片剩余寿命下限估计值，为非完善的非概率不确定结构可靠性评定与剩余寿命分析提供了新的方法手段。