非线性随机系统动态稳健设计方法及应用

在进行机械系统的动力学分析时，由于各因素对系统动态特性的影响程度不同，因此关于机械系统动态灵敏度设计和动态稳健设计的研究具有重要意义。本项研究将对重大机械产品的多自由度非线性随机结构系统进行动态灵敏度设计和动态稳健设计的分析探索，这要将动态优化设计、机械动力学、灵敏度分析和稳健设计相结合，应用现代数学力学理论，研究其动态稳健设计问题，提出机械系统动态灵敏度设计和动态稳健设计的理论方法，给出系统动态特性的灵敏度的变化规律，研究设计参数的改变对机械系统动态特性的影响，使机械系统在经受各种因素的干扰下，都能保持其动态特性的稳定，以使机械系统的动态特性对设计参数的变化不敏感，即具有稳健性，提高机械系统的安全可靠性和鲁棒稳健性，并以某重大机械产品(如：车辆或工程机械等)为实际案例加以研究，从而为机械设计、制造、使用和评估提供了合理和必要的理论依据。

由于结构系统的材料性能、几何尺寸、环境状况、使用时间、荷载效应等的变化以及其它各种因素的影响，其力学性能一定会随使用时间的增加而出现逐渐减弱的趋势，而可靠性指标是一个动态变化过程。本项目研究了非线性随机系统动态稳健设计方法，给出了可靠性灵敏度的变化规律。通过这些研究，可以为工程设计者提供研究非线性随机系统可靠性问题的分析方法，将可靠性、可靠性灵敏度及可靠性稳健优化设计等理论应用到非线性随机的构件设计之中，建立了构件的动态可靠性设计的数学模型，对相应的构件进行了动态可靠性设计、动态灵敏度设计和动态可靠性稳健优化设计。为非线性随机系统的可靠性设计提供了理论依据，同时为实际工程分析打下了坚实的基础。本项目具体研究内容如下：. （1）对结构系统的可靠性灵敏度进行了研究，提出了用以确定设计参数的改变对结构系统可靠性影响的可靠性灵敏度计算方法。若某因素对结构系统失效有较大的影响，则在设计制造过程中要严格加以控制，使其变化较小以保证结构系统有足够的可靠性，这些研究可以为结构系统的设计、制造、使用和评估提供合理和可靠的理论依据。. （2）对随机结构系统进行了稳健设计研究，提出了关于产品质量和成本的稳健设计的工程设计方法。为了使所设计的结构系统在不确定因素的影响下，其性能指标不仅能达到设计要求，而且能对各种不确定因素的变化不敏感，就需要用稳健设计方法来实现。. （3）在前期研究工作的基础上，总结了可靠性灵敏度分析的各种理论与方法，研究了随机变量为正态分布时变截面构件的可靠性灵敏度变化规律，提出了研究变截面构件可靠性及其灵敏度的方法。证明了所提出方法的可靠性和实用性。. 经过课题组成员对项目的理论研究和技术攻关及不懈努力与协调合作，本项目已圆满地完成了项目申请书中规定的任务，本项目在国内外著名期刊上发表学术论文共7篇，被EI系统检索5篇；同时，将理论成果应用于实际，研制了一些典型的非线性随机系统的可靠性设计和可靠性灵敏度设计的实用软件库。