[发明专利]千米深井提升机主轴多失效模式可靠性评估方法

权利要求书

1.一种千米深井提升机主轴多失效模式可靠性评估方法，其特征在于：首先，根据主轴的结构尺寸建立主轴的参数化三维模型，其次，根据主轴随机变量的概率属性，建立随机变量矩阵，并使用有限元方法求解抽样矩阵下主轴的强度和刚度响应，再次，使用神经网络方法建立响应与随机变量矩阵之间的显式函数，根据强度和刚度设计准则，分别建立强度和刚度失效模式下的显式功能函数，然后，使用鞍点逼近方法计算两种失效概率，最后，通过Clayton copula函数构建两种失效模式间的联合失效概率模型，使用区间可靠性方法求解联合失效下的系统可靠性；

其实现步骤具体如下：

步骤1、确定千米深井提升机主轴中尺寸参数、材料属性参数及工况载荷的均值和方差，确定各参数的分布类型；

步骤2、根据提升机主轴的结构参数，建立主轴的三维参数化模型，将主轴的三维参数化模型导入有限元软件，进行静力学分析；

步骤3、根据步骤1所确定的主轴各个基本参数的均值和方差，结合抽样方法，建立各基本参数的随机抽样矩阵；

步骤4、根据随机抽样矩阵每一行的参数值，重复生成新的主轴的三维模型，并重新进行有限元分析，获得新的应力与应变的响应样本；

步骤5、使用神经网络方法将随机抽样矩阵和应力应变值进行拟合，得到主轴应力应变响应与结构性能参数变化的函数关系；

步骤6、根据提升机主轴强度和刚度的要求，分别建立强度和刚度失效状态下的可靠性功能函数；根据基本参数的均值和方差，计算其三阶矩和四阶矩，进而根据已建立的功能函数，求得功能函数的均值、方差、三阶矩和四阶矩，使用鞍点逼近方法分别计算强度和刚度失效的失效概率；

步骤7、通过统计方法获得强度失效与刚度失效间的关联系数，通过Clayton copula函数建立强度与刚度失效的联合失效分布，进而结合区间可靠性方法求解失效相关时的系统失效概率。

2.根据权利要求1所述的一种千米深井提升机主轴多失效模式可靠性评估方法，其特征在于，步骤1具体为：

确定提升机主轴的结构尺寸和材料属性的均值和方差；

确定提升机主轴的工况，由此确定各工况下主轴所承担的静载荷、动载荷、弯矩和扭矩等载荷的均值和方差；

确定上述各参数的分布类型。

3.根据权利要求1所述的一种千米深井提升机主轴多失效模式可靠性评估方法，其特征在于，步骤2具体为：

通过提升机主轴的参数化建模，生成建模的命令流文件，导出建立的主轴模型，保存在工作目录中，

通过提升机主轴的有限元分析，生成分析过程的命令流文件，并导出包含分析结果的文本文件，保存在同一工作目录下；

根据主轴的材料性能参数，建立主轴的有限元模型，并施加弯矩、扭矩及最大静载荷等外载荷，

其中，主轴的结构参数包括主轴各轴段的直径、长度，各卷筒的直径和长度等；材料性能参数包括弹性模量、泊松比和密度。

4.根据权利要求1所述的一种千米深井提升机主轴多失效模式可靠性评估方法，其特征在于，步骤4具体为：

在设定的工作目录下，根据所生成的随机抽样矩阵，在建模过程的命令流文件中进行变量值的修改，生成新的主轴模型；

使用有限元分析的命令流分析新生成的主轴模型，获得新的应力应变响应值；

重复上述步骤，直到随机变量矩阵中的每组随机变量值都获得了对应的应力应变响应值。

5.根据权利要求1所述的一种千米深井提升机主轴多失效模式可靠性评估方法，其特征在于，步骤7具体为：

根据主轴随机变量的分布类型进行随机抽样，并通过步骤6所建立的可靠性功能函数获得强度与刚度失效之间的计算值；

使用统计方法求得两失效模式间的秩相关系数，并计算Clayton copula的待定参数；

使用Clayton copula计算强度与刚度的联合失效概率；

使用二阶窄界限理论，代入步骤6所得到的强度失效概率和刚度失效概率以及联合失效概率，计算提升机主轴的系统失效概率。