基于遗传算法的接触部位疲劳寿命可靠性研究

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针对传统方法仿真接触模型在材料参数、几何参数、载荷条件等随机性同时影响下的应变幅分布精度和柔韧性上的不足,本文提出了基于遗传算法优化权值和网络结构的人工神经网络模拟高度非线性接触部位应变幅分布的方法。然后,建立应变.寿命模型,并对Masson-Coffin公式随机化,引入两个相关的随机参数,结合材料疲劳性能试验数据,拟合出加入平均应力修正的应变.寿命公式,最后用蒙特卡洛法模拟相应疲劳寿命下的可靠度和相应可靠度下的疲劳寿命。 模拟应变幅分布的方法为:(1)在遗传算法中采用二进制编码和和浮点数编码相结合的编码方法对人工神经网络的权值和网络结构进行编码;(2)根据个体的表现型计算出对应个体的目标函数值,对这个值以最优化转换后得到适应度函数;(3)对适应度较高的个体采用比例选择算子、两点或三点交叉算子、基本位变异算子等遗传操作算子进行操作,完成网络连接权权值和结构的优化,从而形成一张性能优良的前馈人工神经网络;(4)用这个网络完成在各个随机参数影响下的接触模型危险部位应变幅分布模拟;(5)选用经典的Hertz接触问题对上述方法进行验证。 针对航空发动机涡轮盘榫接触部位在寿命期内高可靠性的要求,建立某涡轮盘榫接触模型,用ANSYS计算其热、结构耦合的三维弹塑性模型的应力应变并确定危险部位,然后用APDL语言在概率设计模块中采用中心组合法计算15个应变幅分布的离散点值,对这些点进行插值得到人工神经网络的目标函数。用c++语言编写的基于遗传算法优化的人工神经网络程序模拟盘榫接触模型危险部位应变幅分布,然后应用本文的应变-寿命模型分析盘榫接触模型的疲劳寿命可靠性。结果与工程实际吻合较好。
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