超深井提升容器多失效模式的可靠性稳健设计方法技术

本发明专利技术公开了一种超深井提升容器多失效模式的可靠性稳健设计方法。该方法包括以下步骤：1）定义提升容器结构参数、材料属性以及动载荷的随机性，采用试验设计方法求解随机参数下结构失效的随机响应；2）依据提升容器的失效准则建立各失效模式下的可靠性功能函数；3）考虑失效模式间的概率相关性，采用copula理论建立相关失效的联合概率模型；4）结合联合概率模型建立提升机容器失效相关的系统可靠性模型；5）建立提升容器系统可靠性关于各随机参数的灵敏度模型；6）结合优化设计模型建立以联合失效概率与参数灵敏度为约束的提升容器可靠性稳健优化设计模型。

Reliability robust design method for multi failure mode of super deep well hoist

The invention discloses a reliable and robust design method for the multi failure mode of a super deep well lifting vessel. The method comprises the following steps: 1) the definition of the hoisting container structure parameters, material properties and load randomness, stochastic response of structure failure test design method was used to solve the stochastic parameters; 2) on the basis of the establishment of the failure criterion of hoisting container failure reliability function mode; 3) considering the probability of failure mode correlation by using copula theory to establish a joint probability model dependent failure probability model; 4) combined with the establishment of the hoist system reliability model related to vessel failure; 5) established model to improve the system reliability of each container with random parameters; 6) combined to establish joint failure probability and parameter sensitivity for the robust optimization design model to improve the reliability of the container optimization design model.

【技术实现步骤摘要】
超深井提升容器多失效模式的可靠性稳健设计方法
本专利技术是一种针对超深井提升容器并考虑失效模式概率相关时的机械产品的系统可靠性稳健设计方法，属于机械结构可靠性技术研究领域。
技术介绍
我国目前大多数煤井都是浅井，深至地面500～800m，而煤炭资源埋藏深度在1000～2000m的约占总储量的53％，必须采用千米深井提升系统(包括提升机、提升容器、提升钢丝绳等)。提升容器负责装卸载所开采的煤炭资源，在提升及下放过程中承受了较大的垂向载荷，且由于井下提升环境复杂，导致提升容器在动载荷作用下出现多种失效形式。考虑到提升容器结构本身的不确定性，以及提升过程中各种动载荷的不确定性，使得提升容器在运行过程中成为一种具有不确定参数的结构系统，同时也使得该系统在发生失效时，往往伴随着多种不同的失效形式，且各失效形式间存在一定的概率相关性。因此，仅从单一失效模式定义提升容器的可靠性将降低提升容器可靠性评估的精度，导致在设计和后期维护中存在较大的偏差。采用基于可靠性的稳健设计方法，能够降低结构不确定性对提升容器可靠性的影响程度，从而提高提升容器的安全性和可靠性。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超深井提升容器多失效模式的可靠性稳健设计方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤1、确定超深井提升容器的尺寸参数、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，建立提升容器的有限元模型；步骤2、根据步骤1所确定的提升容器各基本参数的均值和方差，结合拉丁超立方抽样试验设计方法，获得各组驱动参数下结构失效的随机响应样本；步骤3、使用Kriging方法对步骤2中的输入输出样本进行拟合，得到提升容器失效响应与结构性能参数的映射关系，依据提升容器失效的设计准则，分别建立各失效模式下的可靠性功能函数；步骤4、根据基本参数的概率信息，使用基于矩的鞍点逼近方法分别求解各失效模式的失效概率；步...

【技术特征摘要】
1.一种超深井提升容器多失效模式的可靠性稳健设计方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤1、确定超深井提升容器的尺寸参数、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，建立提升容器的有限元模型；步骤2、根据步骤1所确定的提升容器各基本参数的均值和方差，结合拉丁超立方抽样试验设计方法，获得各组驱动参数下结构失效的随机响应样本；步骤3、使用Kriging方法对步骤2中的输入输出样本进行拟合，得到提升容器失效响应与结构性能参数的映射关系，依据提升容器失效的设计准则，分别建立各失效模式下的可靠性功能函数；步骤4、根据基本参数的概率信息，使用基于矩的鞍点逼近方法分别求解各失效模式的失效概率；步骤5、采用Claytoncopula函数建立各失效模式概率相关时的联合失效分布，进而结合系统可靠性理论建立联合概率失效时的系统可靠性模型，求解系统失效概率；步骤6、采用偏导方法建立提升容器系统可靠性关于随机参数的灵敏度模型；步骤7、在系统可靠性模型的基础上，将步骤5及步骤6中得到的提升容器的参数灵敏度和系统失效概率作为约束函数，建立提升容器的可靠性稳健设计模型。2.根据权利要求1所述的一种超深井提升容器多失效模式的可靠性稳健设计方法，其特征在于，步骤1具体为：确定提升容器结构尺寸和材料属性的分布类型及均值、方差；确定提升容器的载荷工况，以确定各工况下提升容器所承担的静载荷、弯矩和扭矩等载荷的分布类型及均值、方差；基于以上信息建立提升容器的有限元分析模型。3.根据权利要求1所述的一种超深井提升容器多失效模式的可靠性稳健设计方法，其特征在于，步骤2具体为：通过提升容器的参数化建模，形成建模的过程文件；通过提升容器的有限元分析，形成有限元分析的过程文件；其中，提升容器的结构参数包括提升容器的总体尺寸及底盘的尺寸；材料性能参数包括弹性模量、泊松比和密度；应用拉丁超立方抽样试验设计方法，驱动提升容器的参数进行随机有限元分析，获得随机输入下的随机响应样本。4.根据权利要求1所述的一种超深...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢昊，朱真才，周公博，彭玉兴，曹国华，李伟，沈刚，王大刚，江帆，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32