管路接头密封可靠性研究

摘要

在航空航天以及石油化工等领域，密封性能的好坏对整个设备、乃至整个系统的安全运行起着决定性的作用。密封问题又比较复杂，一直是工业生产中的难题。统计资料显示，大多数密封失效发生在管路接头处。而在实际中，管路接头的密封性能也因其某些参数的随机性而存在不确定性。因此，有必要在考虑各种不确定性来源的基础上从可靠性角度来研究管路接头的密封性能。
　　随着计算机科学的发展，有限元已成为研究管路接头密封性能的主要手段，因此本文针对密封可靠性问题涉及到的基于复杂计算机模拟的敏感性及小失效概率计算问题展开了深入研究，并以示例性案例介绍了某管路接头的密封可靠性分析思路，主要研究内容如下：
　　首先，本文详细探讨了管路接头的研究方法并分析了金属和金属的密封机理。针对某管路接头，重点研究了其密封性能仿真分析方法以及密封性能有限元计算模型，在确定其密封准则的基础上完成了该管路接头的载荷包络线仿真试验，确定了其载荷包络线试验中的密封失效最危险点。
　　其次，针对基于复杂计算机模拟的敏感性分析问题，提出了一种新的结合Sobol方法和Kriging模型的敏感性分析方法，本文称之为AK-Sobol（Adaptive-Kriging-based Sobol）算法，AK-Sobol算法通过自适应Kriging预测来代替真实响应值评估，因此可以更加高效的计算各输入变量的敏感性指标并给出重要度排序，其效率和精度在本文中通过数值算例进行了证明。本文将AK-Sobol法应用于某管路接头的密封性能敏感性分析，给出了该管路接头各密封性能影响参量的主效应及全效应指标。
　　最后，针对基于复杂计算机模拟的小失效概率计算问题，本文提出了一种高效精确并能灵活处理多失效模式及复杂失效域可靠性问题的算法，称之为AK-CE/IS2（Adaptive-Kriging and improved Cross-Entropy-based Importance Sampling）算法。AK-CE/IS2算法应用高斯混合密度作为重要抽样密度，借助于基于主动学习算法的Kriging模型，通过最小化重要抽样密度与最优重要抽样密度的Kullback-Leibler交叉熵来优化重要抽样密度函数。AK-CE/IS2算法可以在迭代后获得一个近最优重要抽样密度，并同时优化Kriging模型来以更高的置信度划分失效域附近的样本点，最终的失效概率可通过继续优化Kriging模型正确划分近最优重要样本群获得。在利用数值算例完成对AK-CE/IS2算法的精度和效率的验证后，本文利用该算法很好地解决了某管路接头的密封失效概率计算问题。

目录

第一章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2研究发展现状

1.3 本文研究内容

第二章 管路接头密封性能仿真试验研究

2.1管路接头的研究方法

2.2金属和金属密封机理

2.3某管路接头有限元仿真分析

2.4密封准则

2.5管路接头的载荷包络线仿真结果分析

2.6本章小结

第三章 管路接头密封性能敏感性分析研究

3.1方差分解

3.2 Kriging代理模型

3.3敏感性指标的计算

3.4算例验证

3.5 某管路接头密封性能敏感性分析

3.6本章小结

第四章 管路接头密封失效概率计算研究

4.1重要抽样思想

4.2主动学习函数

4.3 AK-CE/IS2方法

4.4.数值算例

4.5某管路接头密封失效概率计算

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文总结

5.2未来工作展望

参考文献

硕士期间科研与获奖情况说明

致谢

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