1. Trang Chủ
  2. Cơ khí - Chế tạo máy
  3. Bài tập lớn: Tính toán thiết kế và phân tích độ tin cậy của dầm

Bài tập lớn: Tính toán thiết kế và phân tích độ tin cậy của dầm

Đề tài Tính toán thiết kế và phân tích độ tin cậy của dầm nhằm tính toán thiết kế và phân tích độ tin cậy của dầm, thiết kế hệ thống theo độ tin cậy. Môn học Thiết kế và phân tích hệ thống cơ khí theo độ tin cậy, nhằm đào tạo ra thế hệ đáp ứng được yêu cầu xã hội. Phân tích và thiết kế theo độ tin cậy là một trong những phương pháp được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế ngày nay. ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM KHOA CƠ KHÍ MÔN HỌC: THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG CƠ KHÍ T

Thể loại Tài liệu miễn phí Cơ khí - Chế tạo máy

Số trang 28

Ngày tạo 8/30/2018 4:30:32 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 0.57 M

Tên tệp

Tải Bài tập lớn: Tính toán thiết kế và phân tích độ ti... (.pdf)

Xem mẫu

  1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM KHOA CƠ KHÍ MÔN HỌC: THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG CƠ KHÍ THEO ĐỘ TIN CẬY BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY CỦA DẦM GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC HVTT: NGUYỄN BỬU LÂM 11040392 TP. HCM, tháng 05 năm 2012
  2. MỤC LỤC Phần I : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY CỦA DẦM ................................................................................................................. 1 1. Phân tích độ tin cậy R khi md = 30 mm, Sd = 0,003md theo PP mômen thích hợp........................................................................................................... 2 3. Phân tích độ tin cậy R khi md = 30 mm, Sd = 0,003md theo PP tìm điểm xác suất lớn nhất. ............................................................................................. 6 4. Phân tích R khi md = 30 mm và thiết kế R = 0,999 theo phương pháp xấu nhất. ................................................................................................................ 10 5. Phân tích độ tin cậy R khi md = 30 mm, Sd = 0,003md theo PP mô phỏng Monte Carlo. .................................................................................................. 13 6. Thay thế hàm trạng thái tới hạn bằng đa thức bậc 2 và Phân tích độ tin cậy R khi md = 30 mm, Sd = 0,003.md theo PP bề mặt đáp ứng. .................. 18 Phần II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THEO ĐỘ TIN CẬY. ........................... 24 Bài 10.14: ........................................................................................................ 24
  3. Lời nói đầu Cùng với xu thế hội nhập và phát triển, các sản phẩm ngày càng cạnh tranh nhau khốc liệt, để có chỗ đứng trên thị trường, sản phẩm không những phải đáp ứng về chất lượng tốt hơn mà còn phải đáp ứng về chi phí rẻ hơn. Nhưng yêu cầu đó đòi hỏi các nhà kĩ thuật tìm tòi, nghiên cứu các lí thuyết, phương pháp sản xuất mới để tạo ra các sản phẩm tốt hơn. Đáp ứng những yêu cầu đó, lí thuyết về độ tin cậy ra đời, giúp các kĩ sư có thể thiết kế các sản phẩm đảm bảo chất lượng phù hợp, và giá cả phải chăng. Các Trường đại học cũng đã nắm bắt được tầm quan trọng của Độ tin cậy và đưa vào chương trình giảng dạy môn học Thiết kế và phân tích hệ thống cơ khí theo độ tin cậy, nhằm đào tạo ra thế hệ đáp ứng được yêu cầu xã hội. Phân tích và thiết kế theo độ tin cậy là một trong những phương pháp được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế ngày nay. TP. HCM, tháng 05/2012 Nguyễn Bửu Lâm
  4. BÀI TẬP LỚN GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC Phần I : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY CỦA DẦM ĐỀ BÀI TẬP LỚN 1 Thanh có tiết diện ngang hình tròn đường kính d chịu tác dụng của lực phân bố đều q và lực tác dụng F được đỡ bởi các ổ A và B như hình 1. Lực tác dụng F, khoảng cách a, ứng suất giới hạn là các đại lượng ngẫu nhiên có giá trị trong bảng 1. Hình 1 Bảng 1 Đại lượng Giá trị trung Sai lệch bình phương trung bình bình Lực tác dụng F, N 10000 100 Vị trí đặt lực a, mm 400 4 Ứng suất giới hạn b, MPa 2200 190 Khoảng cách l, mm 1200 Lực phân bố đều q, 20 N/mm Yêu cầu: 1. Phân tích độ tin cậy R khi md = 30 mm, Sd = 0,003md theo PP mômen thích hợp. 2. Thiết kế (tính d) khi R = 0.999 theo PP mômen thích hợp. 3. Phân tích độ tin cậy R khi md = 30 mm, Sd = 0,003md theo PP tìm điểm xác suất lớn nhất. 4. Phân tích R khi md = 30 mm, Sd = 0,003md và thiết kế R = 0,999 theo phương pháp xấu nhất. 5. Phân tích độ tin cậy R khi md = 30 mm, Sd = 0,003md theo PP mô phỏng Monte Carlo. 6. Thay thế hàm trạng thái tới hạn bằng đa thức bậc 2 và Phân tích độ tin cậy R khi md = 30 mm, Sd = 0,003md theo PP bề mặt đáp ứng. BÀI LÀM HVTH: NGUYỄN BỬU LÂM - 11040392 1
  5. BÀI TẬP LỚN GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC 1. Phân tích độ tin cậy R khi md = 30 mm, Sd = 0,003md theo PP mômen thích hợp. Phân tích lực: ∑ = − − = 0 => = ( ) ∑ = − ( − )− = 0 => = Theo biểu đồ phân tích lực ở trên ta xác định môment uốn lớn nhất:  8F(l  a)  ql2  Mmax  R A .a    .a  8l  Ứng suất uốn lớn nhất: HVTH: NGUYỄN BỬU LÂM - 11040392 2
  6. BÀI TẬP LỚN GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC  8.m F .(ml  ma )  mq ml2    .ma M max  8.m l  4.ma . 8.m F .(ml  m a )  ql 2    m   3  3 W md ml ..md 32 4.400. 8.10000.(1200  400)  20.1200 2     1458, 723(MPa)  1200..303 Với: W là moment cản uốn. Sd  0,003.md  0,003.30  0,09(mm) Hàm trạng thái giới hạn: 4a. 8F(l  a)  ql2    g  b    b  ld 3 4.ma . 8.mF (ml  ma )  mq ml2    m g  m b  m   m b  ml m3 d Sai lệch bình phương trung bình: 2 2 2 2   2   g  2  g  2  g  2 S g  g  .Sb    .SF    .Sa    .Sd     F   a   d   b  2 2 2 2  32.m a (m l  m a )  2  32.m F .m l  64.m a .mF  4.mq ml  2 S  b  .SF    .Sa  .m l .m3 d    3 .m l .m d    2 12.m a 8.m F (m l  m a )  m q .m l2       .S2 4 d  .m l .m d    2 2  32.400.(1200  400)  2  32.10000.1200  64.400.10000  4.20.1200 2  2 190    .100 2    .4  .1200.303   .1200.303   2 12.400. 8.10000(1200  400)  20.12002       .0.09 2  .1200.304     290,505 (MPa) Hệ số biến phân: HVTH: NGUYỄN BỬU LÂM - 11040392 3
  7. BÀI TẬP LỚN GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC b   2200 1458,724 z1       2,55 Sg 290,505 Tra Phụ lục 1 Hàm phân phối chuẩn ta được độ tin cậy: R = 0,994614 2. Thiết kế (tính d) khi R = 0.999 theo PP mômen thích hợp. Tra bảng phụ lục 1 hàm phân phối chuẩn, ứng với ta được độ tin cậy R = 0,999 ta được: β = 3,09 Ứng suất uốn lớn nhất: 4.ma . 8.m F .(m l  m a )  ql2    m  3 m l ..m d 4.400. 8.10000.(1200  400)  20.1200 2    39,385.106   (MPa) 1200..m3 d 3 md Sd Ta có: Sd  0, 003.m d   0, 003 md Sai lệch bình phương trung bình: HVTH: NGUYỄN BỬU LÂM - 11040392 4
  8. BÀI TẬP LỚN GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC 2 2 2 2  g  2   g  2  g  2  g  2 S g   .Sb    .SF    .Sa    .Sd     F   a   d   b  2 2 2 2  32.ma (ml  ma )  2  32.mF .m l  64.m a .mF  4.mq ml  2 S  b  .SF    .Sa  .m l .m3 d    .ml .md3    2 12.ma 8.m F (ml  m a )  m q .m l2   1  S 2    . . d  6   .ml  md  m d    2 2  32.400.(1200  400)  2  32.10000.1200  64.400.10000  4.20.1200 2  2 190    .100 2    .4  .1200.m3 d   .1200.m3d   2 12.400. 8.10000(1200  400)  20.12002   1    . .0, 0032 6  .1200  md   1,372.1013  1902  (MPa) m6d Hệ số biến phân: b   z1     Sg 39,385.106 2200  m3 d  3, 09   1,372.1013 1902  m6d 1,372.1013 39,385.106  3, 09. 1902   2200  m6d m3 d 2  1,372.1013   39,385.106   3, 09 . 1902  2    2200    m6 d   m3 d  6 5 3 9  4, 495.md  1,733.10 .m d  1, 42.10  0 Giải phương trình trên ta được: m 3  26739,895  m d  29,9 mm d m3  11814,054  m d  22, 7 mm d Nghiệm cuối cùng: m d = 29,9 mm tương ứng với xác suất không hỏng là R = 0,999 HVTH: NGUYỄN BỬU LÂM - 11040392 5
  9. BÀI TẬP LỚN GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC m d = 22,7 mm tương ứng với xác suất không hỏng là R = 0,001 3. Phân tích độ tin cậy R khi md = 30 mm, Sd = 0,003md theo PP tìm điểm xác suất lớn nhất. 3.1. Lặp lần 1. 1. Hàm trạng thái tới hạn. 4a. 8F(l  a)  ql2    g  b    b  ld 3 Chuyển từ không gian X sang U, đặt: b  mb  u b .Sb F  mF  u F .SF a  ma  u a .Sa md  u d .Sd Ta được: 4.(ma  ua .Sa ).8.(mF  u F.SF )  ml  (ma  ua .Sa )  q.l2   g(u)  mb  m  mb  u b .Sb   l..  md  ud .Sd  3   Chọn điểm u 0  u b ;u F ;u a ;u d   0;0;0;0  2. Xác định g(u 0 ) từ PT trạng thái tới hạn. Thay u0 vào phương trình trạng thái: 4.(400  0).8.(10000  0)1200  (400  0)  20.12002 g(u )   2200  0  0 3  741,276(MPa) 1200.. 30  0 3. Xác định g(u 0 )  g(u 0 ) g(u 0 ) g(u 0 ) g(u 0 )  0 g(u )   ; ; ;   u  u q u l u d   b  g(u) Trong đó:  Sb u b HVTH: NGUYỄN BỬU LÂM - 11040392 6
  10. BÀI TẬP LỚN GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC g(u) 32.SF .(ma  u a .Sa ). l  (ma  u a .Sa )  u F l..(md  u d .Sd )3 g(u) 4.Sa .8.(mF  u F .SF ). l  2.(ma  u a .Sa )  q.l 2   u a l..(md  u d .Sd )3 g(u) 12.(m a  u a .Sa ).Sd .8.(mF  u F .SF ). l  (ma  u a .Sa )  q.l  2  u d l..(md  u d .Sd )4 Thay các giá trị vào ta có: g(u)  Sb  190 u b g(u) 32.100.(400  0).1200  (400  0)   10, 060 u F 1200..(30  0)3 g(u) 4.4.8.(10000  0).1200  2.(400  0)  20.1200 2   9,557  u a 1200..(30  0)3 g(u) 12.(400  4).0, 09.8.(10000  0).1200  (400  0)   1200.20   13,128 2  u d 1200..(30  0) 4 Suy ra: g(u 0 )  190; 10, 060; 9,557;13,128  4. Tính  g (u 0 )  190 2  10, 060 2  9, 557 2  13,128 2  190, 958 5. Tính tỉ số:  g(u 0 )  190  10, 060  9, 557 13,128  a0   ; ; ;  g(u 0 )  190, 958 190, 958 190, 958 190, 958     0, 995;  0, 053;  0, 050; 0, 069  6. Xác định giá trị.   u0  02  02  02  02  0 7. Vòng lặp tiếp theo bắt đầu với: HVTH: NGUYỄN BỬU LÂM - 11040392 7
  11. BÀI TẬP LỚN GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC    g(u 0 )   741,276  u1  a 0 . o  0     0,995; 0,053; 0,050;0, 069  . 0    g(u )   190,958      3,862; 0, 206; 0,194;  0, 268  3.2. Lặp lần 2. 1. Xác định g(u1 ) từ PT trạng thái tới hạn. 2. g(u)  m  m   m  u1 .S   a  4.(ma  u1 .Sa ). 8.(mF  u1 .SF ) ml  (ma  u1 .Sa )  q.l2 F  a    3 l.. md  u1 .Sd  b b b b d Thay u1 vào phương trình trạng thái: 4.(400  0,194.4).8.(10000  0,206.100).1200  (400  0,194.4)  20.12002 g(u1 )   2200  3,862.190  3 1200..  30  0,268.0,09  0,036(MPa) 3. Xác định g(u1 )  g(u1 ) g(u1 ) g(u1 ) g(u1 )  g(u1 )   ; ; ;   u  u q u l u d   b  g(u) Trong đó:  190 u b g(u) 32.100.(400  0,194.4).1200  (400  0,194.4)   10, 094 u F 1200..(3030  0, 268.0, 09)3 g(u) 4.4.8.(10000  0, 206.100).1200  2.(400  0,194.4)  20.1200 2   u a 1200..(30  0, 268.0, 09)3  9,571 g(u) 12.(400  0,194.4).0, 09.8.(10000  0, 206.100).1200  (400  0,194.4)  1200.20  2  u d 1200..(30  0, 268.0, 09)4  13, 206 Suy ra: g(u1 )  190; 10, 094; 9,571;13, 206  HVTH: NGUYỄN BỬU LÂM - 11040392 8
  12. BÀI TẬP LỚN GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC 4. Tính  g(u 1 )  190 2  10, 094 2  9, 5712  13, 206 2  190, 966 5. Tính tỉ số:  g (u 1 )  190  10, 094  9, 571 13, 206  a1  1  ; ; ;   g (u )  190, 966 190, 966 190, 966 190, 966    0, 995;  0, 053;  0, 050; 0, 069  6. Xác định giá trị. 1  u 1  3,862 2  0, 206 2  0,194 2  0, 268 2  3, 882 7. Vòng lặp tiếp theo bắt đầu với:  g(u1 )  0,036  2  1 1   u  a .   1     0,995; 0, 053; 0,050;0,069  . 3,882    g(u )   190,966      3,862; 0, 206; 0,194;  0, 268  3.3. Lặp lần 3 1. Xác định g(u 2 ) từ PT trạng thái tới hạn. 2. g(u )  m  m   m  u .S   2 2  4.(ma  ua .Sa ). 8.(mF  uF .SF ) ml  (ma  ua .Sa )  q.l2 2 2  2   b 3 l.. md  ud .Sd  b b b 2 Thay u2 vào phương trình trạng thái: 2 4.(400  0,194.4).8.(10000  0,206.100).1200  (400  0,194.4)  20.12002 g(u )   2200  3,862.190  3 1200.. 30  0,268.0,09  0,036(MPa) 3. Xác định g(u 2 ) 2  g(u 2 ) g(u 2 ) g(u 2 ) g(u 2 )  g(u )   ; ; ;   u  u q u l u d   b  g(u) Trong đó:  190 u b HVTH: NGUYỄN BỬU LÂM - 11040392 9
  13. BÀI TẬP LỚN GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC g(u) 32.100.(400  0,194.4).1200  (400  0,194.4)   10, 094 u F 1200..(3030  0, 268.0, 09)3 g(u) 4.4.8.(10000  0, 206.100).1200  2.(400  0,194.4)  20.1200 2   u a 1200..(30  0, 268.0, 09)3  9,571 g(u) 12.(400  0,194.4).0, 09.8.(10000  0, 206.100).1200  (400  0,194.4)  1200.20  2  u d 1200..(30  0, 268.0, 09)4  13, 206 Suy ra: g(u 2 )  190; 10,094; 9,571;13, 206  4. Tính  g(u 2 )  190 2  10, 094 2  9, 5712  13, 206 2  190, 966 5. Tính tỉ số:  g (u 2 )  190  10, 094  9, 571 13, 206  a2   ; ; ; 2  g (u )  190, 966 190, 966 190, 966 190, 966    0, 995;  0, 053;  0, 050; 0, 069  6. Xác định giá trị. 2  u 2  3, 862 2  0, 206 2  0,194 2  0, 268 2  3, 882 7. Vòng lặp tiếp theo bắt đầu với:    g(u 2 )   0,036  u 3  a 2 .  2      0,995; 0,053; 0,050; 0, 069  . 3,882     g(u 2 )   190,966      3,862; 0, 206; 0,194;  0, 268  Qua 3 vòng lặp các kết quả hội tụ tại chỉ số độ tin cậy  = 3,882. Tra Phụ lục 1 Hàm phân phối chuẩn, từ  = 3,882 suy ra độ tin cậy: R = 0,99994777 4. Phân tích R khi md = 30 mm và thiết kế R = 0,999 theo phương pháp xấu nhất. a) Phân tích R khi m d = 30 mm. Hàm trạng thái tới hạn HVTH: NGUYỄN BỬU LÂM - 11040392 10
  14. BÀI TẬP LỚN GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC 4a. 8F(l  a)  ql 2    g(x)  b    b  ld3 Trong đó: b = [1630; 2770] F = [9700 ; 10300] a = [388; 412] d = [29,73 ; 30,27] Khoảng cách giữa giá trị trung bình và điểm cuối: b = 570 F = 300 a = 12 d = 0,27 Giá trị trung bình hàm trạng thái tới hạn: 4a. 8F(l  a)  ql2    g(x)  b    b  3 ld 4.400. 8.10000.(1200  400)  20.12002     2200   741, 276 (MPa) 1200.303 Gradient của g tại giá trị trung bình:  g g g g  g   , , ,   u  u F u a u d   b  2 2       32a(l  a) 4. 8F(l  2a)  q.l  12a. 8F(l  a)  q.l    ,   hay g  1,  3 , 3 4   ld ld ld    Thay các giá trị vào ta có: HVTH: NGUYỄN BỬU LÂM - 11040392 11
  15. BÀI TẬP LỚN GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC  32.400.(1200  400) 4.8.10000.(1200  2.400)  20.1200 2  12 .400.8.10000.(1200  400)  20.1200 2   g  1,  3 ,  3 ,  4   1200.. 30 1200.. 30 1200. . 30     g  1;  0,101;  2, 389;145, 872  Từ đây suy ra: g = 1.570 – 0,101.300 – 2,389.12 + 145,872.0,27 = 550,417 (MPa) Miền thay đổi trạng thái tới hạn:  g  g;g  g    714,276  550,417 ; 714,276  550,417  g  g;g  g   190,859 ; 1291,693 b.Thiết kế R = 0,999 theo phương pháp xấu nhất 4a. 8F(l  a)  ql 2    g(x)  b    b  ld3 Giá trị trung bình hàm trạng thái tới hạn: 4a. 8F(l  a)  ql2    g(x)   b     b  3 l..d 4.400. 8.10000.(1200  400)  20.12002     2200  3 1200.d 3,939.107  2200  3 d Gradient của g tại giá trị trung bình :  32.400.(1200  400) 4. 8.10000.(1200  2.400)  20.1200 2  12 .400.8.10000.(1200  400)  20.1200 2   g  1,  3 ,  3 ,  4   1200. . d 1200.. d 1200. . d     2716,244 64510,804 1,182.108   1;  3 ; 3 ; 4   d d d  Từ đây suy ra: HVTH: NGUYỄN BỬU LÂM - 11040392 12
  16. BÀI TẬP LỚN GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC 2716, 244 64510,804 1,182.108 g  1.570  3 .300  3 .12  4 .0, 27 d d d 1,589.106 3,191.107  570  3  4 d d Trong trường hợp xấu nhất thì g(x)  g  0 cho nên: 3,939.107  1,589.106 3,191.107   2200  3   570  3  4 0 d  d d  7 7 3, 780.10 3,191.10  1630  3  4 0 d d 4  1630.d  3,780.107.d  3,191.107  0 Giải bất phương trình trên bằng Matlab ta được: d ≥ 28,230 mm 5. Phân tích độ tin cậy R khi md = 30 mm, Sd = 0,003md theo PP mô phỏng Monte Carlo. Hàm trạng thái tới hạn tại vị trí mômen lớn nhất: 4a. 8F(l  a)  ql2    g  b    b  ld 3 Các đại lượng ngẫu nhiên được xác định như sau:  i  2200  z i .190 Fi  10000  z i .100 a i  400  zi .4 d i  30  z i .0, 09 Ta có bảng kết quả sau 20 lần lặp (N =20). HVTH: NGUYỄN BỬU LÂM - 11040392 13
  17. BÀI TẬP LỚN GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC HVTH: NGUYỄN BỬU LÂM - 11040392 14
  18. BÀI TẬP LỚN GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC HVTH: NGUYỄN BỬU LÂM - 11040392 15
  19. BÀI TẬP LỚN GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC HVTH: NGUYỄN BỬU LÂM - 11040392 16
  20. BÀI TẬP LỚN GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỮU LỘC HVTH: NGUYỄN BỬU LÂM - 11040392 17
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược