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基于概率-概率盒混合模型的气囊座椅防护特性可靠性分析方法

刘鑫 何泽波 周振华 胡林

刘鑫, 何泽波, 周振华, 胡林. 基于概率-概率盒混合模型的气囊座椅防护特性可靠性分析方法[J]. 机械工程学报, 2022, 58(24): 324-333. doi: 10.3901/JME.2022.24.324
引用本文: 刘鑫, 何泽波, 周振华, 胡林. 基于概率-概率盒混合模型的气囊座椅防护特性可靠性分析方法[J]. 机械工程学报, 2022, 58(24): 324-333. doi: 10.3901/JME.2022.24.324
LIU Xin, HE Zebo, ZHOU Zhenhua, HU Lin. Hybrid Reliability Approach for Airbag Seat Protection Performance Based on Probability and Probability Box Models[J]. JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, 2022, 58(24): 324-333. doi: 10.3901/JME.2022.24.324
Citation: LIU Xin, HE Zebo, ZHOU Zhenhua, HU Lin. Hybrid Reliability Approach for Airbag Seat Protection Performance Based on Probability and Probability Box Models[J]. JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, 2022, 58(24): 324-333. doi: 10.3901/JME.2022.24.324

基于概率-概率盒混合模型的气囊座椅防护特性可靠性分析方法

doi: 10.3901/JME.2022.24.324
基金项目: 

国家自然科学基金 51775057

湖南省杰出青年科学基金 2021JJ10040

湖南省教育厅科学研究 20K008

机械传动国家重点实验室开放基金 SKLMT-MSKFKT-202001

详细信息
    作者简介:

    何泽波,男,1997年出生,硕士研究生。主要研究方向为结构可靠性优化设计技术Email:h1z1bo@163.com

    周振华,男,1984年出生,博士,讲师。主要研究方向为机械结构优化设计方法。E-mail:jerry.chou@csust.edu.cn

    胡林,男,1978年出生,博士,教授。主要研究方向为车辆动力学控制与智能化、交通事故深入调查及预防。E-mail:hulin@csust.edu.cn

    通讯作者:

    刘鑫(通信作者),男,1981年出生,博士,教授,湖南省杰出青年科学基金获得者。主要研究方向为机械结构可靠性技术。Email:lxym810205@163.com

  • 中图分类号: V224

Hybrid Reliability Approach for Airbag Seat Protection Performance Based on Probability and Probability Box Models

  • 摘要: 针对不确定因素对载人空降气囊座椅防护性能的影响,提出一种基于概率-概率盒混合模型的气囊座椅防护特性可靠性分析方法。研制空降乘员气囊座椅,并建立相应的“假人-座椅”数值分析模型,通过开展装备落地碰撞试验对数值模型进行试验验证;然后,根据可靠性问题中的混合不确定性变量,在概率-概率盒混合模型基础上构建适用于气囊座椅防护特性的可靠性分析模型,并借助等概率变换和不确定性变量的区间分析将原始的双层嵌套的优化问题转化成单层优化问题,实现循环嵌套优化问题的解耦,从而提高可靠性指标的求解效率;最后,采用近似模型技术和隔代映射遗传算法完成对可靠性指标的高效求解。结果表明,该方法能有效对气囊座椅的防护特性进行可靠性评估,在装备空降技术领域具有一定的实际工程意义。

     

    针对不确定因素对载人空降气囊座椅防护性能的影响,提出一种基于概率-概率盒混合模型的气囊座椅防护特性可靠性分析方法。首先,研制了空降乘员气囊座椅,并建立相应的“假人-座椅”数值分析模型,通过开展装备落地碰撞试验对数值模型进行了试验验证;然后,根据可靠性问题中的混合不确定性变量,在概率-概率盒混合模型基础上构建了适用于气囊座椅防护特性的可靠性分析模型,并借助等概率变换和不确定性变量的区间分析将原始的双层嵌套的优化问题转化成单层优化问题,实现循环嵌套优化问题的解耦,从而提高可靠性指标的求解效率;最后,采用近似模型技术和隔代映射遗传算法完成对可靠性指标的高效求解。结果表明:该方法能有效对气囊座椅的防护特性进行可靠性评估,在装备空降技术领域具有一定的实际工程意义。
  • 图  “假人-座椅”数值模型

    图  冲击加速度曲线

    图  “假人-座椅”数值模型与试验模型对比

    图  假人头部加速度试验结果和数值结果对比

    图  气囊座椅防护特性可靠性分析流程图

    图  “假人-座椅-护颈”数值模型

    图  概率盒变量Y1累积分布函数CDF曲线(工况一)

    图  概率盒变量Y2累积分布函数CDF曲线(工况一)

    图  概率盒变量Y1累积分布函数CDF曲线(工况三)

    图  10  概率盒变量Y2累积分布函数CDF曲线(工况三)

    表  1  座椅材料尼龙66的物理参数

    弹性模量
    E/MPa
    泊松比
    $ \nu $
    密度
    ρ/(kg/m3)
    屈服应力
    σs/MPa
    渗透
    因子
    300 0.2 6.78×102 55 0
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    表  2  概率盒变量Y2累积分布函数(工况一)

    区间和质量
    [0, 0.015], 0.3 [0.005, 0.025], 0.2 [0.02, 0.035], 0.2 [0.03, 0.05], 0.3
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    表  3  随机变量分布类型(工况一)

    随机变量 分布参数1 分布参数2 分布类型
    X1/kg 0.196 2 0.039 2 对数正态分布
    X2/Pa 51 808.406 7 25 904.203 3 对数正态分布
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    表  4  可靠性指标计算结果(工况一)

    随机变量 不确定变量 可靠性指标值 失效概率
    X1/kg X2/Pa Y1/m2 Y2/kg
    2.380 55 520 0.010 81 0 ${\beta ^L}{\text{ = }}2.511\;5$ 6.01×10−3
    2.351 56 010 0.010 85 0 ${\beta ^R}{\text{ = }}5.580$ 1.203×10−8
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    表  5  随机变量分布类型(工况二)

    随机变量 分布参数1 分布参数2 分布类型
    X1/kg 0.196 2 0.001 962 对数正态分布
    X2/Pa 51 808.406 7 51.808 4 正态分布
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    表  6  可靠性指标计算结果(工况二)

    随机变量 不确定变量 可靠性指标值 失效概率
    X1/kg X2/Pa Y1/m2 Y2/kg
    3.788 1×10−5 0.015 86 0.968 7 ${\beta ^L}{\text{ = }}3.607\;6$ 1.545×10−4
    3.597 61 580 0.013 47 0.024 44 ${\beta ^R}{\text{ = }}10.172\;7$ 1.313×10−24
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    表  7  可靠性指标计算结果(工况三)

    随机变量 不确定变量 可靠性指标值 失效概率
    X1/kg X2/Pa Y1/m2 Y2/kg
    3.983 1×10−5 0.007 826 0.374 4 ${\beta ^L}{\text{ = 4}}{\text{.019}}\;{\text{1}}$ 2.921×10−5
    3.983 1×10−5 0.007 846 0.373 4 ${\beta ^R}{\text{ = 5}}{\text{.466}}$ 2.302×10−8
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-27
  • 修回日期:  2022-10-05
  • 网络出版日期:  2024-03-07
  • 刊出日期:  2022-12-20

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