● 摘要
为了提高机构（特别是柔性机构）系统动态可靠性分析的计算效率，改善其计算精度，研究了基于支持向量机（Support Vector Machine, SVM）回归的机构动态可靠性和基于支持向量机分类的机构动态可靠性，并提出了机构动态可靠性分析的SVM回归极值法（SVM Regression Extremum Method，SREM）和SVM分类极值法（SVM Classification Extremum Method，SCEM）。围绕多失效模式机构系统的动态可靠性优化设计，建立了多失效模式机构系统的可靠性优化模型，提出了多失效模式机构系统可靠性优化的均值-概率分解协调法（Mean-probability Decomposed and Coordinated Method, MDCM）。
在机构动态可靠性分析方法SREM中，首先建立机构系统模型，通过模拟运动仿真对机构动态响应进行确定性分析，得到动态响应极值；假设影响机构动态响应的随机变量服从正态分布，利用蒙特卡罗法抽取动态响应极值的少量样本，构建基于这些样本的动态响应极值的SVM回归代理模型；利用SVM回归代理模型，进行了机构动态可靠性分析。在机构动态可靠性分析方法SCEM中，先建立机构系统模型，通过模拟动态仿真分析得到机构动态响应极值；利用蒙特卡罗法抽取机构动态响应极值少量样本，以失效模式的极限状态方程为界，把这些样本分为失效和安全两类；基于这些分类样本，构建动态响应极值的SVM分类代理模型；利用SVM分类代理模型对蒙特卡罗法抽取的预测样本进行分类，并统计出安全的样本数量，求得机构动态可靠度。分别基于SREM和SCEM进行了刚性曲柄摇杆机构加速度的可靠性分析，验证了SREM和SCEM在刚性机构动态可靠性分析中的可行性和有效性。
研究了基于SREM柔性机构的动态可靠性，结合柔性机构系统动力学方程和机构可靠性分析理论，给出了在运动时域内柔性机构动态响应的可靠性分析方法，分别以柔性曲柄摇杆机构、柔性夹紧机构和双连杆柔性机械臂为例，证明了SREM在柔性机构动态可靠性分析中的高效率和高精度。研究了基于SCEM柔性机构的动态可靠性，给出了基于柔性机构动态响应的极限状态方程的可靠性分析方法，分别以柔性曲柄摇杆机构和柔性小型压力机为例，证明了SCEM在柔性机构动态可靠性分析中的高效率和高精度。充分验证了SREM和SCEM能够在柔性机构动态可靠性分析中的可行性和适用性。
针对机构系统整体可靠性优化设计，结合可靠性优化的均值模型和普遍型分解协调方法，提出了机构系统可靠性优化的MDCM。首先，把机构系统中构件的每个失效模式隐式极限状态方程表示为显式二次多项式响应面代理模型；接着，在机构系统整体可靠性优化设计中，基于可靠性优化均值模型，把所有失效模式概率约束转化为确定型约束；最后，利用普遍型分解协调法把机构系统优化模型转化为单约束整体机构质量最小的均值模型和多约束的构件概率最大的概率模型，利用导重法通过反复协调分解进行优化求解。该方法为机构系统的可靠性优化提供了一种新思路。
本论文解决了机构动态可靠性分析计算效率低和精度差的问题和机构系统整体优化问题，丰富了机构系统动态可靠性分析方法，发展了机构系统可靠性优化理论。