[发明专利]超深井提升容器多失效模式的可靠性稳健设计方法

权利要求书

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Clayton copula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3具体为：

使用Kriging方法对步骤2获得的输入输出样本进行拟合，建立随机响应与随机参数间的显式函数关系；

依据失效模式的设计准则，建立各失效模式下的可靠性功能函数，区别于提升系统的其它零部件，超深井提升容器为大型焊接结构件，在考察其强度可靠性时应当采用断裂力学分析，以其抗断裂性能作为强度设计的准则。

5.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4具体为：

采用随机摄动技术计算各功能函数的前三阶矩，即均值、方差和偏度，采用基于前三阶矩的鞍点逼近方法求解各失效模式的失效概率。

6.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5具体为：

依据提升容器随机变量的分布类型，采用均匀抽样方法进行随机抽样，获得各随机变量的离散样本值；

将上述离散样本值代入步骤3所建立的可靠性功能函数，获得相应的功能函数样本值；

使用概率统计方法计算得到两失效模式间的秩相关系数，代入Clayton copula函数模型，计算Claytoncopula的待定参数，建立描述概率相关的联合概率模型；

使用建立的Clayton copula联合概率模型，计算提升容器多失效模式相关时的联合失效概率；

使用系统可靠性理论，代入各失效模式的失效概率以及联合失效概率，计算提升容器的系统失效概率。

7.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6具体为：

在建立提升容器系统可靠性模型的基础上，基于偏导方法，采用矩阵微分技术对随机变量的均值、标准差及偏度进行求导，建立提升容器系统可靠性关于随机变量均值、标准差及偏度的参数灵敏度模型。

8.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7具体为：

将上述所得到的基于copula函数的系统可靠性和参数可靠性灵敏度模型作为约束引入优化设计模型，建立提升容器的可靠性稳健设计模型。