آناليز قابليت اعتماد سيستم هاي مكانيكي با بهره گيري از شبيه سازي جهتي و يك تكنيك كارآمد نمونه گيري مهم

Reliability analysis of mechanical systems using directional simulation and an efficient importance sampling technique

آناليز قابليت اعتماد سيستم هاي مكانيكي در شرايط ويژه اي با مشكلاتي مواجه مي‌شود كه لزوما تمهيدات خاص خود را مي‌طلبد. از جمله اين شرايط، آناليز در فضاهاي متغير هاي تصادفي بسيار همبسته و يا متغير هاي تصادفي با واريانس هاي بسيار متفاوت است. اگر در اين فضاها، كه اصطلاحا "فضاهاي بسيار نا متناسب" خوانده مي‌شوند، تابع حالت حدي مسئله نيز بسيار غير خطي باشد، عموما روش هاي شبيه سازي، روش هاي برتر براي آناليز قابليت اعتماد شناخته مي‌شوند. شبيه سازي جهتي از اينگونه روش هاست كه مي تواند مورد استفاده قرار گيرد. اين روش، با اين حال، در شكل ساده خود كارايي كمتري را در فضاهاي توصيف شده داشته و براي نيل به جواب هاي معقول، شبيه سازي هاي فراواني را لازم مي‌دارد. در اين مقاله آناليز قابليت اعتماد تيغه يك توربين هيدروكنيتيكي بعنوان يك نمونه مهم از يك سيستم مكانيكي مورد بررسي قرار مي‌گيرد كه متغيرهاي تصادفي مطرح در آن داراي واريانس هاي بشدت متفاوتي هستند و بدين ترتيب فضاي بسيار نا متناسب و بيماري را براي شبيه سازي جهتي مي سازند. بمنظور ارتقاء كارايي آناليز در اينچنين فضاي كاري، استفاده از نمونه گيري مهم در اين مقاله پيشنهاد مي‌شود و براي كاربرد آن روابط جديدي براي محاسبات موثرتر ارائه مي‌گردد. اين روابط سبب مي‌گردند كه نه تنها آناليز، كه در حالت ساده آن تقريبا براي توربين يادشده نا ممكن است، ممكن شود، بلكه با سرعت بسيار بيشتري نسبت به نوع محاسبات معمول كه با استفاده از نمونه گيري مهم سنتي انجام مي گردند، فرآيند محاسباتي انجام شود.

Reliability analysis of mechanical systems, in some special circumstances, may suffer technical difficulties which need desirable solutions. One such case may exist when working in a space of highly correlated random variables and/or the space of random variables with extremely different variances. If in these spaces, which are so-called "extremely non-proportional spaces", the relevant limit state function is also highly nonlinear, simulation methods are normally preferred for reliability analysis. Directional simulation is one of these methods which is fully well-known. This method, however, may be not efficient if it is crudely applied in these spaces. In such conditions, directional simulation often needs a massive computational effort in order to achieve good and reasonable results. In this paper reliability analysis of a blade of a hydro-kinetic turbine (as an important mechanical system) is performed in which variances of random variables are extremely different and thus create a non-proportional space for directional simulation. To make the analysis more efficient, use of an importance sampling technique with a set of novel relationships is proposed in this paper. These relationships make the required calculations not only possible, but they facilitate the computations to be very fast and efficient compared to those normally used in conjunction with traditional importance sampling methods.