内 容 提 要本书阐述了齿轮在热-结构耦合状态下的可靠性分析及优化设计方法，主要内容包括齿轮可靠性、齿轮热行为等的技术现状，可靠性相关理论及方法，基于PC-Kriging和Isomap-Clustering策略的可靠性分析方法，基于PC-Kriging模型的热-结构耦合齿轮转子系统共振可靠性分析，基于PC-Kriging模型与主动学习的齿轮热状态传递误差可靠性分析和基于APCK-SORA的热-结构耦合齿轮优化设计。本书可供从事齿轮热-结构耦合设计与分析、机械可靠性分析与方法研究等相关的工程技术人员阅读，也可供高等院校机械工程专业及相关专业师生参考。

1 绪论

1.1 概述

1.2 研究现状

1.2.1 结构可靠性研究现状

1.2.2 代理模型方法研究现状

1.2.3 齿轮热行为研究现状

1.2.4 齿轮可靠性研究现状

1.2.5 可靠性优化设计研究现状

1.3 主要内容和创新点

2 可靠性相关理论及方法

2.1 概述

2.2 可靠性基本概念

2.2.1 基本随机变量

2.2.2 状态函数与可靠度

2.3 常见可靠性分析方法

2.3.1 近似解析法

2.3.2 数值积分法

2.3.3 随机抽样法

2.3.4 代理模型法

2.4 可靠性优化设计的基本理论

2.4.1 可靠性优化设计数学模型

2.4.2 可靠性优化设计模型求解

3 基于PC-Kriging和Isomap-Clustering策略的可靠性分析方法

3.1 概述

3.2 PC-Kriging模型

3.2.1 Kriging模型

3.2.2 多项式展开

3.2.3 改进Kriging模型的基函数（PC-Kriging模型）

3.3 基于Isomap-Clustering更新策略

3.3.1 Isomap算法X的降维

3.3.2 k-means进行聚类分析

3.3.3 Isomap-Clustering策略

3.4 基于PC-Kriging模型和Isomap-Clustering策略的可靠性分析方法

3.5 算例验证

3.5.1 算例1：具有2个输入变量的分析算例

3.5.2 算例2：具有6个输入变量的分析算例

3.5.3 算例3：10维的桁架结构

4 基于PC-Kriging模型的热-结构耦合齿轮转子系统共振可靠性分析

4.1 概述

4.2 热-结构耦合分析

4.2.1 热-结构耦合理论基础

4.2.2 齿轮热-结构耦合有限元分析

4.2.3 齿廓曲线的参数方程

4.3 啮合面热流量计算与数值模拟

4.3.1 齿轮啮合面热流量

4.3.2 对流换热系数的确定

4.3.3 有限元数值模拟

4.4 温度对模态影响的基本理论

4.4.1 模态分析理论

4.4.2 温度对模态的影响

4.4.3 热应力的基础理论

4.4.4 齿轮热应力的求解

4.5 考虑温度影响的齿轮转子模态分析

4.5.1 考虑温度影响的齿轮转子模态分析流程

4.5.2 考虑温度影响的齿轮转子模态分析求解

4.6 考虑温度影响的齿轮转子系统共振可靠性及灵敏度分析

4.6.1 齿轮转子共振可靠性失效分析

4.6.2 考虑温度影响的齿轮转子系统共振可靠性分析

4.6.3 考虑温度影响的齿轮转子系统可靠性灵敏度分析

5 基于PC-Kriging模型与主动学习的齿轮热状态传递误差可靠性分析

5.1 概述

5.2 考虑温度因素的齿轮传动误差

5.2.1 齿轮热变形基本理论

5.2.2 三维实体模型的建立

5.2.3 齿轮热变形后的非渐开线误差

5.3 基于主动学习PC-Kriging模型

5.3.1 小改进函数(LIF)

5.3.2 主动学习PC-Kriging方法

5.3.3 算例验证

5.4 热状态的齿轮工作载荷传递误差可靠性分析

5.4.1 考虑温升影响的齿轮传递误差

5.4.2 限状态函数的建立

5.4.3 温升影响的齿轮设计传递误差的可靠性分析

6 基于APCK-SORA的热-结构耦合齿轮优化设计

6.1 概述

6.2 序列优化和可靠性评定方法

6.2.1 序列优化和可靠性评定的数学模型

6.2.2 序列优化和可靠性评定的具体流程

6.3 自适应PC-Kriging可靠性模型

6.3.1 自适应PC-Kriging可靠性方法

6.3.2 算例验证

6.4 基于自适应代理模型的可靠性优化方法

6.4.1 APCK-SORA的数学模型

6.4.2 APCK-SORA的求解步骤

6.4.3 算例验证

6.5 热-结构耦合齿轮的可靠性优化设计

6.5.1 目标函数

6.5.2 设计变量

6.5.3 约束条件

6.5.4 齿轮的可靠性优化设计

参考文献