随机载荷作用下的零件动态可靠性模型

运用顺序统计量和概率微分方程建立随机载荷作用下的零件动态可靠性模型,并研究零件可靠度和失效率随时间的变化规律。首先,分析随机载荷多次作用时零件的失效过程,从载荷作用的统计学意义出发,运用顺序统计量建立随机载荷多次作用时等效载荷的累积分布函数和概率密度函数。进一步,根据应力—强度干涉理论建立载荷多次作用下的零件可靠性模型。运用泊松随机过程描述载荷的作用过程,分别建立强度不退化和强度退化时的零件动态可靠性模型。研究表明,强度不退化或退化不明显时,零件的可靠度随时间逐渐降低,失效率随时间逐渐减小;考虑强度退化或强度退化明显时,零件的可靠度随时间逐渐降低且较为明显,失效率具有“浴盆”曲线的全部特征。     

失效相关系统动态可靠性建模与失效率研究

建立了随机载荷作用下的失效相关串联系统、并联系统和k／n系统动态可靠性模型,并研究了系统可靠度和失效率随时间的变化规律。在系统层运用载荷一强度干涉模型建立了失效相关系统可靠性模型;在分析系统可靠性模型的基础上,建立了系统强度的累积分布函数和概率密度函数。运用顺序统计量理论建立了载荷多次作用时等效载荷的累积分布函数和概率密度函数,进而建立了强度不退化时载荷多次作用下的系统可靠性模型以及系统动态可靠性模型。运用概率微分方程建立了强度退化时的系统动态可靠性模型。研究了串联系统、并联系统和k／n系统可靠度和失效率随时间变化的规律。研究表明：系统与零件具有相似的特征;系统的可靠度随时间逐渐降低,k／n系统的可靠度介于串联系统和并联系统之间;强度不退化时,系统的失效率随时间逐渐减小;强度退化时,系统的失效率具有“浴盆”曲线的全部特征。     

以载荷作用次数为寿命度量指标下的零件可靠性建模

提出了以随机载荷作用次数为寿命度量指标框架下的零件可靠性建模方法,分别给出了强度不退化和强度退化时随机载荷多次作用下的零件可靠度与失效率计算模型,研究了不同情况下零件可靠度与失效率随载荷作用次数的变化规律。研究表明,即使零件强度不退化,零件的可靠度与失效率也会随着随机载荷作用次数的增加而逐渐减小,且失效率曲线具有浴盆曲线“早期失效期”和“偶然失效期”的特征。强度随载荷作用次数退化时,随着载荷作用次数的增加,零件的可靠度降低较为明显,失效率先减小后增大具有“浴盆曲线”的全部特征。     

考虑失效相关的k/n系统动态可靠性模型

运用载荷-强度干涉模型、顺序统计量理论和概率微分方程建立随机载荷作用下的失效相关k/n系统动态可靠性模型,研究系统可靠度和失效率随时间的变化规律.在不作失效独立假设的前提下,运用系统级载荷-强度干涉模型建立失效相关k/n系统可靠性模型,以及k/n系统强度的累积分布函数和概率密度函数.从随机载荷作用的统计学意义出发,运用顺序统计量建立载荷多次作用下的k/n系统可靠性模型.运用泊松随机过程描述载荷的作用过程,分别建立强度不退化和强度退化时的k/n系统动态可靠性模型,并研究k/n系统可靠度和失效率随时间的变化规律.研究表明,k/n系统的可靠度随时间逐渐降低;k的取值越大,k/n系统的可靠性越低,失效率越高.强度不退化时,k/n系统的失效率随时间逐渐减小且早期失效率较高;强度退化时,k/n系统的失效率具有"浴盆"曲线的特征.     

失效相关系统动态可靠性建模与失效率研究

建立了随机载荷作用下的失效相关串联系统、并联系统和k/n系统动态可靠性模型,并研究了系统可靠度和失效率随时间的变化规律。在系统层运用载荷-强度干涉模型建立了失效相关系统可靠性模型;在分析系统可靠性模型的基础上,建立了系统强度的累积分布函数和概率密度函数。运用顺序统计量理论建立了载荷多次作用时等效载荷的累积分布函数和概率密度函数,进而建立了强度不退化时载荷多次作用下的系统可靠性模型以及系统动态可靠性模型。运用概率微分方程建立了强度退化时的系统动态可靠性模型。研究了串联系统、并联系统和k/n系统可靠度和失效率随时间变化的规律。研究表明：系统与零件具有相似的特征;系统的可靠度随时间逐渐降低,k/n系统的可靠度介于串联系统和并联系统之间;强度不退化时,系统的失效率随时间逐渐减小;强度退化时,系统的失效率具有“浴盆”曲线的全部特征。

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以载荷作用次数为寿命指标的失效相关系统可靠性建模

提出以随机载荷作用次数为寿命度量指标框架下的失效相关系统可靠性建模方法。考虑系统中各零部件之间存在的失效相关性,通过引入条件可靠度建立失效相关系统可靠性模型。分别以静强度失效和疲劳失效的可靠性分析为背景,给出强度不退化和强度退化时随机载荷多次作用下的系统可靠度与失效率计算模型,并研究系统可靠度与失效率随载荷作用次数的变化规律。研究表明,即使强度不退化,系统的可靠度和失效率也会随着随机载荷作用次数的增加而逐渐减小,失效率曲线具有浴盆曲线"早期失效期"和"偶然失效期"的特征。强度随载荷作用次数退化时,随着载荷作用次数的增加,系统的可靠度降低较为明显;失效率先减小后增大,具有"浴盆曲线"的特征。所建立的模型可用于指导系统的可靠性设计、可靠性试验和全生命周期管理。     

共因失效系统动态可靠性模型

考虑共因失效相关性,在系统层运用应力-强度干涉模型建立了共因失效系统可靠性模型。在研究系统可靠性模型的基础上,建立了系统强度的累积分布函数和概率密度函数。采用泊松随机过程来描述载荷的作用过程,运用概率微分方程和全概率公式建立了强度随时间退化时的串联系统、并联系统以及k/n系统动态可靠性模型。以强度退化服从指数退化规律为例,研究了串联系统、并联系统以及k/n系统的可靠度和失效率随时间的变化规律。研究表明:系统的可靠度随时间逐渐降低,k/n系统的可靠度介于串联系统和并联系统之间;系统的失效率具有“浴盆”曲线的特征。     

考虑载荷作用次数的共因失效零部件可靠性模型

研究了共因失效这种失效相关性以及随机载荷作用次数对零部件可靠性的影响,指出共因失效不仅存在于系统中而且也存在于具有多种失效模式的机械零部件中。在不作零部件各失效模式相互独立假设的前提下,直接运用载荷-强度干涉模型和顺序统计量理论建立了多种失效模式下随机载荷多次作用时的零部件可靠性模型。以齿轮的可靠度计算为例,研究了零部件可靠度随载荷作用次数的变化规律。并运用Monte Carlo方法进行了仿真实验,验证了模型的正确性。     

考虑强度退化的零件及系统可靠性分析

指出传统载荷-强度干涉模型适用于载荷作用一次或者静态的零件可靠度计算.零件的强度是随机载荷大小和作用次数的函数,所以假设载荷和强度相互独立的干涉模型无法用于计算考虑强度退化时零件及系统的可靠度.通过随机载荷的统计特性建立强度与随机载荷的关系.当载荷历程为泊松过程时,分析零件的可靠性和失效率与时间的关系,并建立考虑共因失效时串联系统和并联系统的可靠性模型.研究表明,零件初始强度的分散性对零件的可靠度和失效率有很大影响,载荷的相关性使并联系统的可靠度降低,使串联系统的可靠度升高.     

考虑强度退化和失效相关性的风电齿轮传动系统动态可靠性分析

针对随机风作用下风力发电机齿轮传动系统失效率高的问题,研究了随机风引起的风力发电机传动系统外部风载荷以及内部由齿轮、轴承刚度及综合啮合误差等引起的内部动载荷激励,基于集中质量法建立了风电齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型。在对模型进行仿真求解的基础上,分别求得了传动系统中各齿轮和轴承的动态接触应力-时间历程。将载荷作用过程视为随机过程,推导出随机载荷作用下的等效载荷累计分布函数,从系统层面上建立了基于应力-强度干涉理论的风力发电机齿轮传动系统动态时变可靠性模型,模型考虑了零件的失效相关性和强度退化因素,研究了失效相关性和强度退化对风电齿轮传动系统可靠度和失效率的影响规律,为风力发电机齿轮传动系统动态设计和可靠性优化设计奠定了基础。     

系统共因失效分析及其概率预测的离散化建模方法

通过系统层的载荷-强度干涉分析,展示了零件可靠度(或失效概率)的属性、精细结构及其与载荷／强度分布特性之间的关系,分析了传统的零件可靠性干涉分析过程中发生的系统可靠性信息损失问题以及无法通过传统的零件可靠度参数构建一般系统(具有失效相关性的非独立失效系统)可靠性模型的原因。从数学原理方面探讨了载荷-强度作用机制和冗余系统存在“共因失效”这种失效相关性的原因和建立冗余系统共因失效概率模型的方法。最后,建立了能根据系统的有限失效数据预测系统任意阶失效概率的离散化的系统失效概率模型。     

某雷达天线阵面T/R 组件的共因失效模型

在计算一些大型复杂系统可靠度时,传统的可靠性模型往往默认系统中的各部件、组件是相互独立的,忽略了系统的相关性,导致对可靠性进行定性分析和定量计算时,产生了较大的误差。文中基于雷达天线阵面T/R组件的可靠性模型,充分考虑了系统中组件的相关性,引入了共因失效的概念;并以并联系统为基础,分析计算了并联系统在独立失效和共因失效两种状态下的系统可靠度。借助Mat-lab软件,建立了某雷达天线阵面T/R组件共因失效模型,并分别在独立失效与共因失效条件下,对天线阵面T/R组件的可靠性模型做出仿真,仿真结果表明,相对于传统模型,本文建立的共因失效模型与实际情况更吻合。     

多失效模式机械零件可靠性灵敏度估计

机械零件的失效往往存在多种失效模式,且这些失效模式对可靠性灵敏度均有影响,因此在进行可靠性灵敏度估计时,要充分考虑零件的各个潜在失效模式。提出一种多失效模式机械零件可靠性灵敏度分析的数值方法。运用随机摄动技术和四阶矩技术,求得各失效模式功能函数的前四阶矩及可靠性指标,解决了随机变量分布类型未知时,各失效模式的可靠度计算问题。根据机械零件失效模式较少的特点,将零件的潜在失效模式视为串联关系,则零件整体的失效即为失效模式的串联失效。结合灵敏度分析的梯度算法,推导出关于随机变量均值和方差的可靠性灵敏度的计算公式。数值算例表明所述方法可快速有效地估计多失效模式机械零件的可靠性灵敏度,且适用于非线性功能函数的情况。     

Time-dependent vibration frequency reliability analysis of blade vibration of compressor wheel of turbocharger for vehicle application

Blade vibration failure is one of the main failure modes of compressor wheel of turbocharger for vehicle application. The existing models for evaluating the reliability of blade vibration of compressor wheel are static, and can not reflect the relationship between the reliability of compressor wheel with blade vibration failure mode and the life parameter. For the blade vibration failure mode of compressor wheel of turbocharger, the reliability evaluation method is studied. Taking a compressor wheel of turbocharger for vehicle application as an example, the blade vibration characteristics and how they change with the operating parameters of turbocharger are analyzed. The failure criterion for blade vibration mode of compressor wheel is built with the Campbell diagram, and taking the effect of the dispersity of blade natural vibration frequency and randomness of turbocharger operating speed into account, time-dependent reliability models of compressor wheel with blade vibration failure mode are derived, which embody the parameters of blade natural vibration frequency, turbocharger operating speed, the blade number of compressor wheel, life index and minimum number of resonance, etc. Finally, the rule governing the reliability and failure rate of compressor wheel and the method for determining the reliable life of compressor with blade vibration is presented. A method is proposed to evaluate the reliability of compressor wheel with blade vibration failure mode time-dependently.     

多状态系统共因失效机理与定量分析

共因失效是由共同诱因引发的相关失效形式,普遍存在于各类系统,当前研究仅限于二态系统。该文针对存在共因失效的串并联不可修系统,探讨共因失效的发生与作用机理,基于载荷离散化方法和概率发生函数建立多状态系统可靠性定量评估模型,新模型可反映在失效共因下元件部分失效及其累积效应对系统各级性能的影响。研究表明,元件因失效共因而统计相关时,各元件状态趋同的概率增大,而取异值的概率减小,对系统可靠度分析产生影响。载荷离散化模型实现系统共因失效相关性的近似解耦,发生函数法能以统一的程序方式快捷处理概率组合问题。提出的模型为多状态系统共因失效及可靠性研究提供新途径。     

多失效模式下电阻制动系统的可靠性建模与分析

针对电阻制动系统在多种失效模式下的建模问题,对电阻制动系统的建模方法和可靠性模型参数估计方法进行了研究,对电阻制动系统易损件及相应的失效模式进行了统计,提出一种基于故障树的多失效模式可靠性建模方法和基于最小二乘法和遗传算法的参数估计方法,利用系统整体及各部件的可靠度模型进行了可靠度分析和寿命预测。分析结果表明,考虑失效模式建立可靠性模型可以直观地揭示失效模式对产品可靠性的影响趋势,有利于产品的维护和寿命预计,为可靠性提高制定有效措施提供了依据。