基于Vine Copula模型的失效相关机械零件可靠性分析

针对多失效模式相关的机械零部件,利用Copula函数描述相关性方面的优势,提出了一种多失效模式相关机械零部件的可靠性建模方法。基于Vine Copula函数将复杂多失效相关的机械零件可靠性问题转换为对多个二维Copula函数进行分析,采用极大似然估计法和AIC信息准则识别最优二维Copula函数。机械零部件失效模式相对较少,获得失效样本就少。为了避免AIC值的变异性,基于改进参数的Bootstrap法提出了失效样本容量较小时最优二维Copula函数的识别。利用Matlab进行模拟检验了改进参数Bootstrap法可行性,进而运用Vine Copula模型来求解多失效模式相关机械零部件的可靠度。最后通过传动轴的算例与其它方法进行比较得出所述方法的合理性、有效性。     

高维Copula函数的动态系统可靠性模型研究

针对多失效相关的动态机械系统,利用Copula函数描述各单元之间失效模式的相关性,提出了一种具有多失效相关的动态机械系统可靠性模型,采用R-Vine Copula函数将复杂系统的可靠性问题转化为多个二维Pair Copula函数进行分析,利用最大生成树算法(MST)选定最优R-Vine结构,通过非参数核密度估计(KDE)对模型中的时变参数进行描述,并重点对机械系统中常见的串-并联系统(混联系统)进行建模分析,最后通过航天器开闭轴系的算例,验证该模型的有效性。     

考虑不同失效相关性的系统可靠性分配方法

为考虑系统组成单元间不同失效相关性对系统可靠性分配结果的影响,将影响系统可靠性分配的因素分为直接和间接两类,提出将复杂度和失效危害度作为直接影响因素,用于确定组成单元可靠性分配权重的相对大小。将工作环境、技术水平、改进成本等归为间接影响因素,引入相对分散性描述系统组成单元失效相关性,提出基于相对分散性的复杂度和危害度计算方法。基于Vine Copula函数建立考虑组成单元间不同失效相关性的串联系统可靠性分配模型,最后以某型数控机床主轴系统为例,进行不考虑相关性和考虑相关性两种情况下的系统可靠性分配结果对比分析,结果表明不考虑失效相关性得到的分配结果过于保守,增加产品研制费用。使用Vine Copula函数建立的系统可靠性分配模型能够考虑组成单元间不同的失效相关性,分配结果与传统多元Copula函数的分配结果相比更为合理。     

基于Copula理论的两部件系统失效相关分析

对系统进行可靠性分析时,部件或者系统的失效率估计显得越来越重要。文中提出了基于Copula理论的两部件失效率相关模型。通过构造Copula函数来描述系统中两部件之间的失效相关性,确定两部件的失效联合分布函数和部件的条件失效概率密度函数。最后,通过分析实际工程中两部件系统中的失效数据对该模型进行验证。     

考虑强度退化与失效相关性的RV减速器动态可靠性分析

强度退化和失效相关性对机械系统的可靠度有显著影响,目前尚无同时考虑上述因素的RV减速器动态可靠性分析方法。根据RV减速器的结构特点,建立了基于强度退化理论的RV减速器零件动态可靠度分析模型,分析了强度退化对RV减速器零件可靠度的影响规律;通过推导出的耦合两级传动子部件可靠度的Copula函数描述零部件间的失效相关性,建立了RV减速器系统动态可靠性分析模型,研究了失效相关性对系统可靠性的影响规律;对影响RV减速器可靠性的主要设计参数进行了灵敏度分析,获得了各参数的灵敏度排序,为RV减速器的可靠性优化设计奠定了基础。     

基于Copula贝叶斯网络的抬升减速器可靠性分析

针对复杂机械系统,提出了基于Copula贝叶斯网络(CBN,Copula Bayesian Network)模型的可靠性分析方法。由于复杂机械系统变量多,相互之间存在相关性,传统可靠性方法在相关性和推理性分析存在不足,而CBN模型兼有Copula函数和贝叶斯网络的优点,在考虑变量之间相关性的同时,能够依据贝叶斯网络进行可靠性概率推断。将BN转换成CBN拓扑结构,通过各个节点的边缘分布以及相关系数矩阵,构建局部t-Copula函数,实现多变量高维度表现,并利用网络的推断能力,通过已知节点失效概率推导其他节点失效概率。最后以海工平台双啮合抬升减速器为研究对象,构建CBN模型,得到各个节点之间相关结构,并进行概率推断,得到减速箱失效概率,计算结果与传统BN模型方法相比趋于保守,在实际工程上更偏安全。     

考虑部件失效相关的履带车辆传动箱可靠性分析

在以履带车辆传动箱为对象进行研究的过程中,考虑部件间失效相关这一重要失效形式对传动箱可靠性的影响,利用部件的动态可靠度模型计算主要失效部件的可靠度,结合部件寿命分布函数与可靠性间的关系,得到传动箱内主要部件的寿命分布函数随时间变化的曲线,进一步使用最小二乘法估算出主要零部件的寿命分布函数。在此基础上,绘制部件间的二元频率直方图,选择合适的Copula函数,建立在部件失效相关条件下的传动箱系统可靠性模型,利用Copula函数可以避免运算的繁琐性及部件间相关系数求解的复杂性。使用逐层分块分析法合理划分传动箱系统结构,并用Matlab软件估算部件间相关参数,得到了传动箱系统寿命分布函数随时间及部件失效相关参数的变化规律,对传动箱的设计与维护具有一定的指导意义。     

失效相关下齿轮传动系统的可靠性稳健优化设计

本文研究了不完全概率信息下齿轮传动系统多失效模式相关时的系统可靠性评估与优化设计问题。首先,建立了齿轮传动系统不同失效模式的可靠性模型;其次,采用基于三阶矩的鞍点逼近方法,实现了各失效模式的边缘失效概率估计,并建立了基于鞍点逼近的可靠性灵敏度模型;然后,考虑相关性对系统失效概率估计的影响,提出了基于Copula函数的系统可靠性评估方法;最后,讨论了齿轮传动系统的可靠性优化设计问题。经过数值算例验证可知,采用不同copula函数计算得到的失效概率有很大差异,其中Gaussian和Clayton Copula得到的结果与蒙特卡罗模拟结果基本一致。采用Clayton Copula进行了可靠性优化设计,所得结果可为齿轮传动系统的优化设计提供参考。     

基于多元退化数据的RV减速器可靠性评估

针对RV减速器的可靠性评估需求，结合减速器传动误差及回差的性能退化试验数据，分别建立了可用于描述减速器性能退化过程的Gamma过程传动误差及回差退化模型，利用最大似然估计法对退化模型参数进行估计。以上述两种模型作为一元边缘分布函数，通过Copula函数建立了RV减速器二元退化模型，并对该减速器的可靠性及预期失效寿命进行了评估。结果表明，基于传动误差和回差退化模型的可靠度评估结果与试验结果基本一致，模型能够较为准确地描述RV减速器的性能退化过程。Gaussian Copula函数较适合描述RV减速器二元退化指标间的相关性；采用该函数可得出该工况条件下RV减速器在任意可靠度时的预估失效寿命。     

考虑零件寿命相关的风电齿轮箱可靠性分析

在1.5 MW风电齿轮箱系统可靠性的研究中,考虑零件相关失效这种重要的失效相关形式对风电齿轮箱可靠性的影响。从零件出发,引入零件的动态可靠度模型计算出齿轮箱中各主要失效零件的可靠度,并根据零件可靠度和寿命分布函数之间的关系,给出零件寿命分布函数随时间的变化曲线,从而利用抽样法和最小二乘法估计出各零件的寿命分布函数形式。根据各零件的寿命分布函数,绘制出相关零件之间的二元频率直方图,再结合Copula函数的相关理论和Sklar定理选取适当的Copula函数形式,最终建立零件寿命相关条件下的风电齿轮箱系统Copula可靠性模型。因无须确定齿轮箱中零件寿命的联合分布函数,不但避免了各零件之间寿命线性相关假设的局限性,同时利用简单的Copula函数运算替代了繁杂的多重积分运算。通过Matlab R2012b软件估计出各零件寿命之间的相关程度参数,并计算出零件寿命相关条件下的风电齿轮箱动态可靠度,从而给出风电齿轮箱系统可靠度随时间和零件寿命相关程度参数的变化规律,为风电齿轮箱的设计、制造和维护提供了理论依据。     

基于Copula失效相关结构系统的失效概率计算

针对具有相关失效模式的结构系统可靠性分析问题,提出利用Copula计算结构系统的失效概率。Copula函数可以采用多种边缘分布函数来推求联合分布函数,构造随机变量间的相关结构。该方法分别以各失效模式的功能函数值为Copula分析变量,利用MATLAB软件和Monte Carlo模拟法产生的随机抽样数据估计Copula参数,实现各功能函数间的联合概率分布函数的Copula建模,从而可以利用Copula计算结构系统的失效概率。最后用工程算例验证该理论方法的可行性,为具有相关失效模式的结构系统可靠性分析提供新途径。     

基于鞍点逼近的机械零件可靠性Copula分析方法

应用鞍点逼近方法可以获得各失效模式功能函数的概率密度函数和分布函数。针对具有相关失效模式的机械零部件,使用鞍点逼近方法求得各功能函数的概率分布函数,利用各功能函数的概率分布函数值优化估计Copula待定参数,实现各功能函数间的联合概率分布函数的Copula建模,从而可以利用鞍点逼近方法和Copula函数实现机械零部件的可靠性分析。在实例计算中,与Monte Carlo法计算结果对比验证该理论方法的可行性,为具有相关失效模式的机械零部件可靠性分析提供新途径。     

考虑多种失效模式相关条件下串联模型机械系统可靠性灵敏度计算方法

实现对机械系统服役状态下各类随机参数的可靠性灵敏度分析,可为系统的控型控性设计、延寿设计提供可靠的理论依据,进而实现对系统全周期的动态优化设计。机械系统的失效常常出现多种失效模式。多种失效模式的相关性使得对机械系统的可靠性灵敏度分析变得复杂化,如何实现考虑系统部分或全部随机变量对系统所有相关失效模式全方位影响的可靠性灵敏度计算成为瓶颈。根据灵敏度和偏导数的定义,建立了考虑多种失效模式相关条件下串联模型机械系统可靠性灵敏度数学模型,模型中重点考虑了系统部分或全部随机变量对多种相关失效模式的多维影响,同时给出了机械系统可靠度计算方法,建立了对多种相关模式影响下串联模型机械系统可靠性灵敏度计算的有效途径。最后,以明弧焊机为算例,通过ADAMS/View建立其参数化虚拟样机,计算了焊机各类随机误差的可靠性灵敏度。该方法适用于系统参数为任意分布类型,便于程序化操作,结果准确且应用范围广。     

多元相关性退化系统可靠性模型

针对具有多个相关性能退化过程的复杂系统可靠性评估问题,采用非线性Wiener过程描述系统性能退化过程,并基于多元Copula函数分析系统性能退化过程间的相关关系。在此基础上,建立了系统可靠性模型,并提出了相应的参数估计方法。以三部件系统为例,验证了参数估计方法、相关性退化模型以及可靠性模型的有效性和精确性,分析了相关性参数对系统可靠性的影响,说明了在评估系统可靠性时考虑退化过程相关的必要性。     

面向重组维修的机械系统可靠性建模与仿真

机械设备发生故障时需要及时对失效的零件进行更换,重组维修过程实际上破坏了原有的系统可靠性模型,因此需要对系统可靠性模型进行重构.基于机械系统中零件的失效时间分布密度函数,研究重组维护中机械系统在服役期间零件年龄分布规律,重构了机械系统可靠性数学模型.以零件失效时间是韦布分布函数为例,通过数值仿真分析零件失效时间分布密度函数的参数对系统可靠度的影响,对指导以可靠性为核心的机械系统维护具有重要意义.     

概率信息不全时基于Copula理论的可靠性及基本变量重要性测度分析

针对工程中概率信息不全的可靠性问题,利用Copula理论逼近基本变量的联合分布函数和联合概率密度函数,建立Copula逼近基础上可靠性分析的自适应截断抽样法,并建立Copula逼近基础上基本变量对失效概率影响的重要测度分析的自适应截断抽样法.在所建模型中,基于Spearman相关系数的Copula函数被用来描述模型的相关性部分,其本身不受各个变量边缘分布的限制,比传统的Pearson相关系数具有更强的实用性.而建立在Copula逼近基础上的自适应截断抽样,可以利用自适应寻找设计点过程中的信息来计算失效概率,提高可靠性分析和基本变量重要性分析方法的效率和稳健性.在详细给出建模原理和求解流程方法后,算例用于说明模型的合理性和算法的可行性.     

基于Copula函数的失效概率灵敏度分解方法

针对工程结构中输入变量存在相关性的失效概率灵敏度分析问题,通过引入Copula函数对输入变量联合概率分布进行描述,可将失效概率灵敏度分解为独立灵敏度和相关灵敏度。针对失效概率灵敏度的计算问题,可将失效概率的偏导数计算转化为边缘概率分布函数和Copula密度函数的核函数计算。通过对常用的概率分布以及Copula函数进行推导,可以得到其核函数的解析表达,进而直接用于失效概率灵敏度的计算。通过数值算例和工程算例对所提算法的合理性进行了验证。     

共因失效系统高阶风险预测的Copula方法

在冗余结构系统共因失效分析中引入Copula函数,探讨利用Copula函数实现系统风险的概率建模。以元件安全裕度为分析变量,阐述元件共因失效的发生及作用机理;针对系统低阶共因失效数据已知而其他概率信息未知的条件,提出基于阿基米德混合Copula函数的共因失效系统高阶风险概率预测的理论模型与适用方法。算例验证了所提出模型的合理性与可行性。Copula建模理论与方法可为失效相关的复杂系统可靠性分析提供新途径。     

机械模糊可靠性仿真

本文将计算机仿真技术用于机械模糊可靠性分析中，建立了机械零件及机械系统的模糊可靠性仿真模型，给出了模糊可靠性仿真的一般方法，该方法适用于任意隶属函数、任意参数分布、零件间或失效模式间存在相关性的一般机械零件和机械系统的模糊可靠性分析。     

考虑零件失效相关性的机械系统可靠度分配

基于Copula函数,刻画零件间失效的相关结构,给出机械系统的相关性可靠度预计模型;并验证了该模型比传统独立性模型更符合工程实际情况。给出了相对失效概率的相关性可靠度分配方法以及零件失效相关条件下的再分配方法,拓宽了系统可靠性分配的应用面。最后,通过算例,说明该理论方法的可行性、有效性。