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。     

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。     

多种失效模式下的机械零件动态可靠性模型

考虑共因失效和随机载荷作用次数对可靠性的影响,建立了零件在多种失效模式下的动态可靠性模型。指出共因失效同样存在于零部件的失效中,运用应力-强度干涉模型和顺序统计量理论建立了多种失效模式下载荷多次作用时的零件可靠性模型以及零件动态可靠性模型。以齿轮的可靠度计算为例,研究了零件可靠度和失效率随时间的变化规律。研究表明,当零件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,失效率曲线具有浴盆曲线前两个阶段的特征。     

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.     

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。     

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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基于载荷-强度干涉模型的零件可靠性分析

分析了随机载荷大小对强度退化的影响,提出考虑强度退化和载荷作用次数的可靠度计算模型。该模型通过计算当量载荷,将随机载荷作用下的强度退化过程等效为确定性载荷作用下的退化过程,得到零件可靠度与载荷作用次数的关系,在此基础上,通过分析不同载荷出现次数与时间的关系,得到多个载荷共同作用下零件可靠度随时间的变化规律。     

考虑失效模式相关性和载荷作用次数的零件可靠性分析

机械零部件在实际工作过程中一般存在多种失效模式,且这些失效模式之间具有一定相关性。另外,机械零部件所承受的载荷也不是固定不变的,常常具有随机性和多次重复性特点。根据随机载荷作用统计学意义,在对零件各失效模式未作相互独立假设情况下,引入条件可靠度,运用"应力—强度"干涉理论建立了多种失效模式相关下的零件可靠性模型;然后在此基础上,考虑载荷作用次数对零件可靠性的影响,并运用顺序统计理论,建立载荷多次作用下的零件可靠性模型;最后,运用Monte Carlo模拟方法对载荷多次作用下的零件可靠性模型进行仿真实验,总结了载荷作用次数对零件可靠度的影响规律。结果表明,零件可靠度随载荷作用次数增加会呈现逐渐下降趋势;载荷作用次数不变时,零件失效模式数越多,零件可靠度越低。     

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。     

基于载荷—强度关系的失效率离散建模方法及模型

传统方法借助于寿命分布构造失效率函数,没能将失效率与载荷、强度等可靠性基本控制变量直接联系起来。因而,传统上对失效率函数的变化规律或失效率曲线形态的认识还只能是唯象的和定性的。尽管失效率是可靠性工程中经常用到的指标,由于没有"失效率—载荷分布—强度分布"关系模型,对产品失效率的变化规律及其影响因素的解释难免片面,更无法预测。根据机械零部件及机械装备的载荷特点及失效机理,采用离散的广义"时间"物理量,用载荷作用次数代替传统的连续时间量,定义"离散失效率",阐述"离散失效率"与失效概率之间的关系,显示通过载荷—强度干涉关系建立失效率模型的可行性。基于能反映强度退化效应、能反映载荷历史统计效应的动态载荷—残余强度干涉关系,建立失效率—载荷作用次数关系方程,呈现典型的失效率浴盆曲线。从载荷分布与强度分布及其之间相互作用的角度,阐释产品服役过程中失效率的变化规律及主要影响因素,揭示强度退化规律、载荷分散性、强度分散性等因素对失效率曲线形状的影响。     

机械零件可靠度估算方法

提出随机载荷的纵向分布和横向分布。根据2种分布分析了传统的载荷-强度干涉模型的局限性,指出载荷-强度干涉模型适用于随机载荷作用一次或静态的零件可靠度计算。研究了载荷大小与机械零件平均失效率之间的关系,利用标准载荷计算出随机载荷作用时2种不同分布下的零件可靠度计算模型。基于载荷纵向分布的可靠性模型需要大量的载荷-时间历程样本。当获得的样本数较少时,可以使用基于载荷横向分布的可靠性模型。最后,通过实例证明了提出模型的可用性和合理性,以及区分随机载荷概率密度函数属于何种分布在计算零件可靠度时的重要性。     

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。     

一种新的谱载荷寿命评估模型

基于零件的低载强化与损伤规律,提出了一种谱载荷下的寿命评估模型。汽车使用中遇到的随机载荷,80%是疲劳极限以下的小载荷,而传统的疲劳累积损伤理论在估算零件寿命时,很少或几乎不考虑使用过程中小载荷对结构造成的强度强化,只考虑大载荷对结构造成的损伤,使得估算结果与实际寿命存在很大差别。零件在小载荷作用下,随作用次数的增加,零件强度先增大后减小。该模型以此规律为基础,充分考虑了小载荷对的零件强度的影响,更加准确的反映了零件疲劳过程的客观现实。通过两种零件的寿命评估实例发现,该模型不仅计算简单,而且有更高的预测精度,为合理地进行汽车轻量化设计提供了理论和技术依据。     

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。     

基于威布尔分布的汽车零部件可靠性分析

威布尔分布是一种连续概率分布,是可靠性工程领域中较为重要的寿命统计分布函数。文中基于三参数威布尔分布函数的数学模型,分析不同参数β,γ,η对概率密度函数的影响;研究了汽车产品可靠度R(t)和失效率λ(t)随时间变化的关系,并基于浴盆曲线探讨了不同阶段的失效原因及形式;从设计验证角度出发探讨了可靠度R、置信度C和样本容量N之间的关系,同时基于某上市车型的售后数据研究了其使用时间、故障增长数与累积故障率之间的关系。结果表明:汽车产品的可靠度R(t)随着使用时间的增加而不断降低,且随着时间的持续增加,降低速度趋缓;汽车产品的失效率λ(t)随着时间的增加,其增加速度先快后慢;在产品偶然失效期内的车辆控制器的可靠度相对早期失效期的要高。     

多级载荷作用下剩余强度模型的结构元件疲劳可靠性分析

对于多级载荷作用下的结构元件,利用剩余强度模型分析其疲劳可靠性问题。首先运用等强度退化量原理推导出多级载荷下的剩余强度模型公式,并从此公式出发利用矩法得到剩余强度随载荷循环数下的均值和方差,其中考虑了等效作用次数的随机性。最后利用得到的剩余强度的数字特征,基于其满足正态分布的假设,根据一次二阶矩法计算出结构元件的疲劳可靠度。通过算例考察了本文方法的可行性和有效性。     

单向相关下的机械零件动态可靠性分析

对于载荷与强度存在相关性的情形,应用传统的应力-强度干涉模型具有一定的局限性。为评估零件在应力与强度单向相关下的动态可靠度,利用Gamma过程来描述随机载荷作用,基于经典的Miner累积损伤理论,推导随着载荷作用而产生的强度不断降低的强度退化模型。结合应力-强度干涉模型,进而建立零件的动态可靠度模型。最后通过算例验证模型的有效性,结果表明,该模型能够有效用于零件在单向相关下的动态可靠性评估。     

静态应力—强度模型中概率设计的不可靠度范围

静态应力-强度模型中,零件失效的概率仅与随机变量应力和强度的干涉区有关。本文介绍一种计算零件不可靠度的方法,即在不知道应力和强度分布特征,而仅了解应力强度干涉区中有关信息时,建立求解零件不可靠度的数学模型,利用优化技术,求出不可靠度值的范围,并给出这一优化问题的解答。本文还提出一新的求解零件不可靠度的数学模型,可求出更精确的不可靠度范围。     

机械零部件的动态可靠性灵敏度分析

传统的零部件可靠性模型不能很好地反映变幅随机载荷和强度退化对可靠性的影响,忽略可靠度和失效率随使用时间的变化规律。研究机械零件强度、载荷和可靠度随时间的变化规律,运用随机过程和顺序统计理论建立考虑变幅随机载荷和强度退化下机械零件的动态可靠性功能方程模型,利用二阶矩和摄动方法求出机械零部件的动态可靠性指标,并计算出零部件的动态可靠度。以建立的动态可靠性数学模型为基础,将可靠性设计理论与灵敏度分析方法相结合,提出动态可靠性灵敏度设计的计算方法,讨论动态可靠性灵敏度设计问题,以扭杆为例,给出各参数动态可靠性灵敏度的变化规律,分析设计参数的改变对扭杆可靠性的影响,为机械零部件的动态可靠性设计和动态灵敏度设计提供理论依据。