疲劳载荷与冲击载荷交替作用下的零件可靠性模型

为评估零件在疲劳载荷与冲击载荷交替作用下的可靠性,基于应力-强度干涉理论,运用全概率及Poisson过程等概率统计理论,推导出疲劳载荷与冲击载荷交替作用下零件的可靠度计算模型以及失效率函数,并通过具体算例对所建模型的有效性进行验证和分析。结果表明,该模型能够有效预测零件的可靠性,对疲劳载荷与冲击载荷交替作用下零件的可靠性分析具有一定的理论指导意义。     

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。     

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。     

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。     

随机恒幅循环载荷疲劳可靠度异量纲干涉模型

用于与时间无关的失效模式(例如静强度失效)的失效概率或可靠度计算的"应力-强度干涉模型"已很成熟,但要将干涉分析的概念与方法应用于与时间相关的失效模式(例如疲劳、磨损和腐蚀等)还存在许多困难,即使对于存在不确定性的恒幅循环载荷下的疲劳可靠性问题,目前也还没有像静强度应力-强度干涉模型那样简单、直接、有效的方法及数学模型.在概率统计平均的意义上重新解释传统的两个随机变量干涉分析的基本概念及模型,将干涉模型解释为载荷加权平均模型.具体地讲,就是将应力-强度干涉模型解释、拓展为强度超越(载荷)概率的(载荷)统计加权平均模型,或给定应力下的条件失效概率的随机载荷加权平均模型.这样,传统上只能应用于相同量纲随机变量(例如应力与强度)的干涉模型就可以拓展应用于具有不同量纲随机变量(例如应力与寿命)的情形,例如随机载荷下的疲劳失效概率(寿命小于指定值的概率)或可靠度(寿命大于指定值的概率)计算.应用这样的模型,可以很方便地根据几个确定性恒幅循环载荷下的疲劳寿命分布,预测随机恒幅循环载荷作用下的疲劳失效概率或可靠度.     

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.     

应力-强度相关性干涉下的随机安全系数与零件可靠性设计

为解决机械零件可靠度计算中的应力-强度相关性干涉问题,根据两者负相关结构,运用Copula函数的相关性理论,基于零件可靠性计算的相关性干涉模型,建立了应力-强度相关性干涉下的随机安全系数—可靠度计算模型,并给出机械零件的平均安全系数可靠度计算方法.以受拉零件为代表,借助于相关性干涉的联结方程,给出了应力-强度相关性干涉下静强度可靠性设计的通用型求解方法和步骤,通过算例,说明了该模型的有效性、准确性.     

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。     

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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具有不确定性的恒幅循环载荷疲劳可靠度异量纲干涉分析方法

在概率统计平均的意义上重新解释传统的两个随机变量干涉分析的基本概念及模型,将干涉模型解释为载荷加权平均模型.具体地讲,是将应力一强度干涉模型解释、拓展为强度超越载倚概率的(载荷)统计加权平均模型,或作为应力水平函数的条件疲劳失效概率的载荷统计加权平均模型.这样,传统上只能应用于相同量纲随机变量(例如应力与强度,或载荷循环数与疲劳寿命)的干涉模型可以拓展应用于具有不同量纲随机变量(例如应力与寿命)的情形,即具有不确定性的循环载荷下的疲劳失效慨率(寿命小于指定值的慨率)或可靠度(寿命大于指定值的概率)计算.应用这样的模型,可以很方便地根据几个确定性恒幅循环载荷下的疲劳寿命分布预测具有不确定性的恒幅循环载荷作用下的疲劳失效概率或可靠度.文中还证明,先由寿命分布推导给定寿命下的疲劳强度分布,再根据应力-强度干涉模型计算可靠度的传统公式本质上与文中提出的统计平均模型是一致的.     

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。     

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。     

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.     

不稳定变应力下零件的等效可靠度

在不稳定变应力下,由于影响零件可靠性的因素十分复杂,因此对不稳定变应力下零件可靠度的计算迄今尚无统一的定论方法。笔者将疲劳损伤累积法则、等效应力的概念和应力-强度干涉模型联系起来,导出了一种不稳定应力下零件等效可靠度的算法,可供工程设计应用。     

考虑载荷作用次数的零部件可靠性模型

研究随机载荷多次作用时零件的失效过程,建立载荷多次作用下的零件可靠性模型.从载荷作用的统计学意义出发,根据顺序统计量的性质,建立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.运用应力-强度干涉模型建立零件在单一失效模式下载荷多次作用时的可靠性模型.最后,运用Monte Carlo方法对可靠性模型进行仿真实验,证明模型的正确性.     

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。     

载荷作用次数和强度退化对SSI模型的影响

在考虑循环载荷作用下强度随使用时间不断退化时,研究了应力-强度干涉模型下的可靠性统计推断问题,给出了一个考虑载荷作用次数应力-强度退化干涉失效模型.应用应力-强度干涉可靠性分析模型进行实例分析计算,结果与实验值符合很好,说明所提出新模型是合理有效的,更符合实际情况.     

随机载荷下截割部输出轴可靠性分析

以"MG2×100/455-BWD"新型薄煤层采煤机截割部为工程对象,深入分析输出轴的载荷情况,以应力—强度分布的可靠性干涉理论为基础,考虑载荷作用次数,建立各关键零件故障模式下的动态可靠性模型,计算其可靠度并进行分析。以Matlab编译采煤机载荷样本、Pro/E实体建模、Ansys生成关键零件柔性体,通过专用接口Mechanism/Pro导入Adams建立采煤机截割部的刚柔耦合模型并对其进行动力学仿真,得到不同工况下关键零件的应力信息,以工况参数为神经网络训练样本,将神经网络和虚拟样机技术结合对其他工况下的应力进行预测,减少了虚拟样机的仿真时间和工作量,提高了其动态可靠性,同时为采煤机输出轴设计提供可靠的参数依据。     

基于动态Copula统计拟合应力-强度相关性干涉的可靠性模型

为计算机械零部件在动载荷作用下的应力-强度相关性干涉响应可靠度问题，引入描述相关性的Copula函数和随机过程理论，建立动态可靠度计算模型。由于随机积分路径的复杂性，采取离散化思想将随机过程退化为随机变量，计算固定时刻下的可靠度；此外，采取函数拟合优化方法使可靠度数值连续化，基于模型复杂度及拟合残差筛选最优可靠度函数拟合方式。最后，计算验证了方法的有效性与可行性。