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。     

变胞机构多失效模式运动可靠性分析与优化

针对含概率随机变量和非概率区间变量的面向任务可控变胞机构的多失效模式运动可靠性模型,提出了一种可靠度计算的方法,该方法根据可靠性变量生成含有概率信息的状态空间,结合多失效模式的失效功能函数及其变量的相关性函数生成的安全空间函数,得到变量状态空间中的安全空间,对其求解或空间离散化计算得出可靠度.在此基础上,提出了多失效模式的变胞机构运动可靠性的优化方法,得出满足约束条件的最优目标函数值及优化变量对应的可靠度分布情况.运用所提出的方法对实例中的变胞码垛机器人系统运动可靠性模型进行分析与优化,通过与传统的计算方法进行对比,验证了所提方法的准确性.研究工作为变胞机构可靠性的研究提供了参考.     

哈马邱尔算子应用于系统可靠度计算的讨论

针对王光远院士所著《工程软设计理论》中将哈马邱尔算子作为考虑相关性时系统可靠度和失效概率的计算公式的性质进行讨论。这些性质是，限制相关参数7的取值范围[0，1]后，计算的结果也落在[0，1]，该算子关于变量．相关参数具有单调性和关于多元变量满足交换律与结合律以及并交运算关于对立事件的概率满足归一性，最后将哈马邱尔算子所得的结果和由条件关联系数导出的系统可靠度公式计算所得的结果进行比较，得出运用哈马邱尔算子计算系统可靠度所得的结果安全的结论。     

应力-强度干涉模型在系统失效概率分析中的应用及相关问题

研究一般串联、并联及K／N表决系统（不要求系统中各零件失效事件是相互独立的）的失效概率建模与失效概率预测。通过详细考察、深入分析应力-强度干涉理论、方法及其在零件失效概率和系统失效概率计算中的建模过程，介绍“系统级”的应力-强度干涉模型及其在系统失效概率分析中的应用，并给出应用实例及其与实验观测结果的比较。与传统的先计算零件失效概率，再在各零件失效相互独立的（不真实）假设条件下建立串联、并联、表决等系统失效概率模型的方法不同，文中提出应用“系统级”的应力-强度干涉分析直接建立系统失效概率模型的方法。为应用应力-强度干涉模型预测系统失效概率，首先详细分析传统的零件失效干涉分析过程中发生的系统可靠性信息损失问题。分析表明，零件失效概率的不确定性与载荷分散程度有关，在传统的应用应力-强度干涉模型计算零件失效概率过程中遗失的失效相关性信息对系统失效概率估算是十分重要的。在此基础上，指出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。最后，建立能根据系统低阶失效数据预测高阶失效概率的参数化模型。     

基于联合验算点和PNET法失效相关机械系统可靠性分析

针对JC法(一次二阶矩法)不适于求解高度非线性功能函数结构的可靠性问题。结合最大熵原理,在求解联合验算点的基础之上,对机械系统各失效模式功能函数进行线性转化,并进行了相关性分析。根据相关程度的大小,由概率网络估算技术(Probabilistic Network Estimation Technique,PNET)法的有关原则,找出系统主要失效模式,用主失效形式代替系统所有失效形式,给出了一种精确的可靠度分析的方法。最后结合算例,进一步验证了该方法的精确性和可行性。     

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。     

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。     

零件失效寿命相关的储备系统Copula可靠性模型

基于Copula函数,刻画当前工作零件寿命和储备零件工作寿命之间的相关结构,给出了2单元冷、温储备不可修系统可靠度计算模型。利用阿基米德Copula函数的可加性,通过迭代和降维,解决了n个寿命异型非指数分布零件构成的储备系统可靠度建模问题。根据极大似然估计和k-s检验思想,给出零件失效寿命相关程度参数的估计方法及相关结构的选择准则。最后,通过算例,说明该理论方法的可行性、有效性。     

一种考虑失效准则模糊性的时变可靠度分析方法

针对工程结构失效准则不确定性的时变可靠度问题,构造了一种考虑失效准则模糊性的时变可靠度分析方法,可处理模糊失效准则下抗力和荷载随时间变化的可靠性计算问题。该方法首先将模糊失效准则下的时变功能函数随机过程进行离散,然后应用模糊集基本理论,引入新的随机变量,得到不同时间段的等效功能函数,最终将模糊失效准则下的时变可靠性问题转化为常规的可靠性问题,通过一次二阶矩方法求解获得时变可靠度和失效概率。最后以某机械零件和齿轮传动为例,分别得出模糊失效准则下的时变可靠度曲线和失效概率曲线,验证了该方法的有效性。     

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。     

线性连续系统的动态与渐变耦合可靠性分析

机械设备的零部件通常承载着动态载荷,且由于制造的不确定性致使几何元素的尺寸、形状以及相互位置具有随机性,同时多于80%的零部件都是由于某些量的劣化导致渐变失效,因此,开展动态与渐变耦合可靠性研究对于机械行业的发展具有极为重要的意义。研究随机参数线性连续系统遭受强度劣化和承受动态载荷时的可靠性问题。根据线性连续系统的随机动力学理论获得随机响应的计算公式,由此建立随机交变应力的计算模型。采用一随机变量描述初始强度的不确定性,利用非平稳Gamma过程描述强度劣化量的演变过程。在此基础上构建线性连续系统的动态与渐变耦合状态函数和可靠度表达式。应用提出的方法分析轴扭转振动系统的动态与渐变耦合可靠性,将当量正态化法和设计验算点法相结合以估算动态与渐变耦合可靠度,采用中心差分方法分析该可靠度的敏感性。利用数值实例验证提出方法的实用性和有效性。结果表明,提出的动态与渐变耦合可靠性分析方法能够有效解决随机参数线性连续系统遭受强度劣化和承受动态载荷时的可靠性分析问题。     

考虑共因失效的多状态系统可靠性分析模型

基于发生函数法建立了舍共因失效的多状态系统可靠性分析模型,通过改进的发生函数法求取多状态不可修串并联系统的可靠度函数。具体分两个步骤：第一步,先不考虑共因元件组的影响,用发生函数表示系统的性能分布;第二步,在“系统层”对共因元件组元件各状态信息进行分析,再用分析结果对系统发生函数进行修正,最终得到系统可靠度函数。     

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。     

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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考虑相关失效的管道类系统可靠性建模

以管道、钢缆等典型的连续系统可靠性建模为背景,通过将管道类连续系统离散成若干单元（作为一个串联系统对待）,应用最小次序统计量推导出了连续系统强度的概率密度函数,分析了基于最小次序统计量思想的串联系统相关失效可靠性建模。讨论了连续系统材料强度的两种影响因素,即材料自身的不均匀性和材料质量的不稳定性,建立了管道类连续系统可靠性模型（该模型能反映单元间的失效相关性）,并通过Monte Carlo方法模拟验证了所建立模型的正确性。最后,探讨了管道类连续系统的单元划分原则,并对大管道系统的失效概率进行了估算,为管道、钢缆等连续系统的可靠性设计与可靠性计算提供依据。     

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。     

渐变型失效模式产品模糊随机可靠性

针对渐变型失效模式 ,用连续的状态变量来描述产品的功能状态 ,使在模糊概率论范畴定义的模糊随机可靠性参数都可以用状态变量来表达 ,从而与在概率论范畴定义的随机可靠性参数统一起来。     

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。     

考虑共因失效的系统可靠性模型

不考虑共因失效的影响,求出系统的可靠度表达式,然后将该表达式转化成包含共因信息的可靠度表达式。在模型推导的过程中,直接从系统的失效过程入手,假定构成系统的各元件在独立失效情况下其寿命具有相同的概率分布,构成系统的元件存在多种失效过程,各失效过程相互独立,并服从泊松分布,从系统中某一指定元件的可靠度推广到某指定m个元件均完好的概率。算例解释了该理论模型的使用过程,并将典型系统--串联、并联以及串并联系统的计算结果与不考虑共因失效时系统的可靠度相比较。结果表明,模型的计算结果与传统的定性分析结果相吻合,证明了该理论模型的正确性。