管道类连续系统可靠性分析与建模

以管道--典型的连续系统为背景,研究以失效概率评估为目的的连续系统的离散化问题.首先,探讨连续系统中"元件"的定义、划分及其物理意义,研究元件的强度分布与元件划分之间的依赖性.继而,考察系统强度分布与由不同的元件划分得出的元件强度分布之间的关系,分析系统失效概率与元件失效概率之间的关系,以及不同尺度的元件划分对系统失效概率模型的影响.最后,建立元件间的失效相关性模型和相应的系统失效概率模型,展示连续系统失效概率与元件数量(或系统尺度)之间的极限关系和典型连续系统失效概率的有界性.     

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.     

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。     

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。     

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。     

考虑气动载荷的轴流通风机叶轮强度的有限元分析

利用Algor程序的有限元方法，对№4、№5两个模型轴流通风机的叶轮强度进行分析，对叶轮应力和应变分布进行了详细讨论。将有限元计算结果与常用的工程方法计算结果进行了比较，计算中不仅考虑了离心栽荷，而且还考虑了由三维流场计算所得的气动栽荷。计算结果表明：有限元计算所得最大应力比工程方法所得的要大，危险点在叶根前缘处。     

考虑强度退化的非线性累积损伤模型分析

工程结构在服役过程中,累积损伤和强度退化同时发生,并相互影响。传统的累积损伤模型大多忽略了强度退化对损伤累积的影响。为建立考虑强度退化的Corten-Dolan累积损伤模型,通过分析强度退化模型推导出强度退化系数,将Corten-Dolan模型中的指数参数d定义为与强度退化系数有关的指数函数。通过试验数据和与文献结果对比验证了改进Corten-Dolan模型的有效性。研究表明:改进的Corten-Dolan模型可以很好地预测疲劳寿命,预测精度比传统Corten-Dolan模型更高。     

液压轮边制动系统可靠性预测

阐述了港口机械用液压轮边制动系统的工作原理;以液压轮边制动系统为对象,应用可靠性框图法进行松闸过程、保压过程、制动过程三种工作状态的可靠性分析;预测出各工作状态以及液压系统整体可靠度随时间的变化趋势;定量地估计了液压轮边制动系统的可靠性,并结合现场使用工况对预测结果进行了分析。     

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。     

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。     

考虑Kriging模型的击针疲劳强度可靠性分析

击针是枪械的重要部分,随着射击次数的增加,击针可能产生断裂,影响正常使用。疲劳断裂是击针失效的主要因素,而采用随机有限元模型的击针疲劳可靠性分析计算量大,为此提出了一种考虑疲劳损伤退化过程的Kriging模型分析方法。首先利用有限元对部件进行应力应变分析,产生了计算疲劳损伤所需的数据,再由Kriging模型模拟结构应力函数,利用Neuber局部应力应变分析法求出击针的疲劳损伤,最后由Kriging模型结合蒙特卡洛方法模拟抽样随机因素下的单发射击时的损伤大小,拟合了击针疲劳损伤退化量的分布函数,并由此退化数据分析评估了击针的可靠性。结果表明:该方法较为准确且计算量小,更适用于疲劳可靠性问题的快速评估。     

机械零件强度的模糊可靠性设计分析

将模糊集合理论应用于机械零件强度可靠性设计中,分析应力强度干涉模型,讨论机械零件不失效这一模糊随机事件的隶属函数的选取原则与方法,推导模糊可靠度的计算公式,建立了模糊可靠性设计数学模型,并通过实例设计的分析比较,说明模糊可靠性设计的先进性.     

灰色不确定条件下的多状态系统可靠性分析

针对传统的基于区间灰数的通用生成函数在可靠度计算过程中会造成灰度增加的情况,首先将区间灰数分解成基于实数形式的"白部"和"灰部"2个部分,然后将元件的通用生成函数采用"白部"和"灰部"的形式来描述,通过元件间的结构算子进行运算,得到多状态系统的通用生成函数,根据多状态系统的性能水平,得到多状态系统的可靠度区间,最后通过算例计算得到的可靠度区间比用传统的区间灰数直接计算所得到的区间小,说明该方法可以有效地抑制灰度的增加。     

垫片螺栓法兰连接系统的强度可靠性分析

螺栓法兰系统作为一种方便的可拆卸连接 ,在现代化工、航空航天等领域应用非常广泛。这种连接结构不仅要求各连接元件在预紧和操作情况下不发生强度破坏 ,同时还要求满足一定的密封性能。本文将垫片螺栓法兰作为一个整体 ,考虑到法兰旋转、内压对垫片螺栓法兰系统受力与变形的影响 ,按照极限载荷法确定螺栓与法兰环的极限状态 ,对螺栓按拉伸、拉伸与弯曲组合计算模糊可靠度 ,对法兰环轴向按弯曲、径向及轴向按弯曲与薄膜应力组合计算其模糊可靠度。算例表明 ,本文提出的螺栓法兰可靠度计算方法是可行的     

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。     

结构强度的模糊可靠性分析

对考虑模糊性时的结构强度可靠性理论进行了初步研究。分析了结构安全这一事件的模糊性的来源和模糊性对结构强度可靠性的影响，建立了结构安全这一模糊事件的隶属函数的一般表达式，提出了结构强度模糊可靠度的计算方法，并以简支梁为例对其模糊可靠度进行了分析计算。     

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。     

烟气透平机转子的强度分析

介绍了透平机转子的部件检验和强度分析，探讨了国产透平机的寿命评估。