基于逆高斯过程的竞争失效建模研究

考虑在逆高斯退化过程中发生突发失效,退化失效与突发失效相互竞争导致产品失效的情况,并且考虑突发失效与退化失效的相关性,建立基于逆高斯退化过程的竞争失效可靠性评估模型。采用极大似然估计法对模型进行了参数估计。最终通过某退化试验数据验证了模型的有效性。     

基于比例危险模型的产品竞争失效分析

突发型失效与退化型失效共存的竞争失效问题在实践中大量存在，一般情况下突发失效是受退化量大小影响的。文中利用比例危险模型分析了突发失效与退化量的关系，给出了竞争失效的一般模型及模型的参数估计方法，最后利用所给模型对强激光装置所用的金属化膜脉冲电容器进行了可靠性分析。     

多类型冲击的竞争失效过程可靠性建模研究

针对连续性退化过程中同时存在多种类型冲击的问题,在变失效阈值模型的基础上,建立考虑多种类型冲击的竞争失效模型。首先,基于变阈值失效模型分析多种冲击类型同时存在时对系统可靠性的影响,给出模型的主要失效模式;然后结合极值冲击模型给出竞争失效可靠性建模的一般方法,求解竞争失效可靠性模型的解析表达式;最后,以某微型发动机为研究对象,对该文提出的方法进行对比验证,证明该方法能有效防止对系统可靠性的盲目乐观估计,防止突发故障的发生。     

基于贝叶斯更新和逆高斯过程的在役钢筋混凝土桥梁构件可靠度动态预测方法

在役钢筋混凝土桥梁在服役环境和车辆荷载的耦合作用下,其服役性能随时间不断退化,采用确定性的性能退化模型无法准确描述退化过程中的不确定性和时间变异性。该文采用逆高斯随机过程描述其抗力退化过程,同时采用复合泊松过程描述车辆荷载效应,建立了基于抗力-车辆荷载效应双随机过程的在役钢筋混凝土桥梁构件时变可靠度分析方法。结合检测数据,采用贝叶斯分析和期望最大化算法,对逆高斯过程抗力退化模型参数进行更新,提出了在役钢筋混凝土桥梁构件可靠度的动态预测方法。以一座钢筋混凝土T梁桥为例,采用其40年服役期的抗力退化数据,分别在四个服役时刻对逆高斯过程抗力退化模型参数进行了更新,演示了提出的可靠度动态预测方法。研究表明:逆高斯随机过程可更合理地描述钢筋混凝土桥梁构件抗力退化过程中的不确定性和时间变异性;融入桥梁服役期间检测的抗力退化信息,采用贝叶斯更新逆高斯过程抗力退化模型参数后,可更准确地预测桥梁未来的可靠度服役状况和估计桥梁的剩余使用寿命。     

长期风荷载作用下冷却塔失效分析的数学模型

本文基于广义样条子域法，在合理构造冷却域计算模型的基础上，建立了研究长期风荷载作用下冷却失效机理分析的数学模型。该模型采用矩阵逆摄动法考虑长期风荷载作用下冷却塔的失效过程。并通过引入一个“区域失效系数”来判断各区域的失效程度，为冷却塔在长期风荷载作用下的失峁机理分析奠定了理论基础。     

δ冲击条件下相关性竞争失效过程的系统可靠性建模

研究系统受到δ冲击时,考虑系统自然退化和冲击两个竞争性失效过程间具有相关性时,系统可靠性的建模问题。相关性一方面表现为冲击造成系统退化量的增加,另一方面表现为系统的自然退化程度对冲击结果的影响。假设系统因冲击而失效的过程是δ冲击过程,通过系统自然退化过程和冲击过程的分布函数,导出了系统的可靠度函数,建立了系统可靠度模型的一般形式,并给出一种特例的具体形式,最后利用文献中的具体参数进行仿真,以验证模型的正确性和有效性。     

复合材料层合板机械连接处失效过程的数值模拟

考虑了损伤累积、刚度退化和破坏准则,研究了带孔洞复合材料层合板受面内载荷作用的失效过程.应力分析建立在三维有限元模型基础上,借助有限元商业软件ANSYS中的参数化设计语言APDL,考虑材料损伤累积和刚度退化,采用迭代算法,实现了层合板机械连接处的破坏过程模拟.为验证三维有限元模型的有效性,将模拟计算得到的孔边应力分布与文献中的结果进行了比较,两者十分吻合.进一步计算了层合板的位移一挠度曲线,并与实验结果进行了比较,验证了数值模拟的正确性.     

累积冲击下的经济生产批量及视情维修联合优化问题

为解决传统基于设备不会失效假设下经济生产批量问题研究的不足，考虑经济生产批量系统中设备失效维修的问题，提出了生产批量和视情维修联合优化的方法。基于泊松过程和一般分布构建冲击到达过程及累积冲击效应，结合设备退化观测和具体的维护费用结构，给出了可修退化系统最优的生产批量和视情维修阈值的求解模型。通过数值分析验证了最优策略的有效性，并进行了参数的敏感性分析，为设备管理者提供决策依据。     

基于三维Puck失效准则及唯象模量退化的复合材料臂杆屈曲分析

针对碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）臂杆结构在压缩和扭转载荷条件下屈曲与后屈曲问题,采用三维Puck失效准则和基于唯象分析的模量退化方法,同时考虑层合结构就位效应及沿纤维方向应力对横向强度的影响,建立了一种适用于考虑渐进失效CFRP结构的屈曲分析方法,并通过编写有限元软件ANSYS的USERMAT子程序进行了数值实现。与文献中实验结果的对比表明,上述方法能够分析复合材料结构的渐进失效过程和后屈曲承载特性,预测精度高。进而采用此方法,详细分析了某航天器臂杆结构在承受压缩与扭转载荷条件下的屈曲载荷及后屈曲特性。      

机械系统相关竞争失效的可靠性评估与维修策略研究

机械系统中存在相关竞争失效会影响系统的性能,为确保机械系统的正常运行,需要经常对其进行检测和维修。该文将提升机械系统运行可靠性作为目标,进行了机械系统相关竞争失效的可靠性评估与维修策略研究。通过建立随机过程、基于Copula函数构建机械系统相关性模型、基于信息准则进行模型择优并构建多元退化失效模型,对其进行可靠性评估。再结合机械系统状态转移与系统维修建模,提出相应的维修策略,以期为提高机械系统运行可靠性以及降低维修成本提供参考。     

断裂失效分析

机械产品的失效一般可分为非断裂失效与断裂失效两大类。非断裂失效一般包括磨损失效、腐蚀失效、变形失效及功能退化失效等。     

复合材料连续损伤力学模型在螺栓接头渐进失效预测中的应用

提出考虑层合板面内(纤维和基体失效)和层间失效的复合材料连续损伤力学模型,对螺栓接头的渐进失效行为进行预测。基于Tsai-Wu强度准则,发展可以判定复合材料面内和层间失效的强度准则。采用幂指数衰减材料退化模型模拟复合材料的损伤扩展过程。建立连续损伤力学模型用以研究0°铺层比例和螺栓直径对复合材料螺栓接头挤压性能的影响,预测结果与实验结果吻合。结果表明:0°铺层比例过高,接头发生剪切破坏,降低连接结构承载能力;增大螺栓直径,层合板损伤受到抑制,可提高复合材料螺栓接头的挤压强度。      

内压作用下玻纤增强柔性管损伤失效预测

为深入探讨内压工况下玻纤增强柔性管的损伤失效机理，该文采用三维弹性力学理论，对柔性管三维本构关系开展理论分析，通过结合三维Hashin-Yeh失效准则与非线性刚度退化模型，建立了考虑基体材料非线性力学行为的柔性管三维渐进失效模型。采用静水压爆破实验对理论模型进行验证，在此基础上进行缠绕角度及径厚比等参数敏感性分析。理论模型与实验结果对比较为吻合；缠绕角度对柔性管在内压工况下的应力分布有较为明显的影响，随着缠绕角度的增加柔性管的首层失效荷载与最终爆破荷载均呈现增长趋势；随着径厚比的增加，柔性管承压能力迅速降低，但失效模式并未发生改变。     

复合材料单向层合板损伤失效试验研究

对T300/BMP-316单向层合板静载及疲劳加载各主方向损伤失效进行了试验研究, 为建立该材料各主方向疲劳加载剩余刚度退化表达式及剩余强度退化表达式提供了依据。同时, 获得了该材料剪切非线性因子, 给出了面内剪切疲劳加载试验循环过程中剪切刚度计算公式, 使用渗透剂增强的X射线图像技术对试样静载及疲劳破坏损伤状态进行了无损检测, 并对损伤失效机理形式进行了分析探讨。试验表明, 层合板结构应力分析中考虑材料剪切应力-应变的非线性效应是非常必要的。      

FRP复合材料剩余刚度退化复合模型

为建立剩余刚度与材料损伤量及剩余寿命的关系, 将纤维增强树脂复合材料(FRP)层合板在拉-拉疲劳载荷作用下的失效模式划分为纤维间破坏、纤维随机断裂与分层3种类型, 分析不同失效模式与剩余刚度退化量的定量关系, 提出一个集成各失效模式影响的剩余刚度退化复合模型。该模型适用于占寿命绝大多数比例的Ⅰ、Ⅱ阶段, 避免了Ⅲ阶段刚度降不确定性的影响。剩余刚度退化曲线按时间尺度归一化, 消除了试件个体分散性影响, 分散性显著降低。对4种E-glass/Epoxy玻璃纤维复合材料层压板与3种AS-4/聚醚醚酮(PEEK)碳纤维复合材料层压板的疲劳试验结果进行了统计分析, 表明本文模型适于精确描述复合材料的剩余刚度下降规律。      

基于比例型Paris公式和逆高斯过程的金属疲劳裂纹扩展随机模型

疲劳失效是金属构件的主要失效方式之一,该文针对金属疲劳裂纹扩展过程中的不确定性,以“首次达到给定裂纹长度a的时间t(a)”为随机描述量,采用比例型Paris公式描述裂纹的平均扩展路径,建立基于逆高斯过程的单样本疲劳裂纹扩展随机模型和考虑样本异质性的裂纹扩展随机效应模型,分别采用最大似然估计法(MLE)和最大期望算法(EM)推导了单样本模型和随机效应模型的参数估计公式。最后,利用提出的裂纹扩展随机模型拟合了68个铝合金板的疲劳裂纹数据,对结果进行了拟合优度分析。结果表明:该文提出的疲劳裂纹扩展随机模型能够有效地分析和解释金属疲劳裂纹扩展过程中的不确定性。     

基于gamma过程的锈蚀钢筋混凝土柱维护策略优化

随着在役钢筋混凝土结构的不断退化，业主们迫切关心如何利用有限资金在恰当时候对量大面广的结构进行管理与维护。基于gamma随机过程，该文提出了一种适用于锈蚀钢筋混凝土柱的维护策略优化方法。通过分析锈蚀引起的混凝土柱退化情况，该文建立了适用于不同锈蚀程度与受力状态的混凝土柱残余承载力计算模型。同时，考虑到结构退化过程的不确定性，采用gamma过程对锈蚀柱的失效概率进行了预测，并通过平衡失效风险与维修成本的方法，确定了结构的最佳维护时间。通过一个数值算例验证了该文提出方法的可靠性和有效性。结果显示：损伤程度与受力状态对锈蚀柱残余承载力有较大影响；此外，锈蚀柱的允许退化极限越小，结构的最佳维护时间越早，对应的期望相对成本越高。     

协调维护和失效损失的结构优化设计

本文建立了一个考虑结构在使用阶段内因结构失效导致的经济损失和正常维护费用的总费用模型，讨论了基于此模型的结构最优设计。本文从总费用角度给出了一个确定合理的结构体系失效概率Ｐｆ的途径，提出了在结构设计中应考虑使用阶段正常维护的结构优化设计思想。     

基于电子产品板级加速退化数据的可靠性分析

以某24 V-2 A稳压电源板在80 C,100 C,120 C下进行恒加加速退化试验为例,观测到电源板输出电压随温度变化的退化过程,由B-S模型采用回归方法进行了可靠性统计推断,并与其它评估结果比较.结论表明,基于加速性能退化数据进行板级电子产品可靠性评估方法可行、结果可信,且更节约试验成本和时间,无继往数据和无失效数据情况下仍能适用.     

浅析铝合金失效机理

关于铝合金失效机理一般是通过材料成分和材料的硬度来进行分析,一般来说模具材料的合金元素含量不足,或存在着不可忽视的冶金缺陷,就会导致铝合金失效。事实上失效是一个很复杂的概念,一般特点的失效机理取决于材料或结构的缺陷、材料的制造和组装过程中导致的损伤和储存以及现场使用环境等。本文着重介绍了各种可以使铝合金特性退化的失效机理。