非正态分布参数的多失效模式机械系统可靠性鲁棒设计

在机械系统可靠性设计理论、可靠性灵敏度分析和鲁棒设计方法的基础上,讨论了非正态分布参数的多失效模式机械系统可靠性鲁棒设计问题,提出了非正态分布参数的多失效模式机械系统可靠性鲁棒设计的计算方法．把可靠性灵敏度融入可靠性优化设计模型之中,将机械系统可靠性鲁棒设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题．在基本随机参数的前四阶矩已知的情况下,可以迅速准确地得到机械系统可靠性鲁棒设计信息．     

多失效模式机械零件可靠性灵敏度估计

机械零件的失效往往存在多种失效模式,且这些失效模式对可靠性灵敏度均有影响,因此在进行可靠性灵敏度估计时,要充分考虑零件的各个潜在失效模式。提出一种多失效模式机械零件可靠性灵敏度分析的数值方法。运用随机摄动技术和四阶矩技术,求得各失效模式功能函数的前四阶矩及可靠性指标,解决了随机变量分布类型未知时,各失效模式的可靠度计算问题。根据机械零件失效模式较少的特点,将零件的潜在失效模式视为串联关系,则零件整体的失效即为失效模式的串联失效。结合灵敏度分析的梯度算法,推导出关于随机变量均值和方差的可靠性灵敏度的计算公式。数值算例表明所述方法可快速有效地估计多失效模式机械零件的可靠性灵敏度,且适用于非线性功能函数的情况。     

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.     

基于多失效模式相关分析的技术特征综合配置方法

通过分析机械可靠性设计相关研究工作的研究成果与不足,提出新的基于可靠性功能配置的技术特征配置方法。该方法利用可靠性功能配置的矩阵分解结构描述失效发生机理、软失效和硬失效模式三者之间的复杂关联关系。从考虑零部件多失效模式相关性的角度,提出各失效模式对零部件整体造成的可靠性损失的定义,并建立了可靠性损失的分析与计算模型。按可靠性损失的大小将零部件可靠性指标值分配给各个失效模式。在可靠性指标值分配基础上,利用逆可靠度法求解零部件技术特征值。以加工中心传动系统的研发为例,说明了所提方法的可行性和有效性。     

基于箭型止回阀案例的模糊可靠性评价方法

在过去的几十年中故障树分析方法一直被用来安全评价,传统的故障树分析方法是基于失效模式有准确的失效数据。但是,对于一个全新的系统由于缺乏失效数据和历史故障记录,尤其是在油气钻探现场,现有的故障树分析方法不能满足复杂多变的井下工况。基于模糊数学理论提出了一种模糊可靠性安全评价方法,利用模糊数的隶属函数实现定量计算分析,对多影响因素事件做出整体评价。结合箭型止回阀案例计算分析,验证了这种模糊可靠性安全评价方法的可行性和有效性。此外,通过对比分析该方法的计算结果和已知失效数据,两者相对误差也合理。因此,这种方法可用于评价历史失效数据不充足的非确定性事件,可实现对油气钻探现场井下工具的可靠性分析。     

阀门非关键状态影响的当量故障率计算方法研究

目前基于阀门系统当量失效概率的可靠性研究中,多数情况下系统非关键状态未被考虑,导致了可靠性评估结果不充分。提出了一种新的当量失效概率计算方法,通过故障模式与后果分析法中失效数据与当量故障系数比较计算得到考虑失效后果差异的失效概率数据。在此基础上,采用马尔可夫模型及概率论中数学期望方法得到期望状态转换次数,并与所有状态存在概率结合得到量化分析系统非关键状态影响的失效概率数据,从而得到采用所提方法计算的"当量失效概率"。最终通过零部件的当量失效概率运用Birnbaum重要度计算分析方法,确定对系统可靠度影响最为关键的部件。算例分析结果表明,采用所提方法计算得出的当量失效概率相对于传统当量失效概率计算方法,能更好的体现出系统非关键状态对于可靠性的影响。     

基于可靠性理论的多失效模式老龄平台剩余寿命预测

建立综合考虑平台结构构件的疲劳失效、腐蚀失效和静强度失效3种失效模式的可靠性模型.提出多失效模式下平台整体系统可靠度计算方法,分析不同失效模式对平台系统可靠性的影响.以可靠性理论为基础,考虑已服役载荷的验证作用,计算老龄平台系统在后继服役期内的可靠度指标,进而预测平台的剩余寿命.通过:Monte Carlo实例模拟结果表明,文中研究为平台服役后期的剩余寿命预测提供更为合理的计算方法,区分不同服役阶段的构件失效模式,可为平台的检修决策提供依据.     

失效相关下齿轮传动系统的可靠性稳健优化设计

本文研究了不完全概率信息下齿轮传动系统多失效模式相关时的系统可靠性评估与优化设计问题。首先,建立了齿轮传动系统不同失效模式的可靠性模型;其次,采用基于三阶矩的鞍点逼近方法,实现了各失效模式的边缘失效概率估计,并建立了基于鞍点逼近的可靠性灵敏度模型;然后,考虑相关性对系统失效概率估计的影响,提出了基于Copula函数的系统可靠性评估方法;最后,讨论了齿轮传动系统的可靠性优化设计问题。经过数值算例验证可知,采用不同copula函数计算得到的失效概率有很大差异,其中Gaussian和Clayton Copula得到的结果与蒙特卡罗模拟结果基本一致。采用Clayton Copula进行了可靠性优化设计,所得结果可为齿轮传动系统的优化设计提供参考。     

系统可靠性灵敏度分析方法及其应用研究

基于已有的单个失效模式可靠性灵敏度分析,建立多模式串、并联系统失效概率对基本变量分布参数的灵敏度分析方法,着重研究多模式并联系统可靠性灵敏度分析的近似方法.该方法以数字模拟为基础,根据样本点对系统失效概率的贡献,对计算失效概率的所有样本点进行筛选,并由筛选出的样本点线性回归模拟并联系统失效域,得到等价的单个线性极限状态方程,从而将多模式并联系统的可靠性灵敏度分析等价转换为单个模式的灵敏度分析.对于多模式串联系统的可靠性灵敏度分析,文中采用的方法是将串联系统的失效概率精确转换成单个模式失效概率与多个模式并联系统失效概率的代数和,然后逐项进行灵敏度分析,进而得到串联系统的可靠性灵敏度.对于结构系统的极限状态方程含有复杂综合随机变量的灵敏度分析问题,提出一种基于二次回归分析的近似处理方法,通过推导的综合随机变量分布参数对基本变量分布参数的偏导数公式和复合函数求导法则,最终得到复杂多模式系统失效概率对基本变量分布参数的灵敏度.文中用理论数值算例验证所提算法的精度与可行性,并将所提方法推广应用到工程算例中,验证其工程应用价值.     

具有中介状态抽油杆柱失效故障树的可靠性分析

传统抽油杆柱可靠性分析常采用＂正常＂和＂失效＂两级突变模式,未考虑到工程实际中的中介状态,在分析抽油杆失效故障树的基础上,提出基于＂安全-中介-失效＂三级工作模式的抽油杆可靠性分析。采用随机事件的S并运算和T交运算规则,建立具有中介状态抽油杆柱失效故障树可靠性向量的计算方法,求出抽油杆工作期间处于各种工作状态的概率,即安全概率,中介概率和失效概率,算例表明分析结果更加符合实际情况。     

多失效模式机械零部件可靠性灵敏度设计

基于应力-强度干涉模型,应用概率摄动法及四阶矩技术,讨论多失效模式下机械零部件可靠性分析问题.利用灵敏度分析的梯度算法,确定各个随机参数对机械零部件可靠性灵敏度.在随机参数前四阶矩已知的情况下,放松对随机参数的分布概型限制,使之更接近于工程实际,从而为多失效模式作用下机械零部件可靠性分析和可靠性设计等方面提供理论依据和方法参考.     

Vibration reliability sensitivity analysis of general system with correlation failure modes

The vibration problem of the general system is the main object of research. The material properties and geometry of general system are random parameters because of the manufacturing environment, technical conditions, manufacturing and installation errors, multiphase materials, features and other factors. According to the relation criterion that the difference between the natural frequency and the driving frequency of general systems is not beyond a specific value, the vibration reliability mode and vibration reliability of general systems are defined considering the correlation of the multi-order natural frequency and the random characteristics of structure size and material, and the vibration reliability analysis method for avoiding the resonant is carried out. The second-order joint failure probability is obtained by using the numerical integration method. Based on the reliability design theory and sensitivity analysis method, the vibration reliability sensitivity of the general system with correlation failure modes is extensively discussed and a numerical method for vibration reliability sensitivity design is presented. The variation regularities of vibration reliability sensitivity are obtained and the effects of random parameters on vibration reliability of the general system are studied. The presented method provided the theoretic basis for the reliability design of the general system. A numerical example demonstrated that the proposed method is effective.     

Reliability prediction of engineering systems with competing failure modes due to component degradation

Reliability of an engineering system depends on two reliability metrics: the mechanical reliability, considering component failures, that a functional system topology is maintained and the performance reliability of adequate system performance in each functional configuration. Component degradation explains not only the component aging processes leading to failure in function, but also system performance change over time. Multiple competing failure modes for systems with degrading components in terms of system functionality and system performance are considered in this paper with the assumption that system functionality is not independent of system performance. To reduce errors in system reliability prediction, this paper tries to extend system performance reliability prediction methods in open literature through combining system mechanical reliability from component reliabilities and system performance reliability. The extended reliability prediction method provides a useful way to compare designs as well as to determine effective maintenance policy for efficient reliability growth. Application of the method to an electro-mechanical system, as an illustrative example, is explained in detail, and the prediction results are discussed. Both mechanical reliability and performance reliability are compared to total system reliability in terms of reliability prediction errors.     

失效模式相关性对螺栓联接可靠性影响的分析

应用可靠度界限分析法分析计算了螺栓联接失效模式的相关性及其对联接可靠度的影响；用蒙特卡洛法对计算结果进行了验证，并对螺栓联接可靠度的简化计算精度作了说明。     

变量相关时多模式可靠性灵敏度分析的矩方法

针对变量相关情况下多模式系统可靠性灵敏度分析问题,给出一种通用数字模拟的方法,并将变量相关情况下单模式可靠性灵敏度分析的矩方法推广到多模式情况,得到串、并联多模式系统可靠性灵敏度分析的矩方法.在所提的方法中,首先将相关变量空间等效转化为不相关变量空间,并将系统多个失效模式的功能函数转化为不相关变量空间的功能函数,进而利用矩方法得到多模式系统失效概率对不相关变量空间基本分布参数的灵敏度,最后利用相关变量空间与不相关变量空间的等价关系及复合函数求导法则,求得多模式系统失效概率对相关变量空间中变量均值的灵敏度.并以数值算例说明所提方法的合理性.     

证据理论和区间分析相结合的可靠性优化设计方法

提出一种基于证据理论和区间分析方法的可靠性优化设计方法。对于给定的失效概率许用值f0,通过证据理论求出可靠性约束条件的似真度Pl(F),以Pl(F)f0作为可靠性约束条件的替代模型,进而提出基于证据理论的广义可靠性优化设计建模方法。当仅考虑随机不确定性时,所建立的模型退化为传统的随机可靠性优化设计模型。给出似真度Pl(F)的数值计算方法,并引入区间分析理论计算约束函数的值域,提高似真度的计算效率和可靠性优化的求解速度。开发基于证据理论和区间分析的可靠性优化设计遗传算法程序。给出了内压容器的可靠性优化设计实例。设计实例表明,所提出的方法正确、有效。     

圆柱形壳体最小质量可靠性优化设计

给出了圆柱形壳体的主要失效模式判据和失效应力的计算方法，然后按照壳体的设计要求和工作条件，建立了可靠性优化设计的目标函数（壳体质量最小）和约束条件的数学模型，最后给出了分别加Ｔ形、Ｉ型和Ｚ型肋壳体的可靠性优化设计实例。结果表明：在满足可靠性要求条件下，本文方法具有使圆柱形壳体的质量减小、尺寸合理和性能提高的优点，是一种有效的工程设计方法．     

石油化工泵用机械密封的可靠性参数估计

石油化工泵用机械密封的失效分为早期失效、偶然失效和耗损失效三种,其失效模式符合威布尔分布.给出了机械密封失效模式的威布尔表达式,介绍了采用矩估计法、极大似然估计法和线性回归分析法对机械密封可靠性数据进行参数估计的实用方法,提出了机械密封可靠度及寿命的计算方法.     

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。