零部件與系統(tǒng)動態(tài)可靠性建模理論與方法.pdf

1、可靠性作為衡量機械產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標之一，已貫穿到產(chǎn)品的開發(fā)、設計、制造、試驗、使用、運輸、保管及維修等各個環(huán)節(jié)中。因此，發(fā)展和建立科學合理的可靠性分析理論與方法對于零部件和系統(tǒng)的設計制造、安全運行以及全生命周期管理都具有十分重要的意義。
　　 傳統(tǒng)的可靠性建模方法是在應力（或載荷）和強度概率分布已知的前提下，直接運用應力-強度干涉理論建立零部件或系統(tǒng)可靠性模型。然而，這些模型并不能很好地反映零部件或系統(tǒng)可靠度和失效率隨載荷作用

2、次數(shù)或時間的變化規(guī)律，用這些模型計算得到的可靠度實際上是隨機載荷作用一次或特定次數(shù)時的可靠度，是一個“靜態(tài)”的可靠度。事實上，由于零部件和系統(tǒng)在服役期間所受隨機載荷的作用通常是反復多次的，零部件或系統(tǒng)的可靠度和失效率應當是隨載荷作用次數(shù)或時間而變化的。同時，傳統(tǒng)的零部件或系統(tǒng)失效率計算大多基于壽命分布函數(shù)，即通過對零部件或系統(tǒng)失效數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析獲得相應的壽命分布函數(shù)，然后，得到失效率的表達式。顯然，這種失效率計算方法是以大量的產(chǎn)品失效數(shù)

3、據(jù)為前提，因此,并不能在新產(chǎn)品的研發(fā)階段直接指導產(chǎn)品的設計。
　　 對于機械系統(tǒng)而言，“相關”是其失效的普遍特征，忽略系統(tǒng)中各零部件之間以及零部件中各失效模式之間失效的相關性，簡單地在失效相互獨立的假設下進行零部件和系統(tǒng)的可靠性分析與計算，常常會導致過大的誤差，甚至得出錯誤的結論。
　　 本文將綜合運用應力-強度干涉模型、順序統(tǒng)計量理論、泊松隨機過程以及概率微分方程，建立零部件和系統(tǒng)的動態(tài)可靠性模型?？紤]共因失效這種失效

4、相關性，在不作獨立假設的前提下，直接運用應力-強度干涉模型建立了多種失效模式下的零部件可靠性模型和系統(tǒng)可靠性模型。在分析系統(tǒng)可靠性模型結構特點的基礎上，提出了系統(tǒng)強度的概念，并建立了串聯(lián)系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng)以及k/n系統(tǒng)強度的累積分布函數(shù)和概率密度函數(shù)。指出系統(tǒng)可靠性模型與零部件可靠性模型具有相同的結構，零部件或單元的不同組合形成不同類型的系統(tǒng)，具有不同的系統(tǒng)強度分布，使得對于同一隨機載荷，不同的系統(tǒng)表現(xiàn)出不同的可靠度。分析了隨機載荷多次作用

5、下零部件和系統(tǒng)失效的過程，運用順序統(tǒng)計量理論建立了隨機載荷多次作用時等效載荷的累積分布函數(shù)和概率密度函數(shù)。進一步，建立了隨機載荷多次作用下的零部件和系統(tǒng)可靠性模型，研究了零部件和系統(tǒng)可靠度與失效率隨載荷作用次數(shù)的變化規(guī)律。運用泊松隨機過程描述載荷作用次數(shù)隨時間的變化規(guī)律，分別建立了強度不退化和強度退化時零部件和系統(tǒng)的動態(tài)可靠性模型，并研究了零部件和系統(tǒng)可靠度與失效率隨時間的變化規(guī)律。
　　 研究表明，強度不退化或退化不明顯時，零

6、部件和系統(tǒng)的可靠度隨時間逐漸降低，失效率隨時間逐漸減小，失效率曲線具有“浴盆”曲線中“早期失效期”和“偶然失效期”的特征。強度退化時，零部件和系統(tǒng)的可靠度隨時間逐漸降低且較為明顯，零部件和系統(tǒng)的失效率曲線具有“浴盆”曲線的全部特征。指出零部件和系統(tǒng)早期失效以及其較高的失效率并不只是由其初始缺陷所引起，而是由隨機載荷的作用和強度所共同決定的。
　　 本文所建立的零部件和系統(tǒng)動態(tài)可靠性模型可以動態(tài)地反映零部件和系統(tǒng)可靠度與失效率隨載