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(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，已貫穿到產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、使用、運(yùn)輸、保管及維修等各個環(huán)節(jié)中。因此，發(fā)展和建立科學(xué)合理的可靠性分析理論與方法對于零部件和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造、安全運(yùn)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(yīng)力（或載荷）和強(qiáng)度概率分布已知的前提下，直接運(yùn)用應(yīng)力-強(qiáng)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(jì)算得到的可靠度實(shí)際上是隨機(jī)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(shí)上，由于零部件和系統(tǒng)在服役期間所受隨機(jī)載荷的作用通常是反復(fù)多次的，零部件或系統(tǒng)的可靠度和失效率應(yīng)當(dāng)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(jì)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(jì)分析獲得相應(yīng)的壽命分布函數(shù)，然后，得到失效率的表達(dá)式。顯然，這種失效率計(jì)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(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。
　　 對于機(jī)械系統(tǒng)而言，“相關(guān)”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(guān)性，簡單地在失效相互獨(dú)立的假設(shè)下進(jìn)行零部件和系統(tǒng)的可靠性分析與計(jì)算，常常會導(dǎo)致過大的誤差，甚至得出錯誤的結(jié)論。
　　 本文將綜合運(yùn)用應(yīng)力-強(qiáng)度干涉模型、順序統(tǒng)計(jì)量理論、泊松隨機(jī)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(guān)性，在不作獨(dú)立假設(shè)的前提下，直接運(yùn)用應(yīng)力-強(qiáng)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)強(qiáng)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(qiáng)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(jié)構(gòu)，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(qiáng)度分布，使得對于同一隨機(jī)載荷，不同的系統(tǒng)表現(xiàn)出不同的可靠度。分析了隨機(jī)載荷多次作用

5、下零部件和系統(tǒng)失效的過程，運(yùn)用順序統(tǒng)計(jì)量理論建立了隨機(jī)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(jìn)一步，建立了隨機(jī)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(yùn)用泊松隨機(jī)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(qiáng)度不退化和強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)載荷的作用和強(qiáng)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