管道、鋼纜類系統(tǒng)可靠性建模若干關(guān)鍵問題的研究.pdf

1、在實(shí)際工程中有這樣一類一維長度很大的工程結(jié)構(gòu)對象（可以看作是“連續(xù)系統(tǒng)”），如飛機(jī)液壓系統(tǒng)中的管道、天然氣石油管道、懸浮橋上的鋼纜等。對其進(jìn)行可靠性分析與評價(jià)時(shí)，如果簡單地將其看作一個(gè)元件，顯然難以對這樣的對象進(jìn)行計(jì)算或?qū)嶒?yàn)，無法準(zhǔn)確給出其可靠性指標(biāo)，然而將其作為一個(gè)系統(tǒng)，又沒有明顯的“元件”的概念。尤為關(guān)鍵的是把連續(xù)系統(tǒng)作為一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析時(shí)，就要考慮其各部分（管段）的失效相關(guān)性，傳統(tǒng)獨(dú)立失效假設(shè)下的串聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型不再適

2、用。
　　 同時(shí)與管道類連續(xù)系統(tǒng)類似的是關(guān)于鋼纜的失效概率問題，除了將鋼纜整體直接看成像管道類連續(xù)系統(tǒng)來研究之外，通常的做法是將其分成由單根鋼絲組成的存在載荷分擔(dān)、載荷傳遞（即載荷共享）的并-串聯(lián)系統(tǒng)來研究。因此，傳統(tǒng)的并聯(lián)相關(guān)失效系統(tǒng)的可靠性模型已經(jīng)不再適用，需要建立新的鋼纜類并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性模型。
　　 本文以管道、鋼纜等復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性建模為背景，重點(diǎn)分析其可靠性建模的方法，并解決了可靠性建模過程中的相關(guān)失效、載荷

3、多次作用、強(qiáng)度退化、單元劃分原則、連續(xù)系統(tǒng)可靠性有界性、載荷傳遞、累積損傷等關(guān)鍵問題。具體研究成果如下：
　　 (1)將管道類連續(xù)系統(tǒng)離散成由若干虛擬單元組成的串聯(lián)系統(tǒng)，在不作獨(dú)立失效假設(shè)下，應(yīng)用系統(tǒng)級的應(yīng)力-強(qiáng)度干涉模型建立了管道類相關(guān)失效系統(tǒng)的可靠性SC模型。所建立的SC模型能夠反映單元間的相關(guān)失效的影響以及連續(xù)系統(tǒng)強(qiáng)度的二重分散性（材料的自身不均勻性以及材料制造質(zhì)量的不穩(wěn)定性）。然后，應(yīng)用Monte Carlo方法相對于傳

4、統(tǒng)試驗(yàn)的優(yōu)勢對建立的相關(guān)失效系統(tǒng)可靠性模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證，證明本文所建立模型是合理正確。
　　 (2)在SC模型（靜態(tài)可靠性模型）的基礎(chǔ)上，從管道類連續(xù)系統(tǒng)整體的角度入手，通過應(yīng)用泊松隨機(jī)過程模擬載荷的多次隨機(jī)作用并考慮強(qiáng)度的退化，建立管道類相關(guān)失效連續(xù)系統(tǒng)的時(shí)變可靠性模型（動態(tài)可靠性模型）。研究表明：所建立的時(shí)變可靠性模型的失效率曲線具有浴盆曲線的三個(gè)典型特征。
　　 (3)在單元強(qiáng)度服從Weibull分布的前提下，應(yīng)用

5、“參數(shù)變換方法”確定了連續(xù)系統(tǒng)單元劃分原則，即可以把試樣長度當(dāng)作等效的單元長度來確定連續(xù)系統(tǒng)強(qiáng)度的分布，并進(jìn)行了數(shù)學(xué)證明。同時(shí)模擬了連續(xù)系統(tǒng)可靠度隨連續(xù)系統(tǒng)長度的變化規(guī)律，研究了連續(xù)系統(tǒng)可靠度的下限值問題。
　　 (4)基于損傷等效原則轉(zhuǎn)換由于載荷的傳遞引起的不同壽命分布的等效工作時(shí)間，并分步計(jì)算并聯(lián)系統(tǒng)可靠度，應(yīng)用全概率公式對鋼纜類相關(guān)失效系統(tǒng)進(jìn)行疲勞壽命可靠性建模，并與基于等概率轉(zhuǎn)換的并聯(lián)系統(tǒng)疲勞壽命可靠性模型進(jìn)行對比分析。