应用故障模式规避提高卫星运行可靠性方法研究

可靠性指系统在各种可能条件下正常运行的能力,系统可靠性是系统工程研究的重要内容.卫星及其运行环境的特殊性导致其运行可靠性研究难以应用可靠性工程通常使用的概率和统计学方法.通过研究应用故障模式规避(FMA)方法提高卫星运行可靠性,识别了单边和双边故障模式,定义了故障模式及其规避过程的数学表述,提出了用于故障模式规避的扩充非关联控制因素约束边际区间、自主选择故障模式状态空间、故障模式状态空间预测、故障模式隔离和关联控制因素与故障模式策略,给出了相应的案例.      

基于知识模型的产品设计方案失效风险评估

考虑失效模式间的关联性,提出了一种基于知识模型的机械产品设计方案失效风险评估与优选方法.该方法使用数据聚类法鉴别失效模式的主要关联关系,给出了失效模式关联系数的计算方法,实现了对失效模式关联知识的有效获取;并在产品"功能—失效模式—失效风险"知识表示的基础上,通过二维"屋顶"形三角阵和三维立方阵实现了对失效模式关联系数的表达,建立了产品"功能—失效模式—失效风险—模式关联"知识模型.在知识模型的支持下,研究了加权线性合成的关联失效模式严重度评估方法,给出了失效模式和产品功能的风险优先数计算方法,实现了基于知识的机械产品设计方案失效风险评估过程与优选.最后,通过实例说明了上述方法的有效性.      

推进剂储罐裂纹缺陷非概率可靠性分析方法

在推进剂储罐服役期内，准确地对裂纹缺陷进行分析，掌握储罐存在裂纹缺陷情况下的可靠状态，既可保证发射场的安全，亦可有效避免不必要的恐慌，为应急预案的制定提供参考。基于区间理论与失效评定图理论，提出一种非概率失效评定图（NFAD）可靠性分析方法。有效解决了工程实际中难以准确获得失效评定点与失效评定曲线情况下，推进剂储罐裂纹缺陷的可靠性分析问题。结合实例参数对所提方法进行验证，结果表明：无需精确失效评定图与失效评定曲线，所提方法可对储罐裂纹缺陷的任意状态进行分析，并可以充分考虑分析中的不确定性，将传统失效评定图方法失效或可靠的二元逻辑状态细化为3种情况，可靠性指标为0表示失效状态，可靠性指标大于0小于1表示可靠度，可靠性指标大于等于1表示安全裕度。     

四旋翼无人机的自适应容错控制

针对四旋翼无人机执行机构部分失效故障和传感器偏差问题,为了可靠,安全、稳定的飞行,采用自适应容错控制策略.当无人机飞行时,利用二阶卡尔曼滤波器在线快速估计状态、检测执行器故障和传感器偏差,当执行器故障检测和诊断出来后,将故障因子视为自适应因子,用来调节自适应容错控制器的参数,使故障影响变小,同时估计传感器的偏差,如有偏差,则将偏差部分补偿给输出信号.在Matlab实验平台上对所提方法的可行性和有效性进行仿真验证,结果表明四旋翼无人机执行机构在发生部分失效故障和传感器偏差时,采用自适应容错控制策略,输出信号能够快速跟踪参考输入信号,实现了对四旋翼无人机的容错控制.     

立体物料仓库单元的机械系统FMEA分析

立体物料仓库单元是钣金自动化智能生产线中重要的板料储存中心，其可靠性问题直接关系到钣金自动化智能生产线的可靠性，因此，对钣金自动化智能生产线的立体物料仓库单元机械系统进行故障模式及影响分析(FMEA)十分重要。针对传统FMEA中缺少功能和故障因果关系分析的问题，提出使用维护感知设计环境(MADe)软件对立体物料仓库单元的机械系统进行功能分析和故障数据分析，并建立立体物料仓库单元的功能模型图和机械系统的故障因果关系图。在此基础上，根据立体物料仓库单元功能模型图构建机械系统的模糊认知图(FCM)邻接矩阵，再通过计算得出立体物料仓库单元机械系统的FMEA表。对立体物料仓库单元机械系统进行基于MADe软件的FMEA分析显示，所提方法对提高钣金自动化智能生产线可靠性具有通用性。      

基于多应力加速试验方法的智能电表寿命评估

如何准确地分析、评估多应力-多参数下智能电表的可靠性和寿命是当前热点.首先分析了在温度、湿度、电应力、振动和磁场等条件下智能电表的性能参数内涵,通过失效机理分析提炼了关键参数及其敏感应力,然后通过强化试验探索了关键参数应力极限条件,设计了加速寿命试验方案并实施,对试验数据进行退化轨迹建模、多应力加速模型研究,综合评估了智能电表可靠性和寿命水平.本文成果能为改善智能电表可靠性和寿命提供方法.      

高压涡轮叶尖径向运行间隙概率设计

为了改善高压涡轮叶尖径向运行间隙(BTRRC,Blade-Tip Radial Running Clearance)设计和控制合理性,考虑典型载荷下的热载荷和机械载荷和合理选取随机变量,在确定性分析基础上对BTRRC进行了概率设计.通过确定性分析,得出涡轮盘、叶片和机匣的径向变形以及BTRRC随时间变化规律,并找出危险点(t=180 s)作为概率设计的计算点.通过概率分析,不但得到了各部件径向变形的概率分布特征及不同稳态叶尖间隙δ下的失效数、失效概率和可靠度,还找到了影响它们径向变形和BTRRC的主要因素.综合考虑航空发动机可靠性和效率,将δ设定为1.95 mm为宜,满足设计和工程要求,为BTRRC的控制和设计提供了依据.     

航空发动机可靠性评估中故障样本时效性分析

通过故障数据建立可靠性模型反映系统可靠性状态的变化具有一定的滞后性,随着发动机可靠性水平的不断提高,对航空发动机进行可靠性评估需要将早期故障样本进行时效性处理.提出衰减因子 α 用于表示故障强度的衰弱程度,对Gompertz可靠性增长模型改进得到故障的衰减函数,来描述故障强度的衰弱过程;用Bayes方法合理利用发动机全部故障样本进行数据融合,可有效解决样本的时效性问题.对在研的某涡扇发动机进行故障统计分析,研究了典型故障模式的时效性变化,结果表明:考虑样本的时效性后进行可靠性评估对发动机当前的可靠性水平能给予更加科学的评价.     

基于危害度航空发动机可靠性评估模型及应用

针对航空发动机可靠性指标评估的需要,提出了基于危害度故障统计分析模型.该模型考虑各故障样本对发动机危害性的影响,将出现的故障按照对发动机安全、性能、任务及维修等指标的影响进行等级分类,从故障的失效机理出发建立相应的分布模型,采用分布计算和二次分布等算法进行整体可靠性指标评估.应用该模型对英产和国产的2种同类型航空发动机进行了故障统计分析,计算了2种发动机的可靠性指标,并进行了对比分析.最后以累积工作时间和日历工作时间进行了故障的时间变化分析,提出了故障样本的时效性.      

多种失效模式履带车辆扭力轴可靠性稳健设计

履带车辆扭力轴通常存在多种失效模式,因此对其进行灵敏度设计分析时需要充分考虑不同失效模式的影响。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,运用随机摄动理论和四阶矩技术,求得各个失效模式状态函数的前四阶矩和可靠性指标,有效解决了结构随机变量参数分布未知时,不同失效模式下构件可靠度的计算问题。根据机械零件发生一种失效模式即整体失效的具体特点,研究含相关性的不同失效模式机械零件的可靠度计算方法。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灵敏度计算公式,进而根据灵敏度的分析结果,提出多种失效模式下多目标优化的可靠性稳健设计模型。数值算例表明,本文方法可以高效迅速地估计多失效模式下机械构件的可靠性灵敏度。最后还对其进行了可靠性稳健优化设计研究。      

基于多失效模式的扭簧可靠性优化分析

基于广义应力 广义强度分布干涉理论和单一失效模式下扭簧可靠性计算模型,建立了多失效模式下扭簧可靠度优化数学模型,采用规格化加权法进行各失效模式影响相同（等失效效应）和有差异（非等失效效应）两种情况下的扭簧可靠度计算。在给定扭簧结构和工况约束条件下,应用提出的计算模型和技术进行了失效模式影响相同和有差异的基于可靠度最大的扭簧结构优化,与非优化结构的扭簧可靠度的比较,以及这两种情况下的扭簧可靠度比较。结果表明,提出的可靠度优化模型和方法是可靠和有效的,对于航天工程中零部件的可靠性优化分析具有很好的借鉴作用。     

基于广义退化的机械结构模糊时变可靠性分析

航天在轨机械产品样本量少的特点导致其相关参数和动态退化失效判据具有模糊性,而现有的模糊可靠性模型一般针对静态问题进行分析,并不能描述机械产品可靠性的时变、模糊问题。本文基于广义应力强度干涉模型,同时考虑变量和失效判据的模糊性,提出了模糊时变可靠性建模及分析方法。该方法首先将模糊判据转化为极限状态方程中的随机变量;然后利用模糊论中的截集法处理模糊随机变量,建立机械产品的模糊时变可靠性模型;之后基于PHI2方法（一种基于上穿方法的结构时变可靠性分析方法）提出了求解模糊时变可靠度的新方法（FPHI2）;最后结合数值算例和工程案例验证了该方法的可行性。      

基于FFMECA的任务可靠性综合评价方法

任务可靠性的评价是武器装备研制生产过程中的重要工作内容,任务阶段的FMECA评价多从定性的角度进行,未考虑故障模式影响程度的定量指标。基于模糊数学思想,结合FMECA分析中的故障模式影响概率,形成FFMECA分析方法;并在此基础上,将那些影响任务完成的故障模式以定量的形式进行区分,进行考虑故障模式影响概率的任务可靠性评价,并以可撒布地雷为例开展了任务阶段的定量与定性分析。结果表明:本文方法紧密结合可靠性前期工作,对武器装备可靠性评价流程进行了规划,对可靠性评价方法的工程应用具有一定的指导意义。      

施必牢螺纹在采样钻具防松连接中的应用研究

在月面环境下实施钻取采样作业任务,采样钻具将受到驱动部件的高频冲击作用以及月壤交变载荷的复合作用,钻进过程中还可能需要钻具反转。为了确保在各种复杂条件下钻具的螺纹连接不松脱、不错相,对采样钻具螺纹连接失效模式进行了分析,提出了一种应用施必牢螺纹实现防松的方案,并与标准螺纹进行了对比性实验研究,验证了施必牢螺纹在采样钻具中应用的可行性。     

结合FMECA可靠性预计法

任何元器件的故障是以一定的故障模式表现出来的。当一个元器件以不同的故障模式发生故障时,设备产生的后果是不同的。结合FMECA(故障模式、影响及危害度分析)深入分析了故障模式的影响及其危害度,以提高可靠性预计的精度。 建立了结合FMECA可靠性预计模型。可预计产品的任务可靠度和致命故障间隔的任务时间。为便于推广,编制了相应的计算机程序并进行了实例运算。还对结合FMECA可靠性预计法和常规可靠性预计法进行了比较。     

载人飞船某连接分离机构的可靠性验证试验方法

论述了载人飞船某连接分离机构的功能、工作原理和主要故障模式,确定了该连接分离机构的可靠性特征量。基于计量型可靠性试验的基本思路,提出了该连接分离机构的可靠性试验方法,包括试验方法选择、试验件状态及试验条件的确定、试验程序、故障判据和可靠性评估方法;给出了应用示例,为载人飞船连接分离机构的可靠性验证提供了技术参考途径。     

循环电载荷下大功率LED金引线疲劳断裂寿命预测

随着大功率发光二极管（LED）在照明领域的普及与广泛应用,可靠性逐渐成为研究的重点。大功率LED封装器件中金引线疲劳断裂失效一直是制约其可靠性的重要因素。通过针对大功率LED封装器件中的金引线力学仿真与功率循环试验相结合的方法,首先确定循环电载荷条件下该型LED的主要失效原因为金引线疲劳断裂,其次提出基于电流加速模型的加速因子提取方法和基于应变幅值的Coffin-Manson解析寿命预测方法,最终完成对LED金引线疲劳断裂寿命的预测和试验验证。研究结果表明:所提方法具有较高的寿命预测精度,可以满足大功率LED封装器件可靠性快速、准确评估的要求。      

冗余直接驱动伺服作动系统建模与特性分析

为了提高数字式直接驱动伺服作动系统的可靠性,对系统进行了余度配置,电气部分采取三余度,机械部分采取二余度,设计了伺服作动系统的余度配置和管理方案.对系统的机理进行了深入研究,建立了二余度阀控液压缸、三余度直流无刷电动机等系统各部分的数学模型,分析了余度配置对系统的可靠性和动静态性能的影响.基于Matlab的仿真平台Simulink对冗余伺服作动系统进行了仿真分析.结果表明,系统在电气二次故障、机械一次故障的情况下仍保持较好的动态特性,系统的余度配置和管理方案使系统可靠性得到提高,动静态性能得到改善,为冗余直接驱动式伺服作动系统的研制提供了理论依据.