零件动态可靠性建模及早期失效率研究

 传统的零件可靠性模型并不能很好地反映随机载荷作用次数对可靠性的影响，同时也掩盖了载荷对零件失效率尤其是早期失效率的贡献。从随机载荷作用的统计学意义出发，运用顺序统计量理论建立了载荷多次作用下的零件可靠性模型；在此基础上，运用泊松随机过程描述载荷的作用过程，建立了零件的动态可靠性模型，并研究了零件可靠度和失效率随时间的变化规律。指出零件的早期失效及失效率并不只是由零件的初始缺陷引起的，而是由随机载荷的作用和零件的强度共同决定的。     

基于强度退化的齿轮可靠性计算模型研究及应用

为了研究强度退化对齿轮可靠性的影响,针对一般工作环境下具有多种失效模式的齿轮,通过引入条件概率,考虑零件失效相关性和材料性能退化因素,利用动态应力-强度干涉模型建立基于强度退化的齿轮可靠性的计算模型。以某型齿轮可靠度计算为例,其计算结果表明:在考虑材料强度退化时,齿轮的可靠度随工作时间的增加不断降低,验证了该计算模型的准确性。     

载荷多次作用下的共因失效系统可靠性模型

研究了随机载荷作用次数对系统可靠性的影响,指出传统的可靠性模型并不能很好地反映载荷作用次数对系统可靠性的影响,运用载荷-强度干涉模型和顺序统计量理论建立了随机载荷多次作用下的共因失效系统可靠性模型.考虑系统中零件的失效相关性,在不作失效独立假设的前提下,运用系统级载荷-强度干涉模型建立了共因失效系统可靠性模型.根据随机载荷作用的统计学意义,运用顺序统计量理论建立了载荷多次作用时等效载荷的累积分布函数和概率密度函数,在此基础上,建立了随机载荷多次作用下的共因失效串联系统、并联系统以及k/n系统可靠性模型.     

基于改进发生函数方法的多状态系统可靠性分析

发生函数(UGF)是多状态系统可靠性分析的重要数学手段。通过分解算子,对载荷发生函数进行展开,再结合内积算子和强度发生函数建立考虑共因失效时计算多状态系统可靠度的数学模型。提出了考虑载荷多次作用效应和多种载荷作用时的可靠度计算模型。通过实例研究了共因失效和载荷多次作用效应对多状态系统可靠性的影响。研究表明,共因失效和载荷多次作用效应均对系统及零件可靠度产生影响,而且系统可靠度随着载荷作用次数的增加显著下降。运用本文模型可以直接计算指定载荷作用次数下,存在共因失效时的多状态系统可靠度。     

滚动轴承平均故障前时间计算方法研究

滚动轴承的平均故障前时间(MTTF)和平均失效率是旋转类机械设备可靠性预计和分析的重要基础数据,传统源于统计样本信息的滚动轴承MTTF和失效率数据可信度不高,难以约束滚动轴承的可靠性定量设计。为得到可信度更高的滚动轴承MTTF,利用滚动轴承疲劳寿命计算方法,基于滚动轴承寿命与可靠度的关系研究,推导了威布尔分布的MTTF和平均失效率计算公式,提出一种滚动轴承MTTF和平均失效率的计算方法和流程,给出了滚动轴承MTTF和平均失效率的计算示例。解决了利用设计参数(工作寿命、可靠度、动载荷等)计算滚动轴承MTTF和平均失效率的问题,可为滚动轴承及其配套产品的可靠性预计和分析提供数据和方法支持。     

随机疲劳可靠度预测的状态分析方法研究

 两级载荷下的疲劳剩余寿命试验结果显示,在没有疲劳失效的情况下,若先施加低应力,则在后续的高应力下剩余寿命的标准差与该高应力下原始寿命的标准差相比变大;若先施加高应力,则在后续的低应力下剩余寿命的标准差与该低应力下原始寿命的标准差相比变小。根据两级循环载荷作用下剩余疲劳寿命分布规律的实验规律,以描述剩余寿命分布变化的数学模型为基础,提出了一个根据载荷历程作用下结构/ 零件状态变化预测随机载荷下疲劳可靠度的方法。使用该方法,可以根据已知的材料或零件的原始P-S-N 曲线,借助剩余寿命分布和载荷循环数—疲劳寿命干涉分析计算随机载荷作用下的疲劳可靠度。     

压气机叶片疲劳可靠度及寿命的预测方法

提出在缺乏零件工作载荷谱时, 进行该零件疲劳可靠性设计计算的方法。用使用过一段时间后的零件进行疲劳试验, 根据这些试验数据统计出剩余疲劳损伤强度, 利用它确定该零件在工作寿命期间的总疲劳损伤量。然后用疲劳累积损伤可靠性模型进行零件疲劳可靠性设计计算。并以航空发动机压气机工作叶片为例, 说明如何使用剩余疲劳损伤强度预测叶片的可靠度或寿命。      

零件疲劳平均失效率计算方法研究

失效率、平均失效率、平均剩余寿命决定了结构的寿命分布和可靠度,在机械产品的可靠性研究中具有非常重要的作用。基于可靠性度量的基本指标,推导寿命分布为两参数威布尔分布时疲劳可靠性系数与可靠度的关系,提出基于疲劳可靠性系数计算结构失效率和平均失效率的方法,并给出相应的计算过程,形成不同寿命度量指标下较为简便的计算方法。利用已有的整体搭接壁板结构疲劳寿命试验数据,采用本文所提方法与传统积分方法对整体搭接壁板结构进行疲劳平均失效率计算和误差分析。结果表明：所推导的计算公式形式简单,便于计算,且具有高度准确性,对机械结构的FMECA 以及维修决策的制定具有指导意义。     

基于性能退化数据的可靠性建模分析

针对传统可靠性评估方法难以解决高可靠度、长寿命产品的可靠性评估问题,本文在使用失效时间数据的基础上,提出了使用产品的性能退化数据的方法。在很多情况下,退化过程中的性能退化数据比失效时间数据更有价值。文章介绍了退化数据的优点,提出了对产品退化的一般轨迹模型;针对高可靠度的产品提出了基于退化轨迹和退化量分布的两种评估方法,并用实例分别对两种评估方法进行展开应用,验证了方法的有效性。     

威布尔方法在机械产品可靠性设计、分析和评价中的应用(中)

3　威布尔设计法在机械产品可靠性设计中的应用3 .1　设计的主要步骤3 .1 .1　确定各零件设计参数的初始值根据机械零件的设计要求和以往经验 ,对所设计的零部件进行打样设计 ,确定其几何尺寸等有关设计参数的初始值。3 .1 .2　确定各零件的主导失效模式根据经验或利用ＦＭＥＣＡ ,找出需要进行可靠性设计、分析的零件的主导失效模式。3 .1 .3　导出可靠寿命与设计参数的关系如对各齿轮进行运动和力学分析 ,并运用载荷 寿命关系式 (Ｐａｌｍｇｒｅｎ模型 )、威布尔分布函数表达式等关系式导出 90 %可靠寿命Ｂ 1 0与初始设计参数的关系。3 .1…     

Reliability analysis of aero-engine blades considering nonlinear strength degeneration

To comprehensively consider the effects of strength degeneration and failure correlation, an improved stress-strength interference (SSI) model is proposed to analyze the reliability of aeroengine blades with the fatigue failure mode. Two types of TC4 alloy experiments are conducted for the study on the damage accumulation law. All the parameters in the nonlinear damage model are obtained by the tension-compression fatigue tests, and the accuracy of the nonlinear damage model is verified by the damage tests. The strength degeneration model is put forward on the basis of the Chaboche nonlinear damage theory and the Griffith fracture criterion, and determined by measuring the fatigue toughness during the tests. From the comparison of two kinds of degeneration models based on the Miner’s linear law and the nonlinear damage model respectively, the nonlinear model has a significant advantage on prediction accuracy especially in the later period of life. A time-dependent SSI reliability model is established. By computing the stress distribution using the finite element (FE) technique, the reliability of a single blade during the whole service life is obtained. Considering the failure correlation of components, a modified reliability model of aero-engine blades with common cause failure (CCF) is presented. It shows a closer and more reasonable process with the actual working condition. The improved reliability model is illustrated to be applied to aero-engine blades well, and the approach purposed in this paper is suitable for any actual machinery component of aero-engine rotor systems.     

A novel imprecise stochastic process model for time-variant or dynamic uncertainty quantification

This paper proposes a novel model named as “imprecise stochastic process model” to handle the dynamic uncertainty with insufficient sample information in real-world problems. In the imprecise stochastic process model, the imprecise probabilistic model rather than a precise probability distribution function is employed to characterize the uncertainty at each time point for a time-variant parameter, which provides an effective tool for problems with limited experimental samples. The linear correlation between variables at different time points for imprecise stochastic processes is described by defining the auto-correlation coefficient function and the cross-correlation coefficient function. For the convenience of analysis, this paper gives the definition of the P-box-based imprecise stochastic process and categorizes it into two classes: parameterized and non-parameterized P-box-based imprecise stochastic processes. Besides, a time-variant reliability analysis approach is developed based on the P-box-based imprecise stochastic process model, through which the interval of dynamic reliability for a structure under uncertain dynamic excitations or time-variant factors can be obtained. Finally, the effectiveness of the proposed method is verified by investigating three numerical examples.     

关联大系统的鲁棒稳定性

 综述了近十几年来关联大系统鲁棒稳定性的研究情况。主要包括常用的研究方法、观测器理论的发展、大系统的故障检测、定常及时变不确定大系统的稳定性和鲁棒性等。这些方面的研究都是围绕状态反馈基本控制结构形式展开的。最后探讨了鲁棒稳定性研究中存在的问题和发展趋势。     

时变磨损间隙对机构可靠性的动态影响

为克服磨损速率恒定和磨损影响因素随机性假设带来的不足,并准确预测机构磨损可靠性的动态变化过程,利用等效弹簧阻尼接触碰撞力模型和磨损过程离散化方法,建立了关节间隙的时变磨损方程;引入PHI2方法、定义上穿率,将时变磨损方程转变成时变可靠性方程,从而提出了含时变间隙多体系统动力学和PHI2方法相结合的磨损可靠性分析方法。以某星载天线双轴定位机构为例,研究了产品可靠性及参数概率灵敏度的动态变化规律,分析了磨损各参数对产品可靠性的影响。结果表明,在稳定磨损阶段结束以前,接触碰撞力是主导因素,其对可靠性的敏感度是其他因素的10倍以上,此后,间隙将超过接触碰撞力,成为新的主导因素;且间隙存在临界情况,在此之前,间隙的适当增大有利于产品可靠性的提高。相比于现有研究强调磨损随机性、忽略磨损过程的非线性变化和间隙时变对可靠性的影响,所提方法能准确预示磨损及可靠性的动态变化过程。     

共因失效相关同级叶片系统可靠性分析

为了准确地分析航空发动机的可靠性,针对航空发动机失效模式多、相关性复杂的特点,在考虑失效模式相关性的基础上,建立了共因失效相关的结构系统可靠性模型。采用蒙特卡罗法和近似数值分析法对航空发动机同级叶片系统在叶片静强度不足失效、叶片外缘变形碰摩失效及考虑2种失效模式下的可靠度进行了计算分析。分析表明与共因失效相关的可靠性模型相比,传统的不考虑失效模式相关性的可靠性模型使可靠度评估过于保守。近似数值分析法在保持与蒙特卡罗法计算精度相同的情况下,能够大幅提高计算效率。     

时变可靠性分析的高效近似最大可能轨迹法

现有的时变可靠性分析方法在处理飞行器复杂时变可靠性分析问题时,存在求解效率过低的问题。在基于近似最大可能轨迹的时变可靠性分析方法的基础上,根据时间离散所得串联系统瞬时可靠度最小的组件决定整个系统可靠度的特点,在最大可能轨迹自适应建模过程中同时考虑轨迹模型的预测误差和预估值增加样本,提出时变可靠性分析的高效近似最大可能轨迹法;采用解析算例验证最大可能轨迹自适应采样方法的有效性,并将该可靠性分析方法应用于水动力涡轮叶片和某空天飞行器机翼的时变可靠性分析。结果表明：在精度相近的情况下,所提方法对极限状态函数调用次数不高于基于时间离散的可靠性分析方法的3%。     

基于失效概率的涡轮后机匣全局灵敏度分析

涡轮后机匣是航空发动机安全的关键部件,但是其具有工况复杂、不确定性因素多的缺点。为了探究输入随机变量的不确定性对涡轮后机匣结构失效概率的影响,建立参数化有限元模型进行确定性分析。考虑材料性能、几何参数及外部载荷的不确定性,对涡轮后机匣两种典型失效模式：强度失效以及刚度失效建立极限状态函数;通过构造自适应Kriging 代理模型并结合重要抽样方法评估涡轮后机匣结构失效概率,利用基于失效概率的全局灵敏度方法对涡轮后机匣结构可靠度的不确定性来源进行分析,对各输入随机变量重要性进行排序,构建一种涡轮后机匣全局灵敏度分析框架。结果表明：涡轮后机匣在两种失效模式以及系统失效模式下,发动机推力以及线性膨胀系数对结构失效概率影响最为显著,应对其重点考虑;内外机匣长度以及材料弹性模量对涡轮后机匣结构失效概率影响较小,可对其适当忽略。     

不确定广义系统的鲁棒稳定性分析

本文通过矩阵测度，范数，以及Lyapunov方法研究了具有仿射型时不变香变不确定广义系统的鲁棒稳定性问题，得到了不确定广义系统具有无脉冲鲁棒容许的充分条件。并给出数值算例。     

用摄动法研究几何尺寸为随机量时轮盘的可靠性

几何尺寸和材料性质等的随机性都影响结构的可靠性。本文提出用建立在二阶摄动法基础上的概率有限元来分析轮盘的几何形状不确定时的随机应力场和可靠性, 研究用摄动方法处理问题的基本思路, 推导随机应力场和可靠度的计算公式, 用简单算例分析讨论了几何尺寸对可靠性的影响规律, 算例结果与MonteCarlo模拟结果的对比表明本文的方法有效, 理论正确。      

具有独立失效模式的多自由度非线性振动系统的可靠性分析

 对不考虑失效模式相关性的多自由度非线性随机振动系统可靠性进行了研究。在结构系统响应和状态函数的前四阶矩的一般数学表达式的基础上,使用 Edgeworth级数把未知响应和状态函数的概率分布展开成标准的正态分布表达式,并放松了对随机参数的分布概型和激励类型的限制,从而确定了系统的可靠度。