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。     

基于加速退化试验的光纤陀螺组件寿命评估

工作在宇航环境中的光纤陀螺组件会受到复杂的应力作用,而陀螺组件本身结构复杂,价格昂贵,并且可靠性高,很难通过普通的加速寿命试验评估其寿命.运用包含剩余标准化系数的退化轨迹模型,描述了光纤陀螺组件退化量与应力水平的关系,并且运用双应力步进加速退化实验的方法,得到光纤陀螺组件在温度和辐照两种应力下的退化数据.结合光纤陀螺加速寿命模型,评估该陀螺组件在宇航环境下的寿命.     

基于随机过程的可靠性建模

基于Wiener过程、Gamma过程和逆高斯(Inverse Gaussian,IG)过程等随机过程的可靠性建模方法在装备可靠性评估中逐步得到应用.针对3类考虑随机影响的随机过程模型,分别阐述了各类模型在一元性能退化建模、二元性能退化建模、加速退化建模和竞争失效建模等情形下的应用情况,并展望了下一步研究方向.研究工作对...     

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。     

Gamma过程退化失效可靠性分析

退化型失效产品,可通过退化失效分析对其进行可靠性统计推断。性能退化一般是一个随机过程,并且是单调变化的,为描述产品的退化,给出了一个随机Gamma过程模型,通过求解该过程的首达时分布即可获得产品的失效分布。由于解析方法求解存在很大的难度,给出了一种基于仿真的求解方法。利用所得模型对强激光装置所用的某型金属化膜脉冲电容器进行了可靠性分析,说明了模型的适用性。     

基于Wiener和Copula函数性能退化模型的减推力起飞可靠性收益评估研究

从精细化、规范化管理使用发动机的角度出发,针对航空发动机减推力起飞在可靠性和安全收益指标的贡献度量化评估问题,提出了一种基于性能退化分析的可靠性收益评估方法。建立了单个性能参数Wiener退化量模型,并利用Copula函数进行二元相关性能参数退化量建模,提出了基于Copula函数和Wiener退化过程的二元相关性能可靠性模型。将模型应用于实例分析,通过发动机执行减推力和未执行减推力时的性能退化数据,定量地分析了执行减推力起飞技术对可靠性和在役寿命方面的贡献度,并将文中提出的方法与基于单参数的性能可靠度函数以及二元独立性能参数的性能可靠度函数进行对比分析。结果表明,执行减推力起飞技术的发动机在运行中有更高的安全裕度,在役寿命平均延长了23%左右。     

复杂退化系统的组合维修策略优化

由于现有视情维修研究中没有考虑定期维护的影响,无法准确反映定期维护下的系统性能退化规律,因而不利于合理制定定期维护与视情维修组合的维修策略。针对该问题,重点开展了该组合维修策略下的性能退化建模与维修决策研究。通过结合组合维修策略下的性能退化特点,从失效机理出发,利用复合Poisson过程建立了性能退化模型,并通过退化强度函数描述了仅恢复累积性能退化量而不改变性能退化规律的维修效果。同时,分析了该条件下的可靠度函数,说明了其具有阶梯型变化和突变性的特性。基于性能退化模型,建立了长期运行条件下以费用率最低为目标、失效风险为约束的组合维修决策优化模型,并求解确定了最优维护周期和预防性维修阈值。通过数值分析,描述了费用率随维修策略值变化的规律,说明了优化解的存在性。同时,通过与系统自身寿命规律比较,说明采用该优化模型,可以有效地延长系统的使用时间,实时控制失效概率,确保其具有较高的安全等级,进而有效地降低维修费用。     

考虑两种失效竞争的多状态冷贮备系统可靠性模型

针对装备系统中多状态工作部件存在退化失效与突发失效竞争的情况，以冷贮备系统为研究对象，假设系统内3个维修台可分别提供预防性维修与两种不同类型的修复性维修，采用随机检测策略，系统性能水平在一定范围内退化时进行预防性维修，部件完全退化失效时进行退化失效修复性维修，而突发失效时进行突发失效修复性维修；利用PH （Phase-type）分布描述模型中各类随机时间变量，外部冲击的到达则采用PH更新过程描述，建立了考虑退化失效与突发失效的多状态冷贮备系统可靠性模型。最后通过算例验证了模型的适用性，演示了预防性维修阈值以及三类维修速率对系统可靠性的影响。     

基于风扇退化的涡扇发动机寿命衰减双参数评估方法研究

由于涡扇发动机不同单元体之间存在耦合性,采用单一性能退化参数预测发动机剩余寿命明显是不全面的。本文根据风扇故障导致涡扇发动机退化机理,引入Frank Copula函数描述二元性能参数之间的相关性,并且采用二元非线性Wiener过程来构建性能退化模型,然后基于MCMC (Markov Chain Monte Carlo)方法进行模型参数估计,实现涡扇发动机剩余寿命预测。最终,通过涡扇发动机的仿真数据集来验证该方法的适用性。证明基于Copula函数的二元非线性Wiener过程建模为发动机剩余寿命预测提供了理论基础和技术支持。     

基于退化模型的失效机理一致性检验方法

有效的加速试验必须保证产品的失效机理不变。针对加速退化试验(ADT)可靠性建模的特点,提出了一种基于退化模型的失效机理一致性检验方法。以基于随机过程和基于退化轨迹拟合的退化模型为例,通过加速系数的2种等效定义分别建立了模型参数与失效机理不变的内在联系,进一步推导出其参数在不同应力下须满足的关系。在合理假定检验样本服从正态分布的基础上,利用t统计量对样本的一致性进行检验。通过2个ADT实例验证了所提检验方法的合理性与可行性。     

基于直觉模糊贝叶斯网络的HUD系统多阶段任务可靠性分析

针对国产平视显示系统（HUD）部分功能模块底层可靠性数据积累不足、难以支撑可靠性分析的问题，提出基于直觉模糊贝叶斯网络（IFBN）的平视显示系统多阶段任务可靠性分析方法。首先，研究基于贝叶斯网络的多阶段任务系统（PMS）模型构建方法，并综合考虑可能的共因失效（CCF）影响；其次，研究基于直觉模糊理论的模糊事件失效数据评估方法，提出适用于航电设备的模糊区间划分方法及直觉模糊数与失效数据的转换算法，并采用基于Tω算子的直觉模糊数聚合算法，降低模糊累计；最后，以某型平视显示系统为例进行多阶段任务可靠性计算。所提方法为系统底层失效数据模糊情况下的可靠性分析问题提供支持。     

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。     

基于退化失效阈值可能性分布的可靠性建模

针对随机失效阈值下的退化可靠性分析问题,利用可能性分布表征失效阈值中的不确定性,提出了一种退化失效建模的可靠性分析方法,解决了预测模型中不确定性的传递问题。通过陀螺仪剩余寿命预测的案例研究,阐明了文中方法的有效性。     

随机环境应力冲击下基于多参数相关退化的导弹部件寿命预测

为了解决某型导弹部件的贮存寿命预测问题,提出了一种随机环境应力冲击下基于多参数相关退化的寿命预测方法。针对产品存在退化失效与突发失效两种失效模式,利用Wiener、Gamma及Inverse Gaussian等随机过程模型拟合各性能参数的退化数据,并采用Copula函数进行相关性退化失效建模;利用随机环境应力冲击解释突发失效的机理,并采用非均匀泊松过程对突发失效建模;进而建立退化失效与突发失效竞争的贮存寿命预测模型。实例应用说明所提方法能够反映出导弹部件的失效规律,比传统预测方法具有更高的预测准确性,具有较好的工程应用价值。     

加速退化模型及外推结果准确度的定量验证方法

加速退化试验本质上是牺牲可靠度评估精度换取可靠度评估效率,外推出的可靠度结果通常会与真实值存在一定的偏差,因此,验证加速退化模型与外推结果的准确度是非常必要的。根据可靠性建模的步骤设计了验证加速退化模型及外推结果的技术流程,结合Wiener-Arrhenius加速退化模型构建了验证技术框架。采用了基于假设检验的模型验证方法,利用Kolmogorov-Smirnov检验法、Anderson-Darling检验法分别验证Wiener退化模型、加速退化模型及外推的可靠度模型是否合理。提出了具有工程实用性的基于面积比的外推结果验证方法,利用蒙特卡罗仿真解决复杂可靠度函数积分问题,用于定量表征外推结果的准确度,通过面积比阈值判定是否接受外推结果。通过惯导系统伺服电路实例应用说明了技术框架的可行性与有效性,研究工作为解决加速退化试验中的验证难题做出了有益的探索,所提出的各种定量验证方法具有较好的工程应用价值。     

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OBDD的可修航天测控系统任务可靠性分析

基于顺序二元决策图(OBDD)理论,针对航天测控系统(TT&C系统)特点定义了新的OBDD数据结构,提出了一种考虑设备可修的TT&C系统任务可靠性分析方法.通过将各测控站的时间窗口划分为不同阶段,分析各阶段内设备逻辑关系并构建阶段OBDD模型,然后将所有阶段OBDD模型合并为最终的任务OBDD模型.采用连续时间Markov链(CTMC)分析可修设备的状态转移行为,基于新的OBDD数据结构给出了任务可靠性计算算法.与Markov方法和仿真方法的对比分析结果表明:所提出的方法能够精确计算设备可修的TT&C系统任务可靠性,设备数量多于30个时算法效率高于Markov方法.      

基于性能退化信息的系统可靠性建模分析方法

针对系统及其组成单元的性能退化问题,分析了电子产品故障特点,描述了3种基本的性能状态变化行为;研究了性能退化的系统及其组成单元的不同工作状态的确定方法;在此基础上提出了基于通用衍生函数的多状态系统可靠性建模方法。通过构建考虑单元性能退化特征的系统可靠性模型,用多状态刻画系统性能退化的动态变化特征,实现了具有性能退化特征的系统可靠性的精准描述。     

基于性能退化的机构磨损可靠性研究

针对磨损机构高可靠性、长寿命、试验小子样的特点,运用性能退化可靠性理论,对机构磨损可靠性进行了研究。为此,首先采用对机构磨损失效判据进行了分析;其次采用K-S检验法,以分析、确定各测量点上的退化量分布规律;然后,根据失效判据和退化量分布,研究各测量时的失效概率,从而拟合得到机构磨损可靠性分布规律;最后,通过算例验证了该方法的有效性。     

基于退化失效与突发失效竞争的导弹剩余寿命预测

为了提高导弹剩余寿命预测结果的准确性,本文综合利用导弹的性能退化数据和突发失效时间数据,提出了基于退化失效和突发失效竞争的剩余寿命预测方法。在引入状态空间模型评估出整弹退化程度的基础上,采用Gamma过程建立退化失效模型;在假定突发失效概率与整弹性能退化程度相关的前提下,采用Weibull分布建立突发失效模型;进而建立退化失效与突发失效竞争模式下的导弹可靠度模型。案例应用证明了所提方法的有效性,对准确预测导弹剩余寿命,有效开展视情维修具有一定的工程价值。