【摘要】： 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(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、使用、運(yùn)輸、保管及維修等各個(gè)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(duì)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次數(shù)或時(shí)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(shí)的可靠度,是一個(gè)“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(shí)間而變化的。同時(shí),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(guò)對(duì)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)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(duì)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(jiǎn)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(huì)導(dǎo)致過(guò)大的誤差,甚至得出錯(cuò)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(guò)程以及概率微分方程,建立零部件和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)可靠性模型。考慮共因失效這種失效相關(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(lèi)型的系統(tǒng),具有不同的系統(tǒng)強(qiáng)度分布,使得對(duì)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)載荷多次作用下零部件和系統(tǒng)失效的過(guò)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(shí)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(guò)程描述載荷作用次數(shù)隨時(shí)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(shí)零部件和系統(tǒng)的動(dòng)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(shí)間的變化規(guī)律。 研究表明,強(qiáng)度不退化或退化不明顯時(shí),零部件和系統(tǒng)的可靠度隨時(shí)間逐漸降低,失效率隨時(shí)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(shí),零部件和系統(tǒng)的可靠度隨時(shí)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(dòng)態(tài)可靠性模型可以動(dòng)態(tài)地反映零部件和系統(tǒng)可靠度與失效率隨載荷作用次數(shù)或時(shí)間的變化規(guī)律。在強(qiáng)度和載荷(或應(yīng)力)概率分布以及強(qiáng)度退化規(guī)律已知的前提下,運(yùn)用本文模型可方便地計(jì)算零部件和系統(tǒng)在任意時(shí)刻時(shí)的可靠度與失效率。因此,本文所提出的動(dòng)態(tài)可靠性建模理論與方法可應(yīng)用于零部件和系統(tǒng)的全生命周期管理,對(duì)于指導(dǎo)零部件與系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)、科學(xué)確定零部件與系統(tǒng)的試運(yùn)行時(shí)間和可靠壽命以及合理制定零部件與系統(tǒng)的維修計(jì)劃都具有重要的意義。
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類(lèi)號(hào)】：TH122

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2671618