基于性能退化分析的可靠性方法研究.pdf

1、可靠性工程從20世紀50年代誕生以來，一直受到學術(shù)界和工業(yè)界的極大關(guān)注，它與人身安全和社會經(jīng)濟效益等密切相關(guān)，是保障產(chǎn)品性能及安全性的強有力工具。歷經(jīng)半個多世紀的發(fā)展，可靠性理論和方法已被廣泛應用于核電、交通、機械、電子及航空航天等重要領(lǐng)域。傳統(tǒng)可靠性建模與分析方法主要是通過收集大量的失效數(shù)據(jù)，以概率論為基礎(chǔ)進行可靠性設(shè)計與評估。隨著科技的迅猛發(fā)展，重大裝備正朝著大型化、精密化、復雜化和智能化的方向發(fā)展，加上新材料、新工藝及新技術(shù)的使用

2、，其可靠性越來越高，以致很難在較短時間內(nèi)收集到大量的失效數(shù)據(jù)。因此，無失效數(shù)據(jù)或失效數(shù)據(jù)較少就成為了制約重大裝備可靠性設(shè)計與評估的關(guān)鍵因素之一。
　　在產(chǎn)品的全生命周期內(nèi)，除了可靠性試驗收集的失效數(shù)據(jù)及信息外，還有一些信息在一定程度上也反映了可靠性的特性，如性能退化數(shù)據(jù)。在無失效數(shù)據(jù)或失效數(shù)據(jù)較少的情況下，如何綜合利用上述信息已成為解決實際工程中可靠性難題的主要手段。鑒于此，本文對基于性能退化的可靠性建模與分析方法及工程應用展開相

3、關(guān)的研究，其主要研究內(nèi)容和研究成果如下：
　　(1)基于非線性疲勞損傷累積模型的性能退化可靠性分析。為提高疲勞損傷累積模型的計算精度、完善其適用范圍，本文基于 Manson-Halford提出的損傷曲線法，通過引入載荷幅值比率，提出一種改進型損傷曲線法，該方法綜合考慮了加載次序和載荷間相互作用效應的影響，具有較廣的適用性。同時，提出改進型連續(xù)損傷力學的非線性疲勞損傷累積模型，此模型揭示了疲勞損傷的本質(zhì)，考慮了材料的能量耗散宏觀特性

4、、平均應力、最大應力、材料的循環(huán)硬化和循環(huán)軟化等因素對連續(xù)損傷的影響。此外，綜合考慮疲勞損傷累積和性能退化的關(guān)系，本文在改進型損傷曲線法基礎(chǔ)上，通過引入強度退化系數(shù)到疲勞損傷累積模型中，建立基于疲勞損傷累積模型的性能退化分析方法，并用案例分析結(jié)果驗證所提模型和方法的可行性與準確性。
　　(2)基于鞍點近似的性能退化可靠性分析。針對高可靠、長壽命產(chǎn)品的無失效數(shù)據(jù)或失效數(shù)據(jù)較少給傳統(tǒng)可靠性分析帶來極大困擾的難題，將鞍點近似法引入到性能

5、退化可靠性分析中。同時，結(jié)合性能退化數(shù)據(jù)的特點，利用退化軌跡模型和隨機過程模型的可靠性分析方法對所提模型進行對比驗證，最后對某激光器的可靠性進行評估。
　　(3)考慮外部沖擊作用的性能退化可靠性分析。對于突發(fā)失效，運用 Poisson過程描述外部載荷，并根據(jù)應力強度干涉（Stress Strength Interference，SSI）模型，采用極端值沖擊模型表征外部沖擊引起的突發(fā)失效；對于退化失效，通過引入外部載荷的作用系數(shù)，計

6、算外部沖擊的損傷累積作用，并在加法模型的基礎(chǔ)上，提出考慮外部沖擊作用的性能退化分析方法，此方法考慮了外部沖擊和內(nèi)部退化兩者間的相互作用。同時，運用所提方法系統(tǒng)地研究失效閾值等參數(shù)對系統(tǒng)可靠度和失效率的影響。算例結(jié)果顯示所提方法能較好地計算突發(fā)失效和退化失效共同作用下的系統(tǒng)可靠度。
　　(4)加速條件下的性能退化可靠性分析?；诰S納過程和伽馬過程的性能退化分析方法，結(jié)合經(jīng)典的加速性能退化方程，提出基于維納過程和伽馬過程的步進應力加速