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(jì)50年代誕生以來，一直受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的極大關(guān)注，它與人身安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益等密切相關(guān)，是保障產(chǎn)品性能及安全性的強(qiáng)有力工具。歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，可靠性理論和方法已被廣泛應(yīng)用于核電、交通、機(jī)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(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)與評(píng)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(fù)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(shí)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(jì)與評(píng)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(yàn)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(shí)際工程中可靠性難題的主要手段。鑒于此，本文對(duì)基于性能退化的可靠性建模與分析方法及工程應(yīng)用展開相

3、關(guān)的研究，其主要研究?jī)?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(jì)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(jìn)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(yīng)的影響，具有較廣的適用性。同時(shí)，提出改進(jìn)型連續(xù)損傷力學(xué)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(yīng)力、最大應(yīng)力、材料的循環(huán)硬化和循環(huán)軟化等因素對(duì)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(jìn)型損傷曲線法基礎(chǔ)上，通過引入強(qiáng)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(yàn)證所提模型和方法的可行性與準(zhǔn)確性。
　　(2)基于鞍點(diǎn)近似的性能退化可靠性分析。針對(duì)高可靠、長(zhǎng)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(diǎn)近似法引入到性能

5、退化可靠性分析中。同時(shí)，結(jié)合性能退化數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，利用退化軌跡模型和隨機(jī)過程模型的可靠性分析方法對(duì)所提模型進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，最后對(duì)某激光器的可靠性進(jìn)行評(píng)估。
　　(3)考慮外部沖擊作用的性能退化可靠性分析。對(duì)于突發(fā)失效，運(yùn)用 Poisson過程描述外部載荷，并根據(jù)應(yīng)力強(qiáng)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(duì)于退化失效，通過引入外部載荷的作用系數(shù)，計(jì)

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(shí)，運(yùn)用所提方法系統(tǒng)地研究失效閾值等參數(shù)對(duì)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(jì)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(jìn)應(yīng)力加速