失效相关系统动态可靠性建模与失效率研究

建立了随机载荷作用下的失效相关串联系统、并联系统和k/n系统动态可靠性模型,并研究了系统可靠度和失效率随时间的变化规律。在系统层运用载荷-强度干涉模型建立了失效相关系统可靠性模型;在分析系统可靠性模型的基础上,建立了系统强度的累积分布函数和概率密度函数。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,进而建立了强度不退化时载荷多次作用下的系统可靠性模型以及系统动态可靠性模型。运用概率微分方程建立了强度退化时的系统动态可靠性模型。研究了串联系统、并联系统和k/n系统可靠度和失效率随时间变化的规律。研究表明：系统与零件具有相似的特征;系统的可靠度随时间逐渐降低,k/n系统的可靠度介于串联系统和并联系统之间;强度不退化时,系统的失效率随时间逐渐减小;强度退化时,系统的失效率具有“浴盆”曲线的全部特征。

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失效相关系统动态可靠性建模与失效率研究

建立了随机载荷作用下的失效相关串联系统、并联系统和k／n系统动态可靠性模型,并研究了系统可靠度和失效率随时间的变化规律。在系统层运用载荷一强度干涉模型建立了失效相关系统可靠性模型;在分析系统可靠性模型的基础上,建立了系统强度的累积分布函数和概率密度函数。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,进而建立了强度不退化时载荷多次作用下的系统可靠性模型以及系统动态可靠性模型。运用概率微分方程建立了强度退化时的系统动态可靠性模型。研究了串联系统、并联系统和k／n系统可靠度和失效率随时间变化的规律。研究表明：系统与零件具有相似的特征;系统的可靠度随时间逐渐降低,k／n系统的可靠度介于串联系统和并联系统之间;强度不退化时,系统的失效率随时间逐渐减小;强度退化时,系统的失效率具有“浴盆”曲线的全部特征。     

考虑失效相关的k/n系统动态可靠性模型

运用载荷-强度干涉模型、顺序统计量理论和概率微分方程建立随机载荷作用下的失效相关k/n系统动态可靠性模型,研究系统可靠度和失效率随时间的变化规律.在不作失效独立假设的前提下,运用系统级载荷-强度干涉模型建立失效相关k/n系统可靠性模型,以及k/n系统强度的累积分布函数和概率密度函数.从随机载荷作用的统计学意义出发,运用顺序统计量建立载荷多次作用下的k/n系统可靠性模型.运用泊松随机过程描述载荷的作用过程,分别建立强度不退化和强度退化时的k/n系统动态可靠性模型,并研究k/n系统可靠度和失效率随时间的变化规律.研究表明,k/n系统的可靠度随时间逐渐降低;k的取值越大,k/n系统的可靠性越低,失效率越高.强度不退化时,k/n系统的失效率随时间逐渐减小且早期失效率较高;强度退化时,k/n系统的失效率具有"浴盆"曲线的特征.     

考虑强度退化的零件及系统可靠性分析

指出传统载荷-强度干涉模型适用于载荷作用一次或者静态的零件可靠度计算.零件的强度是随机载荷大小和作用次数的函数,所以假设载荷和强度相互独立的干涉模型无法用于计算考虑强度退化时零件及系统的可靠度.通过随机载荷的统计特性建立强度与随机载荷的关系.当载荷历程为泊松过程时,分析零件的可靠性和失效率与时间的关系,并建立考虑共因失效时串联系统和并联系统的可靠性模型.研究表明,零件初始强度的分散性对零件的可靠度和失效率有很大影响,载荷的相关性使并联系统的可靠度降低,使串联系统的可靠度升高.     

多种失效模式下的机械零件动态可靠性模型

考虑共因失效和随机载荷作用次数对可靠性的影响,建立了零件在多种失效模式下的动态可靠性模型。指出共因失效同样存在于零部件的失效中,运用应力-强度干涉模型和顺序统计量理论建立了多种失效模式下载荷多次作用时的零件可靠性模型以及零件动态可靠性模型。以齿轮的可靠度计算为例,研究了零件可靠度和失效率随时间的变化规律。研究表明,当零件强度不退化或退化不明显时,零件的可靠度随时间逐渐降低,失效率曲线具有浴盆曲线前两个阶段的特征。     

以载荷作用次数为寿命指标的失效相关系统可靠性建模

提出以随机载荷作用次数为寿命度量指标框架下的失效相关系统可靠性建模方法。考虑系统中各零部件之间存在的失效相关性,通过引入条件可靠度建立失效相关系统可靠性模型。分别以静强度失效和疲劳失效的可靠性分析为背景,给出强度不退化和强度退化时随机载荷多次作用下的系统可靠度与失效率计算模型,并研究系统可靠度与失效率随载荷作用次数的变化规律。研究表明,即使强度不退化,系统的可靠度和失效率也会随着随机载荷作用次数的增加而逐渐减小,失效率曲线具有浴盆曲线"早期失效期"和"偶然失效期"的特征。强度随载荷作用次数退化时,随着载荷作用次数的增加,系统的可靠度降低较为明显;失效率先减小后增大,具有"浴盆曲线"的特征。所建立的模型可用于指导系统的可靠性设计、可靠性试验和全生命周期管理。     

随机载荷作用下的零件动态可靠性模型

运用顺序统计量和概率微分方程建立随机载荷作用下的零件动态可靠性模型,并研究零件可靠度和失效率随时间的变化规律。首先,分析随机载荷多次作用时零件的失效过程,从载荷作用的统计学意义出发,运用顺序统计量建立随机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。进一步,根据应力—强度干涉理论建立载荷多次作用下的零件可靠性模型。运用泊松随机过程描述载荷的作用过程,分别建立强度不退化和强度退化时的零件动态可靠性模型。研究表明,强度不退化或退化不明显时,零件的可靠度随时间逐渐降低,失效率随时间逐渐减小;考虑强度退化或强度退化明显时,零件的可靠度随时间逐渐降低且较为明显,失效率具有“浴盆”曲线的全部特征。     

零件失效相关表决系统Copula可靠性模型

零部件失效相关是降低冗余系统可靠性的重要原因.从分解零部件失效相关结构和寿命边缘分布的角度,综合考虑了k/n(G)表决系统中导致失效相关的两类因素:共因失效和从属失效.运用Copula函数的相关性理论,建立了零部件失效相关的k/n(G)系统可靠度计算模型.因为无需确定零部件寿命向量的联合密度函数,且用低重差分运算替代了多重积分运算,反映了模型的简捷性和实用性.通过系统可靠度随零部件数目的变化曲线,验证了Copula可靠度理论的合理性;给出了模型中相关程度参数估计的两种统计方法.最后,算例说明了模型的有效性.     

载荷相关结构系统的可靠性分析

以失效相关性为主要研究对象,阐述共因载荷与元件强度的随机特性对元件失效相关程度、元件联合失效及联合可靠概率之间的影响,揭示元件强度统计独立时由系统共因载荷引发元件失效相关的基本规律.针对载荷全相关、强度独立同分布的并联、串联、表决系统,分析元件失效相关对系统可靠度计算的影响,同时提出载荷全相关结构系统可靠度求解的新方法.得出元件安全裕度随机变量协方差矩阵后,通过正交化方法简化系统可靠度计算,该方法有利于为载荷相关结构系统可靠性设计及优化提供更为全面的参考信息.     

应力-强度干涉模型在系统失效概率分析中的应用及相关问题

研究一般串联、并联及K／N表决系统（不要求系统中各零件失效事件是相互独立的）的失效概率建模与失效概率预测。通过详细考察、深入分析应力-强度干涉理论、方法及其在零件失效概率和系统失效概率计算中的建模过程，介绍“系统级”的应力-强度干涉模型及其在系统失效概率分析中的应用，并给出应用实例及其与实验观测结果的比较。与传统的先计算零件失效概率，再在各零件失效相互独立的（不真实）假设条件下建立串联、并联、表决等系统失效概率模型的方法不同，文中提出应用“系统级”的应力-强度干涉分析直接建立系统失效概率模型的方法。为应用应力-强度干涉模型预测系统失效概率，首先详细分析传统的零件失效干涉分析过程中发生的系统可靠性信息损失问题。分析表明，零件失效概率的不确定性与载荷分散程度有关，在传统的应用应力-强度干涉模型计算零件失效概率过程中遗失的失效相关性信息对系统失效概率估算是十分重要的。在此基础上，指出无法通过传统的零件可靠度参数构建一般系统（具有失效相关性的非独立失效系统）可靠性模型的原因。最后，建立能根据系统低阶失效数据预测高阶失效概率的参数化模型。     

基于贝叶斯网络的系统可靠性共因失效模型

研究了应用贝叶斯网络建立共因失效系统可靠性模型的方法。应用所建模型,对典型系统进行了可靠性分析,并应用Monte-Carlo数字仿真方法进行了仿真计算。结果表明,模型的计算结果与传统的定性分析结果相吻合,且具有较高的计算精度,证明了该理论模型的正确性和有效性。     

考虑相关失效的管道类系统可靠性建模

以管道、钢缆等典型的连续系统可靠性建模为背景,通过将管道类连续系统离散成若干单元（作为一个串联系统对待）,应用最小次序统计量推导出了连续系统强度的概率密度函数,分析了基于最小次序统计量思想的串联系统相关失效可靠性建模。讨论了连续系统材料强度的两种影响因素,即材料自身的不均匀性和材料质量的不稳定性,建立了管道类连续系统可靠性模型（该模型能反映单元间的失效相关性）,并通过Monte Carlo方法模拟验证了所建立模型的正确性。最后,探讨了管道类连续系统的单元划分原则,并对大管道系统的失效概率进行了估算,为管道、钢缆等连续系统的可靠性设计与可靠性计算提供依据。     

系统共因失效分析及其概率预测的离散化建模方法

通过系统层的载荷-强度干涉分析,展示了零件可靠度(或失效概率)的属性、精细结构及其与载荷／强度分布特性之间的关系,分析了传统的零件可靠性干涉分析过程中发生的系统可靠性信息损失问题以及无法通过传统的零件可靠度参数构建一般系统(具有失效相关性的非独立失效系统)可靠性模型的原因。从数学原理方面探讨了载荷-强度作用机制和冗余系统存在“共因失效”这种失效相关性的原因和建立冗余系统共因失效概率模型的方法。最后,建立了能根据系统的有限失效数据预测系统任意阶失效概率的离散化的系统失效概率模型。     

某雷达天线阵面T/R 组件的共因失效模型

在计算一些大型复杂系统可靠度时,传统的可靠性模型往往默认系统中的各部件、组件是相互独立的,忽略了系统的相关性,导致对可靠性进行定性分析和定量计算时,产生了较大的误差。文中基于雷达天线阵面T/R组件的可靠性模型,充分考虑了系统中组件的相关性,引入了共因失效的概念;并以并联系统为基础,分析计算了并联系统在独立失效和共因失效两种状态下的系统可靠度。借助Mat-lab软件,建立了某雷达天线阵面T/R组件共因失效模型,并分别在独立失效与共因失效条件下,对天线阵面T/R组件的可靠性模型做出仿真,仿真结果表明,相对于传统模型,本文建立的共因失效模型与实际情况更吻合。     

考虑共因失效的多状态系统可靠性分析模型

基于发生函数法建立了舍共因失效的多状态系统可靠性分析模型,通过改进的发生函数法求取多状态不可修串并联系统的可靠度函数。具体分两个步骤：第一步,先不考虑共因元件组的影响,用发生函数表示系统的性能分布;第二步,在“系统层”对共因元件组元件各状态信息进行分析,再用分析结果对系统发生函数进行修正,最终得到系统可靠度函数。     

考虑共因失效的系统可靠性模型

不考虑共因失效的影响,求出系统的可靠度表达式,然后将该表达式转化成包含共因信息的可靠度表达式。在模型推导的过程中,直接从系统的失效过程入手,假定构成系统的各元件在独立失效情况下其寿命具有相同的概率分布,构成系统的元件存在多种失效过程,各失效过程相互独立,并服从泊松分布,从系统中某一指定元件的可靠度推广到某指定m个元件均完好的概率。算例解释了该理论模型的使用过程,并将典型系统--串联、并联以及串并联系统的计算结果与不考虑共因失效时系统的可靠度相比较。结果表明,模型的计算结果与传统的定性分析结果相吻合,证明了该理论模型的正确性。     

基于随机故障序列的多态系统可靠性分析

针对系统中的部件具有多种失效模式的动态可靠性问题,利用随机故障序列对其进行可靠性建模及分析。以串联系统、并联系统等基本模型为例,建立基于随机故障序列的可靠性分析模型。利用Markov过程理论求解随机故障序列的发生概率,并以净化泵组为例,对其多状态动态可靠性进行分析。