多失效模式下电阻制动系统的可靠性建模与分析

针对电阻制动系统在多种失效模式下的建模问题,对电阻制动系统的建模方法和可靠性模型参数估计方法进行了研究,对电阻制动系统易损件及相应的失效模式进行了统计,提出一种基于故障树的多失效模式可靠性建模方法和基于最小二乘法和遗传算法的参数估计方法,利用系统整体及各部件的可靠度模型进行了可靠度分析和寿命预测。分析结果表明,考虑失效模式建立可靠性模型可以直观地揭示失效模式对产品可靠性的影响趋势,有利于产品的维护和寿命预计,为可靠性提高制定有效措施提供了依据。     

基于非线性退化模型的加速度计寿命评估

针对传统性能退化模型难以对退化轨迹为非线性的设备进行有效寿命评估的问题,首先,建立了一种基于扩散过程的非线性模型,并将推导其失效阈值首达时间分布的问题转化为推导标准布朗运动失效阈值首达时间分布的问题,得到了首达时间意义下的近似寿命分布;然后,提出了该模型未知参数的极大似然函数估计方法;最后,使用此模型评估分析了一组加速度计的寿命,并与传统退化模型进行比对分析。实验结果证明了模型的评估结果更为准确有效。     

考虑不完美维修的随机退化设备剩余寿命自适应预测方法

在现有考虑不完美维修的随机退化设备剩余寿命预测研究中,通常仅考虑维修活动对退化状态或退化速率的单一影响,仅有考虑二者双重影响的研究,忽略了退化设备的个体差异性。鉴于此,提出一种基于多阶段扩散过程的自适应剩余寿命预测方法,同时考虑不完美维修活动对设备退化状态和退化速率的影响,并利用随机游走模型描述退化速率随观测数据的更新过程以表征设备的个体差异性。基于历史退化数据,利用极大似然估计法得到退化模型参数的初值;基于状态观测数据,利用卡尔曼滤波算法和期望最大化算法自适应的更新模型参数。利用卷积算子和蒙特卡洛方法推导得到了首达时间意义下设备剩余寿命的概率密度函数。最后,通过仿真算例和陀螺仪的实例研究验证了所提方法的有效性和优越性。     

基于HP滤波与非线性维纳过程的退化建模与失效分布研究

针对退化建模中广泛采用的非线性维纳过程难以得到失效时间分布精确表达式的问题,提出了一种新的非线性维纳过程退化建模与失效分析方法。首先,运用HP(Hodrick-Prescott)滤波提取退化数据的长期趋势;其次,从理论上说明对数变换消除非线性异方差的可行性;然后,提出非线性维纳过程二步估计方法,利用最小二乘法进行确定性漂移趋势的参数估计,利用极大似然估计法进行扩散参数估计,在此基础上给出首达时意义下非线性维纳过程失效时间分布的精确表达式;最后,以焊点为研究对象进行退化建模与失效分析,实测实验数据分析结果表明,非线性维纳过程退化建模方法能够给出焊点失效时间分布,且精度优于线性维纳过程,更优于回归模型。     

小子样高速电主轴寿命分布模型参数估计

为分析高速电主轴的可靠性,需测试小子样电主轴性能退化量,以此评估高速电主轴的可靠性指标。该方法首先假设电主轴寿命分布模型,估计小子样电主轴模型参数,检验并确定电主轴寿命分布模型。针对Weibull寿命分布模型,应用修正极大似然函数推导了小子样高速电主轴寿命分布模型参数估计式,并应用经验分布函数检验分布模型及参数估计值。为验证参数估计方法的正确性,利用两根170MD18Y16型高速电主轴试样轴端跳动量测试数据和参数估计式,完成该型电主轴分布参数估计,拟合检验结果为寿命服从Weibull分布,且模型参数估计为真值;据此参数值确定的170MD18Y16型电主轴特征寿命与实际失效寿命值一致,表明分布模型参数的修正极大似然函数估计方法正确,可用于小子样高速电主轴的可靠性评估。     

基于β分布统示法的光伏组件性能退化可靠度估算

光伏组件作为光伏系统的核心组成部件,其质量可靠性将直接关系到光伏电站使用寿命。传统性能退化量分布法估算可靠度需预先假设退化量服从特定分布,当无法获取先验分布时,建模结果会出现较大偏离。为此,提出一种基于β分布统示法光伏组件性能退化(β-PDVD)建模方法,利用β统示分布拟合各个时刻退化量分布,较真实地反映各个时刻性能退化分布形态,再通过遗传算法与模糊综合判定求解可靠度分布参数、优选最佳可靠度分布函数,最后以英国BP SOLAR单晶硅光伏组件性能退化数据为例,表明该方法的实用性与可信性。在仅考虑自然退化情况下,组件在正常工作17年后出现失效,中位寿命、特征寿命分别为20.39年、20.84年,全部失效为24.89年,与组件制造商所提供工作寿命25年基本一致。该方法特点在于利用β统示分布拟合退化量分布,无需预先主观性假定分布类型,在无可获取先验分布时建模具有准确性、可信性。     

基于β分布统示法的光伏组件性能退化可靠度

光伏组件作为光伏系统的核心组成部件,其质量可靠性将直接关系到光伏电站使用寿命。传统性能退化量分布法估算可靠度需预先假设退化量服从特定分布,当无法获取先验分布时,建模结果会出现较大偏离。为此,提出一种基于β分布统示法光伏组件性能退化(β PDVD)建模方法,利用β统示分布拟合各个时刻退化量分布,较真实地反映各个时刻性能退化分布形态,再通过遗传算法与模糊综合判定求解可靠度分布参数、优选最佳可靠度分布函数,最后以英国BP SOLAR单晶硅光伏组件性能退化数据为例,表明该方法的实用性与可信性。在仅考虑自然退化情况下,组件在正常工作17年后出现失效,中位寿命、特征寿命分别为20.39年、20.84年,全部失效为24.89年,与组件制造商所提供工作寿命25年基本一致。该方法特点在于利用β统示分布拟合退化量分布,无需预先主观性假定分布类型,在无可获取先验分布时建模具有准确性、可信性。     

探针电连接件的退化失效及寿命分析

从一款探针电连接器使用时的快速退化失效现象出发,提出了基于失效原因的可靠性建模方法.通过分析指出其失效原因是负载电流过大导致工作温升过大,从而导致加速失效,仿真验证时通过设置合理的仿真参数保证了仿真结果的可靠性.进行了温度应力下的寿命建模,数据上结合了仿真给出的温度-电流关系和使用时的寿命次数-电流关系.方法上采用了Arrhenius温度应力退化模型和退化速率线性假定,综合考虑了失效阈值的动态影响,给出了寿命次数-温度模型,建模结果与实际寿命数据有着较好的拟合效果,并利用模型给出探针使用和改良指导.该过程与一般的基于加速退化实验的建模方法比较,数据依赖度小,可行度高,可为工程人员提供一种实用的连接器失效分析方法.     

多部件系统寿命空间划分建模及维修决策

将退化状态空间划分方法应用到多部件系统联合寿命空间的建模研究中。针对多部件系统提出了基于时间的机会维修策略,对任意M部件系统的联合寿命空间划分及维修需求进行了统一描述和建模,并建立了二者间的对应关系。依据联合寿命空间划分结果,推导出了各维修需求的概率统一的计算模型。以两部件系统为例,推导了系统的稳态联合概率密度函数及其数值解法,以此为基础建立了系统长期费用率模型。通过数值实验,验证了联合寿命空间划分方法、联合概率密度的推导模型、系统的维修决策模型及数值解法的正确性和有效性。     

失效物理与数据驱动融合的燃油泵在线寿命预测

针对机载燃油泵性能退化过程呈现的多阶段、非线性的特点以及对寿命预测实时性的要求,提出了一种基于失效物理与数据驱动融合的燃油泵在线退化建模与寿命预测方法。通过开关卡尔曼滤波器对燃油泵退化阶段进行在线识别,并对快速退化阶段建立失效物理与数据驱动融合的退化模型,然后基于无迹卡尔曼滤波器对建立的退化模型不断进行模型参数更新,并使用更新后的模型对失效寿命进行预测。将所提方法分别与纯数据驱动的方法、不进行退化阶段识别以及不进行参数更新的融合方法进行比较,整个参数更新过程中其均方根误差不超过0.3,寿命预测百分比误差不超过2%,均小于对比方法,验证了本文方法的有效性与优越性。     

基于Copula理论的多部件系统剩余寿命核密度预测方法

各类工业系统的功能结构日趋复杂,部件间存在复杂的随机相关性是进行系统剩余寿命预测建模中不可忽视的重要因素。针对多部件系统,在研究部件间随机相关性特征及其对连续退化状态影响的基础上,提出基于Copula理论的多部件系统实时剩余寿命非参数核密度预测方法。首先通过核密度估计得到各部件的退化分布函数;并采用Copula函数表征部件退化的随机相关性,利用赤池信息准则进行Copula函数优选;然后建立考虑存在连续退化随机相关性影响条件下可实时递推的部件剩余寿命预测模型;最后通过齿轮箱试验台进行试验,验证了所提模型的有效性和准确性。     

基于两阶段Gamma过程的机械产品剩余寿命预测研究

在进行机械产品寿命预测时,传统的两状态可靠性评估存在较大的估计误差,针对这一问题,在计及冲击载荷条件下,提出了一种基于两阶段Gamma过程模型的三态机械产品的寿命预测方法。首先,在对产品连续退化轨迹研究的基础上,采用两阶段Gamma过程描述了产品的连续退化过程;同时,基于复合泊松过程描述了外部随机冲击造成的离散退化;然后,基于累积损伤模型,建立了冲击失效与退化失效竞争条件下机械产品的可靠性估计模型,利用该模型进行了机械产品剩余寿命预测;最后,通过对金属材料的裂纹扩展性能退化过程的仿真分析,验证了所提方法的有效性。研究结果表明:相对于传统两状态的可靠性评估模型,基于两阶段Gamma过程模型的三态寿命预测方法在机械产品的可靠性评估方面具有更高的精度。     

新型非线性退化建模与剩余寿命预测

鉴于数据驱动的寿命预测方法多采用线性退化模型建模,而实际退化数据多呈现为非线性形式,为此,提出一种新型非线性退化模型,利用首达时间原理推导出模型剩余寿命概率密度函数的解析表达式,采用极大似然法估计模型中的未知参数,并用AIC准则检验了模型的准确性。通过仿真数据与激光发生器的性能退化数据对模型进行了验证分析,结果表明了新型非线性退化模型的准确性和实用性。     

航空电连接器热循环试验与寿命预测

通过加速寿命试验,研究热循环条件下航空电连接器可靠性并探索其寿命预测方法,提出了一种模拟昼夜温差影响的热循环加速试验方法(包括试验方案及电路的设计)。热循环加速试验中,将高温稳定阶段的航空电连接器插孔应变量作为其性能退化进程的主要监测参数,进行了应力松弛引发的航空电连接器性能退化规律的试验研究。理论推导了航空电连接器失效对应的应变量临界值,分别利用灰色模型预测法、时间序列法和神经网络时间序列法对航空电连接器进行了寿命预测。试验结果表明：接触件应变量随热循环次数的增加而逐渐减小,且温差越大,应变量的减小量越大,应力松弛现象越明显,性能退化越快,寿命越短。随着热循环中温差值的增大,热循环寿命近似呈指数下降。     

基于两参数威布尔分布的设备可靠性预测研究

威布尔分布被广泛用于可靠性工程和寿命数据的分析中,针对两参数威布尔的可靠性寿命分布模型,提出了最小二乘法关于水平残差和垂直残差平方和最小两种方法来对其进行参数估计,并初步探讨了分布函数取值不同对预测结果的影响,最后,在已知失效数据的情况下,完成了设备或部件的可靠性预测,为工厂的设备维修管理提供了一定的参考价值,避免了检维修中的“维修不足”或“维修过度”.     

基于结构概率设计的系统可靠性分析方法

将结构概率设计方法与系统可靠性分析方法相结合,采用耗损故障分析模型,对系统的可靠性特征和寿命特征进行了研究。考虑结构系统强度名义值随时间的耗损特性,由结构概率设计方法所要求的可靠度,推导了其相应的强度名义值的极限。根据强度耗损模型及概率统计理论,推导了系统的寿命分布函数,然后依据系统可靠性的分析方法即可以求出与结构概率设计要求的失效相对应的寿命特征和可靠性特征。     

机电产品加速贮存试验与寿命评估方法研究

针对航空机电产品寿命长、可靠性高等特点,通过设计加速贮存试验,对产品性能退化数据进行了建模分析,对机电产品寿命进行了预测。提出了一种预试验与正式试验相结合的加速贮存试验方案,根据产品性能退化数据建立了性能参数的非线性退化模型;使用似然比检验确定了伪寿命分布,并计算了试验温度下的寿命,通过阿伦尼斯模型得到了常温贮存寿命;最后,经失效机理一致性检验验证了试验方案的有效性。使用上述方法对某型高速电机进行了试验验证及寿命评估。研究结果表明:所提出的加速贮存试验方案可大幅缩短试验时间,提高试验效率和数据有效性;所用数据分析方法可精确拟合性能退化轨迹和伪寿命分布模型,寿命评估结果具有可信性。     

考虑部件失效相关的履带车辆传动箱可靠性分析

在以履带车辆传动箱为对象进行研究的过程中,考虑部件间失效相关这一重要失效形式对传动箱可靠性的影响,利用部件的动态可靠度模型计算主要失效部件的可靠度,结合部件寿命分布函数与可靠性间的关系,得到传动箱内主要部件的寿命分布函数随时间变化的曲线,进一步使用最小二乘法估算出主要零部件的寿命分布函数。在此基础上,绘制部件间的二元频率直方图,选择合适的Copula函数,建立在部件失效相关条件下的传动箱系统可靠性模型,利用Copula函数可以避免运算的繁琐性及部件间相关系数求解的复杂性。使用逐层分块分析法合理划分传动箱系统结构,并用Matlab软件估算部件间相关参数,得到了传动箱系统寿命分布函数随时间及部件失效相关参数的变化规律,对传动箱的设计与维护具有一定的指导意义。     

汽车轮毂轴承的可靠性建模分析

为研究汽车轮毂轴承的寿命与可靠性之间的关系,首先,建立了轴承各元件基于二参数威布尔分布的寿命一可靠性模型,并在此基础上,建立了串联系统的轴承可靠性模型;然后分析了威布尔分布定时截尾有失效数据和无失效数据的参数估计方法;最后,给出算例验证了模型的可行性。研究结果表明,在可靠度要求不太高的情况下,与传统模型相比,其寿命预测更准确。     

基于Wiener过程的万能式断路器附件剩余寿命预测*

万能式断路器作为一个复杂的机械系统,其操作附件的剩余寿命预测对于维护断路器的可靠性至关重要。为准确掌握操作附件剩余寿命情况,提出了一种基于Wiener过程的万能式断路器操作附件剩余机械寿命预测方法。首先,通过对操作附件动作过程中线圈电流波形的分析选取了动作时间作为性能退化特征量;其次,考虑到断路器操作附件性能退化过程具有线性非单调的特点,采用Wiener过程建立了操作附件的性能退化模型,并利用极大似然估计法对退化模型参数进行估计;然后,基于首达时间的概念建立了剩余寿命预测模型,推导出剩余寿命概率密度函数解析式。最后对安装于万能式断路器上的分励脱扣器和释能电磁铁两种操作附件进行全寿命试验及其剩余寿命预测,预测结果验证了所提方法的有效性。