零件失效相关时机械传动系统的可靠性计算

本文讨论了在组成零件失效相关条件下机械传动系统的可靠性计算问题，指出了目前机械传动系统可靠性计算模型的不足，介绍了机械动系统可靠度计算的通用方法，并结合实例进行了分析。     

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。     

约界参数CAP对大型钢结构系统可靠性分析的影响

为提高大型钢结构系统可靠性分析方法的效率和精度,提出约界参数CAP(Control ambit parameter)的概念,通过对立体车库大型钢结构系统的有限元参数化建模、主要失效模式的算法研究,建立了该失效模式的安全余量方程。在此基础上,编制分析计算软件并对立体车库钢结构可靠性进行定量计算,结合算例分析其在大型钢结构系统可靠性中对失效准则、失效模式和系统失效概率的影响,得出应根据结构规模和特征选取适合的CAP值才能保证真正反映系统实际失效概率。     

考虑共因失效的机械零部件可靠性模型

共因失效作为相关失效的一种重要形式,普遍存在于机械零部件和系统的失效中.研究了机械零部件中由载荷所引起的相关失效现象,分析了相关失效产生的原因,运用应力-强度干涉模型,建立了存在多种失效模式的机械零部件可靠性模型,并运用该模型对齿轮的可靠度进行了实例计算.     

基于贝叶斯网络的多状态共因失效系统可靠性分析

为提高多状态共因失效系统可靠性分析的准确性,降低计算的复杂性,将贝叶斯网络和β-因子模型引入到系统的可靠性分析中,提出一种基于贝叶斯网络的多状态共因失效系统可靠性分析方法。利用贝叶斯网络不确定性推理和图形化表达的特点,建立考虑共因失效的多状态系统可靠性分析模型,通过β-因子模型对共因失效进行定量分析,充分考虑共因失效与系统部件间的逻辑关系,引入共因失效率构建考虑共因失效的可靠性评估模型。以柴油机冷却系统的共因失效分析为例进行验证,结果表明提出的方法可以对系统的共因失效问题进行清楚地表达,不需要计算最小割集,适用于复杂机械系统共因失效的研究。     

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。     

失效树分析的矩阵化方法

研究了布尔代数运算的矩阵化表示方法，并在此基础上，基于上行法提出了一种求解失效树顶事件失效概率及元件重要度的矩阵化方法，使得系统可靠性分析的失效树方法能够简便、容易地在计算机上自动进行。算例表明，本文方法正确、可靠。     

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。     

基于TRIZ的AFD失效分析方法在新型立体车库中的应用

发明问题解决理论(TRIZ)是解决发明问题的一种有效方法,而预期失效分析(AFD)则是通过反向思维将失效问题转化为发明问题的一种失效分析方法。提出了AFD与TRIZ相集成的应用模型,并将此模型应用于基于TRIZ理论提出的新型立体车库的方案设计中,对立体车库所潜在的失效模式进行了分析,并筛选出了重要的失效模式。利用TRIZ中的相关工具提出了重要失效模式的改进措施,并通过实验验证了新型结构形式的可行性、可制造性、可装配性、可组装性、可控性等。     

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。     

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。     

Reliability Evaluation of Machine Center Components Based on Cascading Failure Analysis

In order to rectify the problems that the component reliability model exhibits deviation, and the evaluation result is low due to the overlook of failure propagation in traditional reliability evaluation of machine center components, a new reliability evaluation method based on cascading failure analysis and the failure influenced degree assessment is proposed. A direct graph model of cascading failure among components is established according to cascading failure mechanism analysis and graph theory. The failure influenced degrees of the system components are assessed by the adjacency matrix and its transposition, combined with the Pagerank algorithm. Based on the comprehensive failure probability function and total probability formula, the inherent failure probability function is determined to realize the reliability evaluation of the system components. Finally, the method is applied to a machine center, it shows the following: 1) The reliability evaluation values of the proposed method are at least 2.5% higher than those of the traditional method; 2) The difference between the comprehensive and inherent reliability of the system component presents a positive correlation with the failure influenced degree of the system component, which provides a theoretical basis for reliability allocation of machine center system.     

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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系统可靠性灵敏度分析方法及其应用研究

基于已有的单个失效模式可靠性灵敏度分析,建立多模式串、并联系统失效概率对基本变量分布参数的灵敏度分析方法,着重研究多模式并联系统可靠性灵敏度分析的近似方法.该方法以数字模拟为基础,根据样本点对系统失效概率的贡献,对计算失效概率的所有样本点进行筛选,并由筛选出的样本点线性回归模拟并联系统失效域,得到等价的单个线性极限状态方程,从而将多模式并联系统的可靠性灵敏度分析等价转换为单个模式的灵敏度分析.对于多模式串联系统的可靠性灵敏度分析,文中采用的方法是将串联系统的失效概率精确转换成单个模式失效概率与多个模式并联系统失效概率的代数和,然后逐项进行灵敏度分析,进而得到串联系统的可靠性灵敏度.对于结构系统的极限状态方程含有复杂综合随机变量的灵敏度分析问题,提出一种基于二次回归分析的近似处理方法,通过推导的综合随机变量分布参数对基本变量分布参数的偏导数公式和复合函数求导法则,最终得到复杂多模式系统失效概率对基本变量分布参数的灵敏度.文中用理论数值算例验证所提算法的精度与可行性,并将所提方法推广应用到工程算例中,验证其工程应用价值.     

共因失效系统动态可靠性模型

考虑共因失效相关性,在系统层运用应力-强度干涉模型建立了共因失效系统可靠性模型。在研究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。采用泊松随机过程来描述载荷的作用过程,运用概率微分方程和全概率公式建立了强度随时间退化时的串联系统、并联系统以及k/n系统动态可靠性模型。以强度退化服从指数退化规律为例,研究了串联系统、并联系统以及k/n系统的可靠度和失效率随时间的变化规律。研究表明: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;系统的失效率具有“浴盆”曲线的特征。     

考虑非临界损伤时机械系统可靠性评估新方法——系统退化法

在充分考虑非临界损伤对临界失效的影响下,导出了系统失效的多级描述,从而采用一种计算技术去合理地合并临界失效模式和非临界失效模式。通过计算临界失效事件和非临界失效事件的并集的概率来得到系统失效的概率,得到比单纯考虑临界损伤更准确合理的系统可靠性评估结果。     

故障树分析的等效失效概率计算方法

在故障树分析中,系统的失效概率及部件重要度函数并不能全面考虑所有部件所有状态对系统可靠性的影响,为弥补这一不足,提出等效失效概率的概念及其计算方法。利用概率分解法来分析部件及系统所有的存在状态,采用马尔可夫链法及概率论知识计算系统的期望工作次数,进而获得等效失效概率。应用中表明,等效失效概率能够完全考虑所有部件关键状态及非关键状态对系统可靠性的影响。在干系统失效概率相同的情况下,可以利用等效失效概率来比较不同系统的可靠度。该方法是对目前部件重要度函数的扩展,具有一定的实用价值。     

管道类连续系统可靠性建模与应用

以管道-典型的连续系统失效概率估计为背景,通过最小次序统计量推导出Weibull尺寸效应,建立了考虑尺寸效应的管道类连续系统可靠性模型,同时能反映共因失效的影响,并分析了尺寸效应对连续系统可靠度的影响,最后对大连续系统的失效概率进行了估算.建立的模型可以应用于管道、钢缆等连续系统的可靠性设计与可靠性计算.     

基于随机失效序列的制造系统动态可靠性分析

制造系统的动态可靠性不仅取决于系统零部件的失效模式,还与零部件的失效顺序密切相关。针对现有随机失效序列可靠性研究方法的不足,利用Petri网对动态系统的描述能力,将Petri网应用于动态可靠性及失效序列分析中。以系统Petri网模型为基础构造可达树,基于可达树得到系统所有可能的失效序列,给出了失效序列事件发生概率的计算方法,通过计算失效序列的发生概率求解系统动态可靠性指标。最后,以一制造单元实例验证方法的有效性。