随机结构系统综合考虑静强度、刚度和疲劳的多失效模式的可靠性分析

在结构系统使用过程中, 将可能出现多种失效形式, 例如静载失效、疲劳失效和刚度等失效形式. 根据疲劳载荷造成的随机裂纹对结构极限应力和截面模量的影响, 给出了结构构件在裂纹扩展下的构件剩余抗力的表达形式, 分析了结构系统中每一个单元在静载和疲劳载荷作用下的失效形式, 并考虑了各失效模式之间的相关性对该单元可靠性的影响. 具体分析了结构系统在静载和疲劳载荷作用下的失效机理以及各失效模式之间的相关性, 给出了在静载和疲劳载荷作用下结构系统的可靠性分析方法. 结合数值算例对结构系统进行了综合考虑静强度、刚度和疲劳的可靠性分析, 表明在不同的使用年限内, 结构系统失效概率是不同的, 静载和疲劳载荷对结构系统可靠性的影响也是不同的; 该方法比只考虑单一因素(或静强度、或疲劳、或刚度等)下的结构系统可靠性分析更符合结构系统使用的真实情况.     

机械传动系统可靠性设计模型(Ⅰ)——考虑应力相关性的设计

以齿轮减速器为例,分析了典型机械传动系统的各组成元素·采用FMEA方法,依照各元素对系统可靠性影响的大小,对系统进行可靠性设计时的组成进行了简化,建立了减速器系统可靠性计算模型串联系统模型·根据条件概率理论,建立了系统元素间失效完全相关的判据并给出实用表达式·在此基础上,针对系统中各零件在同一个力源作用下的事实,给出了机械传动系统可靠性设计考虑应力相关性的设计模型和计算方法,得到的模型和方法可推广应用到其他机械传动系统可靠性设计计算中·     

机械传动系统可靠性设计模型（I）——考虑应力相关性的设计

以齿轮减速器为例，分析了典型机械传动系统的各组成元素．采用FMEA方法，依照各元素对系统可靠性影响的大小，对系统进行可靠性设计时的组成进行了简化，建立了减速器系统可靠性计算模型——串联系统模型．根据条件概率理论，建立了系统元素间失效完全相关的判据并给出实用表达式．在此基础上，针对系统中各零件在同一个力源作用下的事实，给出了机械传动系统可靠性设计考虑应力相关性的设计模型和计算方法，得到的模型和方法可推广应用到其他机械传动系统可靠性设计计算中．     

单元服从Gamma退化过程的共载表决系统可靠性

针对共载表决系统中单元服从Gamma退化过程的情况,根据Gamma退化过程的特性,将系统各单元在各载荷阶段的寿命过程通过退化等效模型折合到后续寿命过程中,给出了基于退化等效的共载表决系统可靠性模型表达式,并根据Gamma退化过程尺度参数的不同与原有共载表决系统可靠性模型进行了对比,建立了系统可靠性的蒙特卡罗仿真方法.算例证明了可靠性模型及算法的可行性,并分析了公式方法与仿真方法在计算时间和精度方面的特点.     

一个与多个失效单元间相关系数的计算方法

在结构系统可靠度降维算法误差分析的基础上,针对降维计算中涉及的一个单元与多个单元间相关系数计算不准确问题展开研究。首先,将结构单元状态映射至标准正态空间,建立了状态矢量描述的单元失效模型。基于结构可靠性和概率论基本原理,分析了多单元联合失效时状态矢量的变化规律;然后,通过利用等效状态矢量描述多单元联合失效的方式,将一个单元与多单元间相关性分析问题,转化为一个单元状态矢量与多个单元等效状态矢量间夹角余弦的计算问题;根据单元间相关性及单元可靠性指标不同,分3种情况讨论了基于状态矢量计算一个与多个单元间相关系数的方法;最后,通过与蒙特卡洛模拟对比分析,讨论了该方法的精度及合理性。证明该方法合理有效,优于复相关原理,适用于结构系统可靠性分析,并能获得较理想的计算结果。     

管道类连续系统可靠性建模方法

以管道这种典型的连续系统可靠性建模为背景,论述了国内外研究现状,通过将连续系统离散成单元(作为一个"串联系统"对待),应用最小次序统计量推导出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;同时讨论了连续系统材料强度的两种影响因素:材料自身的不均匀性和材料质量的不稳定性.最后建立了管道类连续系统可靠性模型,能够反映单元间的失效相关性,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.     

复合材料层合板的可靠性优化和鲁棒特征

采用遗传算法分析了存在初始缺陷的复合材料层合板的可靠性优化和鲁棒问题．单元层可靠性分析时,取初始缺陷、强度参数为随机变量,采用一阶矩法和Tsai—Wu准则分析每个单元层的失效概率．系统失效概率的计算基于首层失效假定,把系统看作为单元层的串联结构,系统中任何一个单元层的破坏就看作为系统的失效．在此基础上,对结构的可靠性优化和鲁棒特征进行了研究,分析了对称层合板的层数、可靠度和纤维方向角之间的关系,为结构设计提供参考．     

基于广义伽马分布的系统可靠性增长预测

研究了系统可靠性增长预测方法.论证了可靠性增长试验中系统失效时间服从广义伽马分布,进而预测系统未来失效时间及可靠性,给出了点估计和区间估计,并引入标准差和比例系数进行预测精度分析.实际算例验证了该方法的有效性.     

钢缆类相关失效系统的可靠性分析

对钢缆进行力学性能分析及可靠性建模,能够对其在使用过程中的可靠性进行评估.首先,通过将钢缆简化为并串联模型,考虑了Weibull效应和Daniels效应对其力学性能的影响;然后,应用次序统计量推导出具有Weibull效应的串联系统强度的Weibull分布表达式;其次,分析了具有Daniels效应的并联系统的强度计算公式和分布函数;最后,在不作钢丝失效独立的假设下,通过条件概率和分步计算对钢缆进行了可靠性建模.研究表明,所建立的钢缆类并串联系统可靠性模型能够为钢缆的可靠性分析提供依据,并且能反映相关失效的影响.     

复杂结构件疲劳可靠性模型与评估技术研究

为了评估复杂结构件在随机载荷作用下的疲劳可靠性,将含有多个疲劳细节的复杂结构件看作由多个只含有单一疲劳细节的单元构成的串联系统,在不做各个疲劳细节失效独立假设的前提下,根据疲劳可靠性异量纲干涉模型,提出了一种从系统层级上直接建立的复杂结构件疲劳可靠性模型。以某型列车枕梁为例,展示了随机载荷历程下含多个疲劳细节结构的疲劳可靠性预测方法及流程,并对其疲劳可靠性进行了分析。结果表明:在随机载荷作用下,提出的模型考虑了复杂结构件中疲劳细节之间失效的统计相关性,计算出的列车枕梁服役30年后的可靠度约为0.90,相比之下,传统的系统可靠性模型计算的可靠度偏于保守。     

可靠性评估在矿井救灾通信系统设计中的应用

为了实现矿井救灾通信系统可靠性评估,给出了系统可靠性评估结构框图,论证了串联型单元和并联型单元的近似综合及系统评估方式,根据所取得的试验数据对矿井救灾通信系统进行可靠性评估,对实用中系统的可靠性进行了初步验证,结果表明:该方法对矿井救灾通信系统设计具有较好的指导作用.     

复杂多态系统的区间值模糊贝叶斯网络建模与分析

随着现代工程系统结构复杂度的增加以及运行环境的复杂化,传统的可靠性分析与评估技术已不能满足现代工程系统需求.针对复杂多态系统可靠性分析与评估的需求,本文从部件状态分析、系统结构分析入手,对存在认知不确定性同时考虑失效相关性的复杂多态系统进行可靠性建模与分析.由于现代复杂多态系统信息输入及系统故障影响因素的多样性,以及系统冗余,使得不确定性和共因失效对复杂多态系统可靠性分析和评估至关重要.本文借助贝叶斯网络对多态系统的图形表达和推理优势,采用模糊理论中区间值三角模糊数对部件概率进行描述;同时利用β因子模型对共因失效进行量化,再将其以新增共因节点的方式实现共因失效的贝叶斯网络建模,从而提出基于区间值模糊贝叶斯网络的复杂多态系统可靠性分析方法.最后,将基于区间值模糊多态贝叶斯网络对具有共因失效的多态卫星天线双轴定位机构传动系统进行可靠性分析.通过对实际工程系统的分析,表明本文建立的多种因素影响下复杂多态系统的可靠性建模和分析方法,进一步完善了复杂系统可靠性分析理论与方法.     

结构系统强度和刚度耦合的可靠性分析

基于计算结构力学概念,提出框架结构强度和刚度耦合的可靠性分析方法,解决了极限状态函数和内力的连续生成问题.将该方法与分枝定界法相结合对系统加以分析,计算了结构的总体失效概率.文中方法实现了变更结构的连续可靠性分析,简化了繁琐的总刚运算,为结构退化为机构提供了新判据,加快了系统失效模式的搜索速度,提高了结构系统可靠性分析的时效.     

疲劳与强度耦合下结构系统可靠性研究

本文首先建立了考虑疲劳载荷和静载荷同时作用下的结构系统可靠性分析模型.并针对在疲劳与强度耦合下的结构系统可靠性分析中,采用改进的分支限界法搜索主要失效模式存在计算量过于庞大的问题,提出一种基于增量时间法来判别系统主要失效模式.引入承损伤比和承力比两个参数,并以该阶段系统的时间增量最小为准则选取进入主要失效模式的单元,组合顺序失效元即可生成系统主要失效模式.该方法可为快速合理评估结构系统可靠性提供理论参考依据.     

列控系统中数据通信子系统可靠性研究

列控系统中数据通信子系统的可靠性对于保障列车安全高效运营具有重要作用.利用马尔可夫模型,综合了随机信道恶化,越区切换、无线接入设备故障等无线信道失效因素,提出了数据通信子系统非冗余结构和冗余结构的可靠性模型,分析了不同的数据通信系统结构对可靠性能的影响.同时,给出了列车运行速度与系统可用性指标的相互关系.分析结果显示,冗余结构的数据通信子系统有效提高了通信系统的可靠性;冗余结构的系统可用性指标比非冗余结构提高了大约两个数量级,达到99.99%;冗余结构有效消除了列车越区切换对系统可靠性能的影响.     

对称失效模式的可靠性计算

该文提出了对称失效和对称半、对称元、对称系统等概念,讨论了对称元和对称系统可靠性的计算方法,给出了机械零部件构成的对称半所组装成的对称元在一般情况下的生存概率和计算对称失效系统可靠性的第m步近似式。文中计算了火箭对称助推系统的可靠性。     

考虑失效模式相关性的机械系统可靠性分析

考虑失效模式相关性对机械系统可靠性的影响,提出了一种基于FORM(first order reliability methods)近似的系统可靠性分析方法及其实施流程.采用FORM计算系统各失效模式的可靠度和灵敏度,在此基础上,获得用于衡量失效模式相关性的相关系数矩阵.将系统可靠性模型求解转化为多维正态积分计算,进而采用高效的近似方法获得系统可靠度.给出失效模式灵敏度和随机变量灵敏度的定义及其相应的计算方法.算例结果表明:该方法能够获得较为准确的系统可靠度,且具有较高的计算效率,能够有效识别关键失效模式和随机影响因素.     

车用发动机电控单元可靠性设计与分析

研究柴油机电控系统可靠性问题.逐层建立电控单元中硬件电路和信号处理系统的可靠性数学模型,推导其可靠度表达式,经简化对硬件电路进行可靠性预计和分配,依据预计结果进行电控系统元件的选择和电路优化设计.以电控单元中信号处理系统为例进行了可靠度分析.对按照有关标准设计完成的柴油机电控单元进行8项环境实验和50 h台架可靠性考核实验,验证了电控系统可靠性预计、分配及设计方法的有效性.     

基于可靠性的结构鲁棒设计

采用赵国藩提出的近似计算方法计算结构的系统失效概率,并推导了相应的敏度计算公式,由此进行基于可靠性的鲁棒设计,计算实例证明,基于可靠性的鲁棒设计对提高结构的可靠性非常有效,而且在生命周期内,结构具有稳定的可靠度和质量。     

用一阶二次矩方法进行海洋平台结构系统的疲劳可靠性分析

提出了对海洋平台进行结构系统疲劳可靠性分析的方法，将管节点的疲劳破坏作为整个系统疲劳可靠性模型中的失效单元，用一阶二次矩方法计算失效途径的疲劳失效概率，并应用β－解链法搜寻关键失效途径。在计算整个结构系统的疲劳失效概率时，利用等效线性安全余量的概念建立失效途径的等效失效单元，从而可计及各失效途径之间的相关性。