实况下机械零件的动态可靠性分析

考虑不同工况下载荷变化和强度退化对机械零件可靠性的影响,采用雨流计数法对工况载荷进行统计处理,运用Goodman直线修正法与线性积累损伤法则估计出零件的疲劳寿命.在此基础上,利用等时间段内最大载荷替代载荷变化,Gamma过程模拟强度随机退化的方法来建立渐变可靠性数学模型,最后由随机摄动理论和四阶矩法相结合推导出可靠性灵敏度的表达式.以采煤机扭矩轴为例,估算出扭矩轴在实际载荷下的疲劳寿命,给出各参数变量在疲劳寿命内动态可靠性灵敏度变化规律,分析了参数变量改变对扭矩轴可靠性的影响,并用Monte Carlo仿真进行了验证,结果表明所采用的动态可靠性分析过程符合实际工况,能够为实况下机械零件的动态可靠性分析提供一种方法.     

机械零件动态可靠性模型及失效率研究

分析了传统可靠性模型的特点,指出传统的可靠性模型并不能很好地反映零件可靠度和失效率随载荷作用次数或时间变化的规律.采用泊松随机过程描述随机载荷的作用过程,综合运用应力-强度干涉模型、泊松随机过程以及概率微分方程建立了强度随时间退化时的零件动态可靠性模型.以强度退化服从指数规律为例,研究了零件可靠度和失效率随时间的变化规律.研究表明,零件的可靠度随时间逐渐降低;失效率曲线具有"浴盆"曲线的全部特征.     

基于裂纹扩展理论的结构强度退化模型

为了描述机械结构强度退化在整个寿命周期中的变化规律,本模型引用裂纹扩展理论,计算出不同载荷作用次数下临界裂纹值和结构裂纹扩展速率,根据临界裂纹值和结构剩余强度之间的关系模型,从而得到剩余强度随载荷作用次数的变化数据,由此建立基于裂纹扩展理论的结构强度退化模型.实例分析表明:利用裂纹扩展理论反求结构强度退化模型可以从材料微观方面分析零件结构强度退化量的动态变化规律,进而为零件结构的可靠性分析提供理论依据.     

基于相关性分析的载荷-强度干涉模型

传统载荷-强度干涉模型适用于零件及系统的静态可靠性分析,并且模型中假设载荷与强度是相互独立的.因为当考虑强度退化时,零件的剩余强度是载荷大小及载荷作用次数的函数,所以传统的载荷-强度干涉模型不能用于分析强度退化时零件和系统的可靠性.通过定义次数等效系数和参考载荷,提出考虑载荷和强度相关的载荷-强度干涉模型,用于分析随机载荷作用下强度退化时零件及系统的可靠性.此外,由于承受共同的随机载荷而产生的共因失效对于系统的可靠性分析具有较大影响,因此建立了考虑共因失效的系统可靠度计算模型.最后通过算例证明提出模型的可用性和合理性.     

基于剩余强度衰减退化的非线性累积损伤准则及其可靠性定寿

零件的疲劳破坏是一个损伤逐步累积、承载能力逐步下降的过程,其疲劳强度随其承受的载荷和频次而不断衰减.通过研究疲劳过程中材料剩余强度衰减退化的规律,从疲劳损伤的定义出发,把剩余强度退化通过一个衰减系数引入到损伤的定义中,提出考虑材料强度性能退化的非线性累积损伤模型来修正Corten-Dolan理论模型.该模型不但考虑了载荷间的相互作用效应,而且还考虑了载荷加载历史引起的强度退化的影响.同时提出了一种基于剩余强度衰减退化的零件疲劳寿命可靠性分析方法,即在假设剩余强度分布服从对数正态分布下,用零件的剩余疲劳损伤强度计算疲劳可靠度和预测零件疲劳可靠性寿命.通过基于修正Corten-Dolan模型的疲劳寿命预测和算例对比分析,该模型完善了传统Corten-Dolan理论模型的适用范围,提高了预测精度.以恒幅载荷作用下的疲劳可靠性描述为例,通过对比模型分析值和实验值,证实了基于剩余强度衰减退化的疲劳寿命可靠性分析模型的可行性,并可以推广至多级载荷作用下的疲劳可靠性寿命的预测.     

基于可靠性分析的太阳电池阵驱动弹簧设计

以太阳电池阵驱动弹簧为研究对象,建立动态可靠性模型,并提出太阳电池阵驱动弹簧的可靠性优化设计方法。在建立动态可靠性模型过程中,假设载荷历程为Poisson过程,并考虑驱动弹簧参数的变化对应力及强度分布的影响。通过灵敏度分析,提出基于动态可靠性模型的优化设计方法。算例研究表明:即使在强度不退化的情况下,驱动弹簧的可靠度仍然随着时间的增加而降低。同时,失效率曲线与偶然失效期浴盆曲线相一致。此外,基于传统应力-强度干涉模型的可靠性优化方法可能由于忽略了可靠性的动态特性而使设计结果具有较高危险性。     

基于Gamma过程的金属材料剩余强度退化模型

针对多级载荷作用下零件剩余强度未考虑加载次序的问题,基于Schaff模型,引入载荷次序影响因子,对Schaff模型进行修正,建立考虑载荷加载次序影响的等损伤比剩余强度预估模型.借助Gamma函数的形状参数和尺寸参数对零件的强度退化过程进行描述.采用45~#钢和30CrMnSiA的疲劳试验数据验证模型的准确性.结果表明：修正的等损伤比剩余强度模型预测精度要优于Schaff模型,且Gamma过程与零部件强度退化过程相吻合.     

基于模糊随机变量的机械零件广义可靠性设计

机械零件的强度和所受外载具有模糊、随机不确定性 .对于可靠性设计一般只考虑模糊性、随机性或者两者共时存在的情形 ,没有考虑模糊性、随机性相互融合的情形 .本文根据模糊随机规划理论、机械零件可靠性设计原理 ,提出了机械零件模糊随机广义可靠性的概念 ,把机械零件的可靠度和失效概率表示成条件概率 ,建立了模糊随机可靠性设计的一般模型 ,传统的随机变量可靠性设计以及模糊可靠性设计模型都是该模型的特例 .模糊随机可靠度计算模型可以在考虑设计人员的经验的情况下降低零件的失效概率 ,该模型不需要强度或应力的隶属函数转化为安全事件的隶属函数 .给出设计计算的公式 ,并对计算结果进行了对比分析与讨论     

考虑服役年龄的零件强度-应力可靠性动态建模与仿真

基于强度-应力干涉理论设计的零件,通常由于没有考虑服役时间导致零件疲劳失效.这种静可靠度设计不能正确反应零件在服役过程中可靠度的变化,印使设计一定的安全裕度也往往在服役过程中由于可靠性不满足要求而导致零件失效.充分考虑服役年龄对机械零件强度分布的影响,建立零件强度-应力可靠度动态模型,探讨疲劳失效对零件可靠度的变化;通...     

考虑载荷作用次数的齿轮可靠度计算模型

研究了随机载荷作用次数对齿轮可靠性的影响.通过引入条件可靠度,在不作失效独立假设的前提下,运用应力-强度干涉模型建立了具有多种失效模式的齿轮可靠度计算模型.根据随机载荷作用的统计学意义,运用顺序统计量理论建立了随机载荷多次作用时的齿轮可靠性模型,并研究了齿轮可靠度随载荷作用次数的变化规律.研究表明,即使在强度不退化的情况下,齿轮的可靠度也随着随机载荷作用次数的增加在逐渐降低.     

外载冲击与性能退化相关失效进程下产品可靠性综合评估模型

综合考虑了内部性能退化与外载冲击交互作用下产品的可靠性评估,针对产品承载最大冲击的强度会随着性能的逐渐衰退而减小这一特征,对比传统的恒定强度阈值,建立了随机强度阈值下的产品可靠性分析模型。依据冲击发生的次数将产品的性能退化假定成多状态过程,分别构造了恒定强度阈值与随机强度阈值下产品可靠性评估模型,并借助Copula理论来刻画内部性能退化、外部载荷冲击交互作用相关失效下产品的可靠性。最后以正态分布为例描述产品的内部退化过程,分析了两类强度阈值下产品的可靠性,验证了模型的合理性。     

基于Gamma退化过程的机械零部件可靠性灵敏度方法

采用随机变量描述初始强度的不确定性，利用Gamma过程描述强度退化过程.在此基础上，运用摄动法、四阶矩法和Edgeworth级数方法，解决了随机参数服从任意分布的可靠度计算问题.基于矩阵微分方法，推导出关于随机变量均值和方差的可靠性灵敏度的计算公式.以螺栓为例对所提方法进行验证，结果表明该方法可有效地解决机械零部件强度退化时的可靠性灵敏度问题.     

基于随机松弛时间的行程时间可靠性计算模型*

提出了基于随机松弛时间的行程时间可靠性动态计算模型。研究了交通系统内部车辆间相互干扰作用对行程时间可靠性的影响。运用交通流动力学理论建立模型,证明了模型的各项异性,并基于蒙特卡洛和欧拉折现法设计相应的求解算法。模型能够较好地反映给定交通供需条件下的行程时间可靠性退化规律,量化交通流内部车辆间相互干扰对行程时间可靠性的影响。算例分析表明车辆间相互干扰程度的加剧会引起行程时间可靠性退化轨迹的明显改变,干扰越剧烈,动态行程时间可靠性的退化速度越快、达到稳定状态时的行程时间可靠性水平越低。拓展了传统行程时间可靠性计算模型仅考虑外部供需的局限性,探讨了交通流松弛时间的随机波动对行程时间可靠性的影响。所建模型和方法可以为高速公路、城市快速路、主干道等大型设施的动态行程时间可靠性预测提供理论依据和实践参考。     

井下车用零件多裂纹扩展的时变可靠性分析

针对工程中井下车用零件的多裂纹损伤问题，通过扭转疲劳试验模拟了车用零件中传动轴的疲劳损伤，并应用长焦显微镜与照相机相结合的测量法对零件一定疲劳循环次数后的表面裂纹进行了测量统计，同时以Paris模型及剩余强度估算模型对统计数据进行处理，得到了剩余强度.再应用所建立的时变可靠性数学模型，求取了零件时变强度的漂移率及波动率，并最终得出了该零件在一定疲劳循环后的可靠度.该方法从实际应用上解决了时变理论对零部件时变强度的动态检测问题，将时变理论向工程化应用推进一步，具有良好的应用前景.     

船体时变可靠性分析

利用船体梁强度的单调退化特性，确定在设计寿命内船体强度的最小值。由船体强度的最小值和载荷的最大值，根据经典的时不变可靠性理论，构造了一种新的时变可靠性表述形式。同Guedes Soares和Garbatov的基于随机过程上跨率的时变可靠性表述形式相比，这种新的时变可靠性表述形式，既能够展现疲劳和腐蚀所导致的船体可靠性随时间的连续变化，同时又避免了数值积分的麻烦。因此这种方法计算量小，计算效率高。     

矿用自卸车轮边减速器传动系统动态可靠性研究

轮边减速器传动系统作为轮毂驱动系统的核心部件,其可靠性直接影响轮毂驱动系统乃至整车的运行可靠性和工作寿命.针对现有轮边减速器传动系统可靠性评估只考虑单一齿面失效或齿根失效的不足,提出考虑二者失效相关的动态可靠度计算方法.首先,在考虑齿轮材料强度退化的前提下分别建立齿面、齿根强度退化随机模型;然后,基于应力-强度干涉理论并采用Monte Carlo方法计算得到2种失效形式下考虑强度退化的齿轮动态可靠度曲线;其次,根据Copula理论建立同时考虑2种失效形式相关性的单一齿轮动态可靠度数学模型;最后,应用Sklar定理对零件失效过程的相关性进行描述,建立轮边减速器传动系统动态可靠度数学模型.通过算例验证结果表明:该方法能够揭示多失效形式和多因素相关条件下系统疲劳寿命与各零部件疲劳寿命之间的关系,可以为轮边减速器传动系统的可靠性评估和预测提供理论依据.     

轴向受载的高速滚动轴承动态特性分析

根据Hertz接触理论和刚性套圈理论,建立了轴向受载时高速滚动轴承的力学模型,得到了组成该模型的动态特性方程组。针对传统Newton-Raphson迭代方法对所建立的动态特性方程组求解过程中对初值敏感、不易收敛和振荡的问题,提出了基于遗传算法的求解方法,并将所得结果与传统Newton-Raphson方法结果进行了对比。结果表明,遗传算法可以有效求解高速滚动轴承的动态特性方程组,避免了传统方法的缺点,提高了编程效率。