考虑失效模式之间相关性的零件可靠性建模

发布时间：2017-03-19 06:02

  本文关键词：考虑失效模式之间相关性的零件可靠性建模，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：可靠性作为零件的重要质量指标之一,已经贯穿到零件的设计、开发和维修中。因此,建立科学合理的可靠性分析理论具有重要的意义。零件通常具有多种失效模式,突发失效和退化失效是零件的两种基本失效形式。由于各种失效模式之间存在一定的相关性,如果简单的假设失效模式之间相互独立,得到的零件的可靠度模型将会产生较大的误差。鉴于此,本文分别针对突发失效、退化失效及突发失效与退化失效共存的情形,考虑失效模式之间的相关性建立零件可靠性模型,包括以下内容:(1)首先,保证零件在初始时刻不发生失效,研究突发失效模式及其相关性的零件可靠性建模方法。齿轮作为重要的机械传动件,具有弯曲和接触疲劳两种主要失效模式。假设齿轮受到服从正态分布的切向随机载荷的作用,采用Monte Carlo仿真得到了两种失效模式下极限状态函数的散点分布。通过观察散点的分布规律,提出采用二元正态分布建立两种失效模式的联合分布,并给出了零件可靠度的求解方法。应用该方法对风电齿轮箱中的齿轮进行可靠性分析,论证了模型的有效性。(2)然后,考虑到零件在随机载荷的作用下性能逐渐退化,研究退化失效模式及其相关性的零件可靠性建模方法。鉴于强度退化速率随时间变化,提出了一种基于非平稳Gamma过程的强度退化随机模型,并给出了模型中的参数估计方法。基于该模型得到了结构材料的退化规律。接着,假设零件具有两个性能退化特征,引入Inverse Gaussian过程分别对每个性能退化过程进行建模。基于Copula考虑两个性能退化过程中退化增量之间的相关性建立了零件的可靠性模型,并给出了模型中参数的估计方法。应用该模型对齿轮材料的两种性能退化数据进行可靠性分析,论证了模型的有效性。(3)最后,考虑到零件受到冲击载荷和随机载荷的共同作用时会同时面临突发失效和退化失效,研究突发失效和退化失效模式及其相关性的零件可靠性建模方法。由于结构材料具有抵抗微小冲击的抗力,本文提出了一种有效冲击载荷作用下的零件可靠性模型。分别研究了含有一个冲击过程和一个退化过程的零件可靠性建模方法以及一个冲击过程和两个退化过程的建模方法。应用该模型对微机电系统中的销轴进行可靠性分析,论证了模型的有效性。本文分别考虑突发失效模式之间的相关性、退化失效模式之间的相关性以及突发失效和退化失效共存时失效模式之间的相关性,建立了零件的可靠度模型,为准确的分析零件的可靠性提供了方法,对于指导零件的可靠性设计及制定合理的维修计划具有重要的意义。
【关键词】：突发失效 退化失效 失效模式相关性 可靠性模型
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH17;TB114.3
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 课题研究背景与意义14-16
• 1.2 国内外研究现状16-19
• 1.2.1 突发失效下的零件可靠性建模研究现状16
• 1.2.2 退化失效下的零件可靠性建模研究现状16-18
• 1.2.3 突发失效与退化失效共存时的零件可靠性建模研究现状18-19
• 1.3 研究思路及主要内容19-22
• 1.3.1 研究思路19-20
• 1.3.2 研究内容20-22
• 第2章 考虑突发失效之间相关性的零件静态可靠性建模22-31
• 2.1 两种失效模式下齿轮的极限状态函数23-24
• 2.1.1 齿轮发生接触疲劳失效时的极限状态函数23
• 2.1.2 齿轮发生弯曲疲劳失效时的极限状态函数23-24
• 2.2 建立两种失效模式下的齿轮极限状态函数值的联合分布24-27
• 2.3 二维正态分布的参数估计27-28
• 2.4 齿轮的可靠度计算28
• 2.5 实例分析28-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 考虑退化失效之间相关性的零件动态可靠性建模31-50
• 3.1 基于非平稳Gamma过程的结构强度退化模型31-38
• 3.1.1 Gamma退化过程32-33
• 3.1.2 基于非平稳Gamma过程的强度退化模型33-35
• 3.1.3 实例分析35-38
• 3.2 基于Copula考虑退化增量相关性的零件动态可靠度模型38-49
• 3.2.1 基于Inverse Gaussian过程的二元退化模型39-42
• 3.2.2 推断方法42-43
• 3.2.3 实例分析43-49
• 3.3 本章小结49-50
• 第4章 考虑突发失效与退化失效之间相关性的零件动态可靠性建模50-69
• 4.1 零件描述51-52
• 4.2 经历一个冲击过程和一个退化过程的零件可靠性建模52-55
• 4.2.1 冲击过程可靠性分析52-53
• 4.2.2 退化过程可靠性分析53-54
• 4.2.3 零件的可靠性建模54-55
• 4.3 经历一个冲击过程和多个退化过程的零件可靠性建模55-60
• 4.3.1 冲击过程可靠性分析55
• 4.3.2 多个退化过程的可靠性分析55-59
• 4.3.3 零件的可靠性建模59-60
• 4.4 数值案例60-68
• 4.5 本章小结68-69
• 结论与展望69-71
• 全文总结69-70
• 工作展望70-71
• 参考文献71-76
• 致谢76-77
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文77

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