基本信息
- 项目名称：
- 相关失效模式下机械零件可靠度计算的二重积分模型
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 机械零件可能存在多种失效模式，且各个失效模式往往不相互独立。各个相关失效模式的极限状态函数一般没有统一的联合概率密度函数，因此相关失效模式下的可靠度计算非常困难。假设机械零部件同时发生三种或更多种失效模式的事件为极小概率事件，用线性回归法得到不同失效模式下极限状态函数之间关系，建立相关失效模式下可靠度的二重积分模型。若极限状态函数间呈现平方、立方、指数函数等关系时，可以先经过线性变换后应用该模型。
- 详细介绍：
- 机械零件可能存在多种失效模式，而且各个失效模式往往不是相互独立的。各个相关失效模式的极限状态函数一般没有统一的联合概率密度函数，因此相关失效模式下的可靠度计算非常困难。假设机械零部件同时发生三种或更多种失效模式的事件为极小概率事件，用线性回归法得到不同失效模式下极限状态函数之间的关系，建立相关失效模式下可靠度的二重积分模型。如果极限状态函数之间呈现平方、立方、指数函数等关系时，可以先经过线性变换后再应用该模型。用二重积分模型计算了销钉在相关失效模式下的可靠度，并用Monte Carlo等方法进行了验证。算例表明该相关失效模式下的可靠度计算模型是正确的。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 机械零部件往往存在多种失效模式，且失效模式之间存在相关性，相关失效模式下的可靠度计算是可靠性研究的难点问题。本作品的目的是提出一种相关失效模式下的可靠度计算模型。基本思路(1)假设机械零部件同时发生三种以上失效模式为极小概率事件(2)用线性回归法得到不同失效模式下极限状态函数之间的函数关系(3)仿照应力–强度干涉模型建立相关失效模式下可靠度二重积分模型(4)用Monte Carlo方法对模型验证。
科学性、先进性及独特之处
- 本作品针对机械可靠性设计的一个难点问题——相关失效问题进行研究，拟提出一种解决方法，这种方法的特点是建立在严密的数学理论基础上，并具有物理意义，容易被理解、接收。
应用价值和现实意义
- 本作品提出相关失效模式下机械零部件的可靠度计算方法，该方法能够解决具有多种失效模式的机械零部件的可靠性设计问题，丰富了可靠性设计的方法体系，将其应用于实际可以较精确地保障所设计产品的可靠度，从而带来经济和社会效益。
学术论文摘要
- 机械零件可能存在多种失效模式，而且各个失效模式往往不是相互独立的。各个相关失效模式的极限状态函数一般没有统一的联合概率密度函数，因此相关失效模式下的可靠度计算非常困难。假设机械零部件同时发生三种或更多种失效模式的事件为极小概率事件，用线性回归法得到不同失效模式下极限状态函数之间的关系，建立相关失效模式下可靠度的二重积分模型。如果极限状态函数之间呈现平方、立方、指数函数等关系时，可以先经过线性变换后再应用该模型。用二重积分模型计算了销钉在相关失效模式下的可靠度，并用Monte Carlo等方法进行了验证。算例表明该相关失效模式下的可靠度计算模型是正确的。
获奖情况
- 无。
鉴定结果
- 无。
参考文献
- [1]孙志礼,赵乃素.多种失效形式时机械零件的可靠度计算[J].东北工学院学报(自然科学版),1993,14(1)60-63. [2]张义民,王顺,刘巧伶.具有相关失效模式的多自由度非线性随机结构振动系统的可靠性分析[J].中国科学(E辑),2003,33(9):804-812. [3]张义民,张旭方,黄贤振.多失效模式机械零部件可靠性稳健设计.中国机械工程,2009，20(2):149.
同类课题研究水平概述
- 目前，在工程实际中遇到具有多种失效模式的产品的可靠性设计的问题时，一般是假设各个失效模式之间是相互独立的。这种“独立性”假设可能给可靠性设计带来较大的误差，比如齿轮的磨损失效与点蚀失效一般不会同时存在的，从概率的角度来看可以认为两者是不相容事件，显然它们不是相互独立的。 相关失效模式的可靠度计算是国际上公认的难点问题，国内外众多学者都致力于此方面的研究工作。Ditlevsen提出了相关失效模式下可靠度计算的界限法，但是该方法属于定性分析，只能得到可靠度的区间估计值。孙志礼提出用相关系数描述失效模式之间的关系，如果失效模式正相关，并且相关性较好时，用该方法可以得到比较满意的计算结果，如果失效模式负相关，或相关性较差时，计算结果的误差较大。喻天翔、谢里阳等分别对相关系数法进行了改进，根据相关系数和可靠度的高低分为几种情况分别计算，这种计算方法在一定程度上弥补了相关系数法的缺陷，但是该方法建立在经验公式的基础上，毕竟是一种求近似解的方法。实际上，相关系数只是说明两者的关系接近线性的程度，不能代表两者的实际关系，因此引入相关系数来计算相关失效模式下的可靠度会给计算结果带来一定的误差。 可见，目前相关失效模式下可靠度的计算问题还没有完全解决，需要进行深入的研究。
