关键词：可靠性模型;;失效相关性;;机械产品
摘 要：失效相关性作为一种重要因素存在于可靠性领域,对其分析精度起着决定作用。机械产品(包括机械零件和机械系统)中存在许多引起失效相关的因素使得零件单失效模式的变量间、零件多种失效模式间及机械系统中零件失效间具有相关性而非独立。因此,本文在详细分析引起机械产品失效相关的各因素基础上,以失效相关作用下的可靠性建模难点为出发点,对失效相关作用下的机械产品静态、动态可靠性建模方法进行了一些研究,主要研究内容和结果如下:(1)机械零件的失效模式可表示为多个随机变量作用下的函数,随机变量间可能存在相关性。针对此类问题,在借鉴结构可靠性相关理论的基础上,综合运用RF变换(Rackwitz-Fiessler Transformation)、RT 变换(Rosenblatt Transformation)、改进的一次二阶矩法等相关知识,建立了变量相关的机械零件单模可靠性统一模型并提出了相关的求解算法。结果表明,变量相关性对零件单模可靠性分析结果的影响不可忽略。(2)对于单输入单输出的机械系统,认为使各零件间产生失效相关的为单一因素。针对此类问题,本文结合鞍点逼近、数值积分、条件可靠性等技术,提出了基于鞍点逼近的失效相关机械系统静态可靠性模型。其优点为:将系统可靠性求解的高维积分降为一维积分,提高了分析效率;将相关性隐含在原始方程中使其被描述的更加精确。(3)失效模式相关的零件多模静态可靠性与零件失效相关的系统静态可靠性具有许多相似特征,而不同点为前者各性能函数间含共有随机变量的个数较多,因此,统称为共享多变量的失效相关问题。本文综合运用偏最小二乘回归、响应面、拉丁超立方抽样等技术,建立了此类问题的基于修正偏最小二乘的系统静态可靠性模型。该方法对于解决隐式形式的可靠性问题更具优势,计算较小数量的原始方程即可得较高精度的值。(4)误差是引起机械零件动力学失效相关的关键因素之一,本文以一种典型机械系统-齿轮传动系统为基体,综合运用动力学微分方程、最大极值理论、顺序统计量、随机变量反变换等技术,讨论了随机误差引起的失效相关性作用下的机械系统动态可靠性模型的建立方法。利用所建模型分析了齿轮安装误差单独作用下的系统动态可靠性,明确了误差引起的失效相关性对可靠性的影响规律。(5)针对AP1000核主泵定子屏蔽构件超薄大长径比、定子铁芯结构及两者装配关系复杂等特征,提出了基于内高压成形法的精密装配方法。并将所提出的可靠性方法应用于装配效果分析,初步分析了特定条件下的装配工艺可靠性。结果表明,所设计设备可以满足定子屏蔽套精密装配需求,相关性使装配工艺性能函数间具有负的相关性。综上,针对失效相关作用下的机械可靠性建模问题,本文以引起失效相关的因素为角度将其分类研究,分别建立了变量相关的零件单模失效可靠性模型、由共享单变量引起失效相关的基于鞍点逼近原理的系统静态可靠性模型、由共享多变量引起失效相关的基于修正偏最小二乘原理的系统静态可靠性模型以及由随机误差引起失效相关的系统动态可靠性模型,并将基于修正偏最小二乘原理的系统可靠性模型应用于AP1000核主泵定子屏蔽套装配研究,取得了理论创新和实际应用成果。本文研究解决了失效相关机械产品可靠性理论研究中存在的一些问题。
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