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小子样产品的随机振动加速试验及可靠性评估

李超  
【摘要】:以《XX产品的可靠性试验和可靠性评估》课题为背景,开展了适用于小子样产品的可靠性试验和可靠性评估方法的理论和应用研究。 可靠性试验 针对小子样机械产品,利用基于随机振动试验的应力、寿命关系,结合将产品视为成败型,寿命服从指数、对数正态或威布尔分布下的经典可靠性分析方法,建立了加速试验下的子样数、加速应力、正常应力、额定工作时间、试验时间、置信度以及可靠度之间的关系。从理论上解释了提高产品承受的应力和延长试验时间可减少子样数。提出了控制产品承受最大应力的措施,以保证在加速试验下产品的失效机理不发生变化。研究了多级应力下步加试验的优化设计方法。利用仿真退火方法,确定了步加试验的试验方案。 可靠性评估 1 参数估计。讨论了恒加试验、步加试验下不同寿命分布的参数估计方法。重点研究了极大似然法-最小二乘法以及适合小样本的恒加试验Bayes方法估计参数。 2 小子样可靠性评估。提出一种基于经典方法、通过增大产品承受的应力、并结合应力—强度干涉计算,建立了适合小子样产品的可靠性评估方法。在假设产品寿命服从对数正态分布情况下,提出了用分散系数法评估极小子样产品的可靠性。运用极大熵原理和模糊综合分析,讨论了寿命标准差的具体确定方法。在确定寿命分布时,主要考虑总体拟合效果、与疲劳物理的一致性和尾部预测安全性三个因素,通过引入信息理论,建立了有限数据下寿命分布统计方法的综合评价模型。研究了环境因子的确定,结合加速模型以及加速试验参数估计结果,获得了环境因子推断的统一公式。 3 利用随机振动理论、强度理论和Miner线性累积损伤模型获得窄带随机振动下基于功率谱密度(PSD)的构件疲劳寿命估算公式。根据不同PSD形状 递业二一一一一遭鱼塑达刽胜旦型攀 修正结果,建立了适用于宽带随机振动构件的疲劳寿命估算公式。该寿命估 算公式计算简单、不需要对变幅应力进行循环计数。 4局部应变可靠性分析。根据随机振动试验的有关理论确定产品局部应变载 荷的概率密度函数。基于coffin一Manson定律,将曲线近似表示为均值和均方 差循环应变一寿命曲线的形式。利用应变一寿命转换关系,获得循环寿命均 值和标准差函数,在此基础上确定给定寿命下的应变强度概率密度函数。建 立了随机循环强度一载荷动态干涉可靠性分析模型。在综合考虑疲劳缺口系 数和理论应力集中系数的影响下,对疲劳强度指数的均值和标准差分别进行 修正,获得适用于高周构件的寿命预测公式。 5系统可靠性方法。针对复杂系统可靠性试验缺少的情况,提出了基于单元 信息进行可靠性综合的方法。该方法不需假设系统或单元产品的寿命服从某 一分布,减少了因寿命分布选择不当所造成的可靠性和方差的误差。在获得 单元可靠性的均值和方差的基础上,利用系统可以分解为单一的串联或并联 关系,通过逐步综合获得复杂系统的可靠性均值和方差估计值。利用系统信 息嫡原理,将部件的试验数据折合为系统的试验数据,获得系统的子样数。 由此提出了小子样下的系统可靠性置信区间估计新方法,该方法只假设系统 可靠性估计服从正态或对数正态分布。新方法使用限制少,计算简单。 6模糊可靠性。简要分析和归纳了目前常用的确定隶属函数的方法和一般性 原则。为减少隶属函数确定过程中的主观性和不精确性,提出了三种基于B傀ier 曲线机理构建隶属函数方法。建立了结构系统广义可靠性分析模型。根据随 机变量可能同时具有随机性和模糊性的特点,分别提出了模糊强度一随机应 力、随机强度一模糊应力和模糊强度一模糊应力情况下的模糊可靠性分析方 法。同时,建立了结构系统为独立单元部件串联或并联组成的模糊可靠性分 析模型。考虑到不同模糊随机变量组合下的可靠性积分一般不存在解析解的 情况,提出了用仿真法计算可靠度数值解,并阐述了数值仿真的基本原理和 步骤。


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