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机械系统相关竞争失效的可靠性评估与维修策略研究

高展  
【摘要】:从机械系统失效机理的角度观察,常见的失效模式多由退化失效与突发失效组成。系统的退化失效是一种自然属性,其性能随着时间的推移而不断发生着退化,当退化量超过某个阈值后系统发生失效;突发失效是系统的性能由于某种原因而突然丧失,导致系统的失效。实际上,系统的失效通常为退化失效与突发失效之间复杂地相互竞争所造成的。在进行机械系统的可靠性评估时,考虑退化失效与突发失效之间的相互作用之间的相关性,采用合适的分析方法对失效数据进行分析,以减小系统可靠性评估的误差。本文针对突发失效与退化失效共存的情形下,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)考虑非平稳Poisson冲击下,退化率变化的退化失效和突发失效两类失效过程之间相互竞争的可靠性评估问题。以线性过程为基础描述退化过程,幅值和强度逐渐增大的非平稳随机冲击过程描述突发失效过程,研究冲击超过临界阈值后导致系统退化过程退化率增大的情况下系统的可靠度问题。(2)研究系统在阈值可变情况下,退化失效和突发失效之间存在相关性时,系统可靠性评估问题。以极值冲击为基础,系统失效的相关性表现为冲击会引起系统退化量的增加,同时退化失效过程影响着突发失效的硬退化过程与失效阈值的变化。利用线性过程描述退化过程,分析了系统性能退化量对突发失效退化的影响,研究系统变失效阈值下系统的可靠性问题。(3)为了解决机械系统中两类失效模式相互竞争下的可靠性问题,提出一种突发失效与多元退化失效间相关性竞争失效的可靠性评估方法。以随机过程描述机械系统多元退化失效过程,利用Copula函数对机械系统的多退化失效过程进行建模;并建立突发失效关于退化量的条件概率,以双参数Weibull分布描述突发失效过程。在对相关的参数进行估计后,推导出了机械系统的相关性竞争失效模型。(4)机械系统中存在的退化失效与突发失效同时影响着系统的性能,为保证系统的正常运转,需要经常对系统进行检测与维修。以系统维修的成本最低为目标,采用平稳Markov过程描述系统的维修过程,对系统的退化失效过程划分为多种状态,建立了维修率与维修成本的函数,对其求解可得系统最少的维修成本。


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