一種多失效模式零部件的壽命指標(biāo)評定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)可靠性評價技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種多失效模式零部件的壽命 指標(biāo)評定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 壽命是機械產(chǎn)品可靠性與耐久性的重要度量指標(biāo)之一。機械零部件或系統(tǒng)在服役 期間由于受任務(wù)剖面復(fù)雜性、載荷環(huán)境隨機性、材料性能分散性等不確定性因素的影響，其 失效形式也表現(xiàn)出明顯的多樣性，也就是說，零部件或系統(tǒng)在實際使用過程中所表現(xiàn)出的 具體失效模式及其發(fā)生時間會具有一定的隨機性，進而導(dǎo)致零部件或系統(tǒng)的實際使用壽命 會呈現(xiàn)出一定的不確定性特征。當(dāng)零部件或系統(tǒng)存在多種失效模式時，便應(yīng)當(dāng)考慮多種失 效模式及其之間的失效相關(guān)性的影響，對零部件或系統(tǒng)進行多種失效模式條件下的可靠性 分析與壽命評估。因此，在車輛或發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域，通常會采用"可靠壽命"這一能夠體現(xiàn)壽 命不確定性特征的指標(biāo)來表征產(chǎn)品的可靠性與耐久性。
[0003] 在現(xiàn)有的機械零部件或系統(tǒng)壽命評定中，通常只考慮產(chǎn)品的某一種失效模式進行 產(chǎn)品的壽命評價，雖然有時也會考慮多種失效模式的影響，但是一般也都是在對每一種失 效模式進行壽命評價的基礎(chǔ)上，將這些失效模式中壽命最短的壽命值作為零部件或系統(tǒng)的 壽命，因此，無法全面地反映出多種失效模式及其參數(shù)不確定性對零部件或系統(tǒng)壽命指標(biāo) 的影響，同時，也給不出零部件或系統(tǒng)的平均首次故障壽命、可靠壽命等壽命指標(biāo)。此外，通 過對產(chǎn)品的失效數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，可以對零部件或系統(tǒng)的壽命指標(biāo)進行評價，但是這種 基于對失效數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的壽命評定方法需要建立在產(chǎn)品已經(jīng)完成制造并進行大批量試 驗或?qū)嶋H使用的基礎(chǔ)上，無法在產(chǎn)品的研制階段應(yīng)用該方法對零部件或系統(tǒng)的壽命進行評 定，不能有效指導(dǎo)零部件或系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種多失效模式零部件的壽命指標(biāo)評定方法，針對具 有多種失效模式的零部件，能夠在產(chǎn)品的研制階段，根據(jù)零部件的載荷剖面與失效模式，在 確定零部件失效行為的基礎(chǔ)上，確定出多種失效模式影響時的零部件壽命概率分布模型， 進一步能夠確定出零部件的可靠壽命、平均首次故障發(fā)生壽命等壽命指標(biāo)。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
[0006] -種多失效模式零部件的壽命指標(biāo)評定方法，包括如下步驟：
[0007] a、確定零部件的載荷剖面以及載荷的不確定性特征；
[0008] b、確定零部件的失效模式及其數(shù)量m;
[0009] C、針對步驟b確定的零部件失效模式，確定零部件對應(yīng)各失效模式的初始強度與 剩余強度模型，
[0010] d、針對步驟b確定的零部件失效模式，確定零部件各個失效模式所對應(yīng)的應(yīng)力與 零部件所受載荷L之間的映射關(guān)系；
[0011] e、針對步驟b確定的零部件失效模式，根據(jù)步驟c確定的零部件對應(yīng)各個失效模式 的初始強度與剩余強度模型以及步驟d確定的零部件各失效模式應(yīng)力與零部件所受載荷之 間的映射關(guān)系，確定出零部件的失效行為模型；
[0012] f、根據(jù)步驟e得到的失效行為模型，確定零部件的壽命概率分布模型；
[0013] g、根據(jù)步驟f得到的壽命概率分布模型，確定零部件的壽命指標(biāo)。
[0014] 進一步的，步驟a中，根據(jù)零部件所屬產(chǎn)品的任務(wù)剖面，確定零部件的載荷剖面，同 時通過對載荷的統(tǒng)計分析，確定零部件載荷的不確定性特征，即確定出零部件載荷大小的 概率密度函數(shù)fUL)，L指零部件載荷，當(dāng)以連續(xù)型變量t為壽命度量指標(biāo)時，還應(yīng)當(dāng)確定出 載荷作用次數(shù)隨變量t變化的特征參數(shù)λ(?)。
[0015] 進一步的，在步驟c中，針對步驟b確定的各個零部件失效模式，確定零部件各個失 效模式所對應(yīng)的初始強度及其概率分布特征，用~表示零部件對應(yīng)第i種失效模式的初始 強度及其概率密度函數(shù)^丨心），再結(jié)合零部件的載荷剖面，確定出零部件對應(yīng)各失效模式的 剩余強度模型，當(dāng)以連續(xù)型變量t為壽命度量指標(biāo)時，確定零部件對應(yīng)第i種失效模式的剩 余強度模型為Si(t)=F(Si，t)，當(dāng)以離散型變量w為壽命度量指標(biāo)時，確定零部件對應(yīng)第i種 失效模式的剩余強度模型為3i(w)=F(5i， w)。
[0016] 進一步的，在步驟d中，針對步驟b確定的零部件失效模式，確定零部件各個失效模 式所對應(yīng)的應(yīng)力與零部件所受載荷L之間的映射關(guān)系，即確定出零部件對應(yīng)第i種失效模式 的應(yīng)力 Sl與零部件所承受載荷L之間的映射關(guān)系模型Sl(L)=F(L)。
[0017] 進一步的，在步驟e中，當(dāng)以連續(xù)型變量t為壽命度量指標(biāo)時運用式（1)確定零部件 的失效行為模型，當(dāng)以離散型變量w為壽命度量指標(biāo)時運用式(2)確定零部件的失效行為模 型，即
[0020]進一步的，在步驟f中，確定出零部件的壽命概率累積分布函數(shù)和壽命概率密度函 數(shù)，當(dāng)以連續(xù)型變量t為壽命度量指標(biāo)時分別運用式(3)和式(4)確定零部件的壽命概率密 度函數(shù)f(t)和壽命概率累積分布函數(shù)F(t)，當(dāng)以離散型變量w為壽命度量指標(biāo)時分別運用 式(5)和式(6)確定零部件的壽命概率密度函數(shù)f(w)和壽命概率累積分布函數(shù)F(w)，BP

[0025]進一步的，在步驟g中，確定出零部件的可靠壽命與平均首次故障發(fā)生壽命，當(dāng)以 連續(xù)型變量t為壽命度量指標(biāo)時，根據(jù)零部件要求的可靠度R運用式(7)確定出零部件的可 靠壽命tR，運用式(8)確定出零部件的平均首次故障發(fā)生壽命t MFTTF;當(dāng)以離散型變量w為壽 命度量指標(biāo)時，根據(jù)零部件要求的可靠度R運用式(9)確定出零部件的可靠壽命wr，運用式 (1〇)確定出零部件的平均首次故障發(fā)生壽命WMFTTF，即
[0030] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：
[0031] 能夠?qū)哂卸喾N失效模式的零部件，考慮多種失效模式的綜合影響，根據(jù)零部件 的載荷剖面以及載荷的不確定性特征，通過確定零部件的失效模式及其數(shù)量、零部件對應(yīng) 各個失效模式的初始強度與剩余強度模型、零部件各失效模式應(yīng)力與零部件所受載荷之間 的映射關(guān)系，確定出具有多種失效模式零部件的失效行為模型，在此基礎(chǔ)上，確定出零部件 的壽命概率分布模型，進一步確定出具有多種失效模式零部件的平均首次故障發(fā)生壽命以 及滿足零部件要求的可靠度所對應(yīng)的可靠壽命，可以有效地指導(dǎo)具有多種失效模式零部件 的可靠性評價與壽命指標(biāo)的確定。
【附圖說明】
[0032] 構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0033] 圖1為本發(fā)明實施例所述多失效模式零部件的壽命指標(biāo)評定方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0034]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。
[0035]下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。
[0036] -種多失效模式零部件的壽命指標(biāo)評定方法，如圖1所示，包括如下步驟：
[0037] a、確定零部件的載荷剖面以及載荷的不確定性特征：
[0038] 根據(jù)零部件所屬產(chǎn)品的任務(wù)剖面，確定零部件的載荷剖面，同時通過對載荷的統(tǒng) 計分析，確定零部件載荷的不確定性特征，即確定出零部件載荷大小的概率密度函數(shù)?? (L)，L指零部件載荷，當(dāng)以連續(xù)型變量t為壽命度量指標(biāo)時，還應(yīng)當(dāng)確定出載荷作用次數(shù)隨 變量t變化的特征參數(shù)λ(?)。
[0039] 本發(fā)明實施例的零部件以時間作為壽命度量指標(biāo)，通過對載荷作用次數(shù)的統(tǒng)計分 析可以確定出零部件的載荷作用次數(shù)隨時間的變化特征參數(shù)λ(〇,特征參數(shù)A(t)為服從每 小時0.5次的齊次泊松隨機過程，通過對載荷幅值的統(tǒng)計分析可以確定出載荷大小的概率
[0040] b、確定零部件的失效模式及其數(shù)量m:
[0041] 根據(jù)零部件的載荷剖面與結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)果，并結(jié)合統(tǒng)計的零部件已有的失效信 息或相