简析机械的可靠性设计

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

可靠性是-门学科，它涉及的范围广泛，是-门综合了系统工程、管理工程、价值工程、人机工程、电子计算机技术、产品测试技术以及概率、统计、运筹、物理等多种学科成果的应用科学机械结构的可靠性仿真算法经过几十年的发展已经比较成熟，大致分为两大类：解析方法和抽样方法♀析方法通过寻找和优化设计验算点计算功能函数的可靠指标，进-步计算结构的失效概率，解析方法主要包括：-次二阶矩方法、二次二阶矩法、响应面法等；抽样方法通过随机变量的抽样计算结构的失效概率，抽样方法主要包括：直接蒙特卡洛法、半径重要度抽样、自适应重要度抽样等。

在确定功能函数的基础上，多次调整不同的变量分布类型、变量的统计特性，选择不同的可靠度计算方法，可以使零件的可靠度得到提高，从而提高整个组件级、系统级的可靠度。对于同-系统进行不同情况的可靠度分析，可以得到系统可靠性的提升，满足设计的要求。

下面是-些可靠性常用的分布1、指数分布；孕曲线对应的指数分布为F(1)e-t；如何得到这-分布设产品在t时间内总的失效率F(0，则：在t时刻产品的存活率R(t)F(O；在t时刻的失效为t时间内的失效率的导数、即f(t)F(t)；在t时刻的失效率为t时刻的失效比t时刻的存活率、即f(t)/R(t)。

根据浴盆曲线，当产品在稳定失效阶段时任意时刻的失效率为 。

综上，即得到等式： f(t)/R(t)F(0/(1-F(t)；解此微分方程得到-个特解：F(O1-e-t；所以R(t)e-t，这就是指数分布，2、威布尔分布；与指数分布相比，只是变量 不-样。威布尔分布的F(t)e7-t/a)b；当b1时，F(t)1-e (-t/a)，这也就是指数分布；我们威布尔分布来看看其它参数：3、对数正态分布；顾名思义，说明产品在t时间内的失效率与t月匪从对数正态分布，也就是说F )与ln(t)成正态分布。标准表达式为：F(t)O(1nt-h(T50))/5)；根据各种分布，都可以方便地求出产品M'FBF。

要求出产品的M'lTF就必须找到样品的失效时间，这样我们必须取出-定的样品做特定的测试、记录样品的失效时间，然后计算产品的MTBF。

有时候，我们常基于概率进行可靠性设计与分析。于是就涉及到了随机变量。

1)随机变量分布类型选择机械产品可靠性定量分析理论根据产品基本变量存在的随机分散特性，应用概率论和数理统计的方法，分析计算机械产品在使用期内满足规定功能的概率。-般隋况下，影响产品可靠f生主要因素有所承受的外载荷、结构的几何形状和尺寸，材料的物理特性、工艺方法和使用环境等。

2)随机变量统计特性参数选择- 般来讲，各类型统计变量的统计特性参数选择都应来源于试验数据，但也存在-些共性：泊松比的离散程度较小，其变异系数仅为0.o1～0.O3左右，机68 科技博览械零部件寿命的变异系数均是小于l白勺数值，使用指数分布描述机械零部件的寿命会带来较大的误差，对于产品整机寿命，在第-次大修前的变异系数较小，而经过大修后的整机，其寿命的变异系数加大；原材料的机械强度是机械设计的基础，-般原材料机械强度的变异系数取值都比较校故障树分析法(FTA)能形象的显示出产生系统故障的外在与内在原因以及他们之间的逻辑关系。这样，为设计、管理、维护人员提供了-个形象的基础资料。这对提高产品的可靠度与改进产品设计都是很有帮助的。

故障树中各基本事件对顶上事件影响程度不同。从故障树结构上分析，各基本事件的重要度(不考虑各基本事件的发生概率)或假定各基本事件发生概率相等，分析各基本事件的发生对顶上事件发生的影响程度，叫结构重要度♂构重要度分析是分析基本事件对顶上事件的影响程度，为改进系统安全性提供信息的重要手段 。

故障树中各基本事件对顶上事件影响程度不同。从故障树结构上分析，各基本事件的重要度(不考虑各基本事件的发生概率减假定各基本事件发生概率相等，分析各基本事件的发生对顶上事件发生的影响程度，叫结构重要度CAD/CAE软件协同技术长期以来结构可靠性仿真只能应用于能推导显示功能函数的简单结构，如杆、板、梁等，稍微复杂的结构就很难推导出显示功能函数，只能采用隐式的功能函数，这就需要借助于CAD/CA 件的分析程序。同时，复杂结构的可靠性仿真分柝必须以独立的可靠性软件作为支撑，配合使用结构分析程序(主要是有限元分析程序)和高效准确的可靠度算法，才可以得到精确的可靠性分析结果。上述需求的直接要求就是要在基于概率虚拟样机的机械产品可靠性设计分析平台上，通过批处理命令直接调用相应CAD/CAF 件输入文件，进行结果计算，然后将多次调用不同输入变量的结果输出文件记录到平台中，从而作为概率设计的信息源。

结构弹性问题以及非线性问题可以建立在分析平台与Nmtran或分析平台与Marc协同仿真的基础上，解决机械产品断裂、变形失效的问题；利用分析平台与Marc协同仿真也可解决机械产品磨损问题；整个虚拟疲劳耐久性集成化仿真分析过程中，可以从分析应力应变的结果以及载荷变化历程两个方面进行考虑，利用分析平台与Nmtran协同来描述应力应变分析情况，利用分析平台与Adams同仿真来表征载荷变化历程问题，从而形成机械产品疲劳问题的可靠性分析仿真。

结论本文在回顾机械产品可靠性定性分析和定量设计分析方法之后，探讨了-些简单的机械产品可靠性设计分析的方法，明确了设计分析方法流程，并提出了基于可靠性的产品参数设计的方法，为机械零件的可靠性设计提供了系统的解决方案 。

对零件进行可靠性设计分析，并且对零件的具体参数实施基于可靠性的参数设计，为可靠性设计提供了新的方向.利用基于概率虚拟样机的可靠性设计分析平台协同调用CAD/CAE4-进行可靠性分析计算，根据不同的功能函数选择不同的可靠度计算方法，协调各方法之问精度与效率的关系；