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机械可靠性设计

机械可靠性设计
机械可靠性设计

基于鞍点估计的机械零部件可靠性灵敏度分析

摘要

对机械结构来说,可靠性指标一般随材料特性、几何参数、工作环境等不确定性因素变化而减弱,所以结构的可靠度、灵敏度就显得尤为重要,对机械零部件可靠性灵敏度的分析也是亟不可待。

本文利用鞍点估计技术可以无限逼近非正态变量空间中线性极限状态函数概率分布的特点,能有效解决统计资料或实验数据较少而难以确定设计变量的分布规律的问题。将可靠性设计理论、灵敏度分析技术与鞍点逼近理论相结合,以前面可靠性数学模型为基础,系统地推导了基于鞍点估计的可靠性灵敏度公式,讨论了基于鞍点估计法的机械零部件可靠性灵敏度计算问题,为进一步分析机械零部件的可靠性稳健设计奠定了理论基础。

关键词:不确定性鞍点灵敏度可靠性

第一章绪论

1.1机械可靠性设计理论研究进展

很早以来人们就广泛采用“可靠性”这一概念来定性评价产品的质量问题,这只是靠人们的经验评定产品可靠还是不可靠,并没有一个量的标准来衡量;从基于概率论的随机可靠性到基于模糊理论的模糊可靠性再到非概率可靠性以及最近提出的结构系统概率-模糊-非概率混合可靠性,表明定量衡量产品质量问题的理论方法从产生到现在已有了长足的发展;对于复杂结构的复杂参数由单纯的概率非概率可靠性分析方法发展到可靠性灵敏度分析的各种分析方法,使得这一理论日续丰富和完善,并深入渗透到各个学科和领域。可靠性当今已成为产品效能的决定因素之一,作为一个与国民经济和国防科技密切相关的科学,未来的科技发展中也必将得到广泛的研究和应用。

20世纪初期把概率论及数理统计学应用于结构安全度分析,已标志着结构可靠性理论研究的初步开始。20世纪40年代以来,机械可靠性设计理论有了长足的发展,目前为止己

经相当成熟,尤其是许多国家幵始研究在结构设计规范中的应用,使机械可靠性设计理论的应用进入一个新的时期。

1.2机械可靠性设计理论研究现状

在实际工程中,不确定因素的存在在所难免,可靠性分析与这些不确定性紧密相关。在过去的几十年中,概率论在各种工业系统的可靠性评估方面获得了巨大的成功,概率可靠性方法成为处理不确定性的最为普遍的方法。但随着科学技术的发展,人们逐渐认识到,除了随机性以外,在工程中还存在着另一类重要信息——模糊信息。所以传统的可靠性方法就是用概率论和模糊理论处理不确定性,但概率可靠性和模糊可靠性模型都需要用较多的数据去定义参数的概率分布或隶属函数,a计算量较大。近年来的有关研究[1]表明,概率可靠性对概率模型参数很敏感,概率数据的小误差可导致结构可靠性计算出现较大误差[2],说明在没有足够的数据信息描述概率模型时,在主观的假设下概率可靠性计算的结果是不可靠的[3]。模糊性和随机性是不同的两类不确定性,其产牛机理和物理意义均有一定差异,在机械和结构系统的分析和设计中,由于各种因素的影响,常不可避免地同时存在随机的和模糊的不确定性[4]。此时,必须同时考虑随机性和模糊性。对此问题,常用的方法是依据Zadeh提出的模糊概率计算公式[5],综合考虑功能状态变量的随机分布和模糊隶属情况,给出一确定的失效概率或可靠度值。Ben-Haim首先提出了不用概率定义即非概率的可靠性概念。对于不确定信息的描述,不采用随机变量,不用极限状态函数和概率密度函数,而采用凸集合模型描述,经过分析可得到输出(或响应)的变化范围,将此变化范围与要求的变化范围比较即可得到安全程度的度量指标。非概率可靠性提出后引起了很多人关注。郭书样等[6]基于区间分析,提出一种非概率可靠性度量指标,来衡量不确定参数为区间变量时系统的安全性,并将其用于结构优化,但对于其它凸模型情况,区间算术计算结果趋于保守。邱志平[7]等指出了Ben-Haim鲁棒可靠性准则即响应凸集合与失效凸集合为不相交关系的错误,提出了结构的安全与失效的关系应该对应于凸集合间的偏序关系,这仅仅是基于一种方式对不确定量进行的描述,而计算必须建立在先前的实验数据上,以至该模型也有一定的局限性.曹鸿钧[8]等在区间可靠性指标的基础上,提出一衡量超椭球模型与区间模型并存情况下的非概率可靠性指标由于非概率可靠性指标是用一个极小极大模型定义的,虽然可以采用增广设计变量的方法转化为常规极值问题,但以该指标为设计约束的优化问题求解时仍然十分困难。在结构的分析和设计中,需要合理地定量处理一些影响其性能的不确定性,虽然概率理论在不确定性的处理及可靠性分析方面得到了成功的应用,但不确定性并不等于随机性。不确定性的模拟

既可以是概率的,也可以是非概率的,同一问题中可能同时含有概率变量和非概率变量。因此,非概率方法及其与概率方法的混合模型[9]的研究也有着重要的理论和实际意义。非概率可靠性并不是完全否认概率可靠性,它是概率可靠性有益的补充,很多研究都在试图将两种方法结合起来对系统性能进行评估。基于结构可靠性分析中的概率可靠性模型和非概率集合可靠性模型,王军等[10]等提出一种新的结构可靠性分析的概率-非概率混合模型,该模型首先将功能函数进行非概率可靠性分析,后将标准化区间变量空间所有区域的可靠度惊喜求和计算,从而给出结果的可靠度。为了有效地处理结构系统的混合可靠性问题,基于模糊随机可靠性模型及非概率集合可靠模型,尼早等[11]建立了结构概率—模糊-非概率混合可靠性模型,该混合可靠性模型为分析和设计决策提供更全面、更真实的有用信息。可靠性设计的精确性和先进性是建立在应力、强度、寿命等数据的真实性、精确性的基础上的,重视试验数据的收集和分析,对设计新产品时有很重大的参考价值。

1.3.机械零件可靠性设计理论的发展趋势

对当前机械产品而言,如何提高设计质量、完善设计理论、改进设计技术、缩短设计周期是最重要的,而这些都与可靠性有着密切的联系。可靠性技术己深入到机械零部件结构设计、强度设计以及失效分析中,机械零件可靠性理论研究工作已经成为机械工程中的研究热点,目前大量论文和专著,已证实了结构系统可靠性分析和计算方法相当成熟,就目前的发展趋势看如下几方面应是工程机械结构可靠性理论研究的热点:(1)可靠性优化设计(2)可靠性灵敏度设计(3)可靠性稳健设计(4)可靠性试验。

1.4本文基本思路和主要研究内容

可靠性设计理论的应用已深入到机械零部件的选材、结构设计、强度设计、失效概率分析以及产品的创新设计中。产品的设计变量和预设计参数向量对机械产品的可靠性起重要作用,而在实际工程中这些变量的不确定性是客观存在的,这些不确定性有可能导致机械零部件的性能指标有较大的波动,甚至失效,因此确定设计参数对机械零部件可靠性影响程度十分必要,即可靠性灵敏度设计目前,机械零部件可靠性灵敏度研究发展较为迅速,文献首次提出机械零部件可靠性灵敏度分析的基本概念,研究了可靠度对随机参数的敏感性。随后国内外部分学者又提出了许多可靠性灵敏度分析方法[12][13][14],张义民吕振宙等对机械可靠性灵敏度进行了较为系统的研究。当前可靠性灵敏度分析的方法主要有矩方法和Monte-Carlo数值模拟法等,矩方法是基于设计变量均值的可靠性灵敏度分析,计算速度较快,但只考虑了设计变量的前两阶矩,影响计算的精度。Monte-Carlo数值模拟法,计算量

较大,尤其是针对小失效概率问题,以至在实际工程问题中很难应用。

计算机械零部件的失效概率或可靠度的前提是,必须知道极限状态函数的概率密度函数或联合概率密度函数,但是实际工程通常为小样本情况,统计资料或者试验数据往往缺少,所以很难确定基本随机参数的分布规律,特别是分布函数、概率密度函数、实际分布函数尾部与概率密度函数尾部拟合不一致的情况,对结构的可靠性或者失效概率分析的精度会有较大影响[15]。在小样本情况下,如何能在不降低计算效率的情况下改善可靠性及可靠性灵敏度分析方法的精度,是本文研究的重点和难点。

本文利用鞍点估计技术可以无限逼近非正态变量空间中线性极限状态函数概率分布的特点,获得了外载荷作用下机械零部件结构响应的概率密度函数和分布函数。在此基础上,针对基本参数存在不确定性的可靠性分析问题,将鞍点估计理论与可靠性灵敏度分析方法相结合,系统地推导了基于鞍点估计的可靠性灵敏度公式,研究了机械零部件可靠性灵敏度分析方法。并将其引入到新型旋转式立体车库载车台主梁结构的可靠性灵敏度分析中,通过与改进一次二阶矩显式迭代方法计算所得的结果做比较,显示出本方法计算结果的准确度高、计算速率较快优点。

第二章 可靠性灵敏度简述

我们当前应用的可靠性灵敏度设计是在可靠性设计的基础上进行机械结构、机构设计参数的灵敏度分析,来确定基本设计变量的改变对机械结构、机构可靠度的影响程度,可靠性灵敏度分析可以定量化反映各基本随机参数对机械结构、机构失效的影响程度,即敏感性。目前求得灵敏度的常用方法是采用可靠度对设计变量均值和方差的偏导数。若可靠度对某个设计变量求得的灵敏度数值大于0,则说明该设计变量均值的增加会使机械结构/机构趋于更加可靠;若对某设计变量求得灵敏度数值小于0,则说明该设计变量均值的增加会使机械结构/机构趋于更加不可靠。同样对于方差的灵敏度亦如此。

可靠度对设计参数均值的灵敏度表达式为

X R dX dR g g T ??????=μμββ (2-1)

可靠度对设计参数方差的灵敏度表达式为

)

()(d X Var R X dVar R g g ??????=σσββ (2-2)

式中:)(β?β=??R ,g σμβ1g =??,??

??????????=??n X g X g X g 21g σβ, 2g g g σμσβ=??,??

?????????=??X g X g X Var g g σσ21)( 在极限状态函数为线性或非线性程度不强的情况下,上述可靠性灵敏度计算公式是实用的。但在非线性程度较强的情况下,采用随机摄动技术或差分法计算来近似代替微分时,基本随机参数的变化量取得过小或过大都直接影响灵敏度分析的精度,甚至会出现错误。因此对上述可靠性灵敏度计算公式进行修正。

在对设计参数向量求偏导时,通常认为极限状态函数的方差和设计参数的均值是完全独立的,所以有

0g

=??T X σ (2-3)

事实上,在极限状态函数方程为线性时,则式(2-3)成立,若极限状态函数方程为非线性即为关于X 的二阶或高阶方程时,则式(2-3)就不成立。所以修正后的可靠性灵敏度计算公式应为

T

g g T g g T X R X R dX R ??????+??????=μμββσσββd (2-4) 在这里要说明的是方差的灵敏度计算公式无需进行修正,因为极限状态函数的均值和设计参数向量的方差是完全相互独立的,而且中不包含Var(X)项,所以有

0)(g

=??X Var μ (2-5) 所以)

()()()(d X Var R X Var R X Var R X dVar R g g g g g g ??????=??????+??????=σσββμμββσσββ不变。

第三章 鞍点逼近的可靠性灵敏度分析

3.1鞍点逼近理论

鞍点逼近理论的基本思想是利用基本随机参数的线性极限状态函数r = g(x )的累积生成函数(cumulant generating function, CGF)和矩生成函数(moment generating

function,MGF)的性质以及Fourier 逆转公式,来求得极限状态函数基于鞍点的指数幕级数

表达式形式的联合概率密度函数的近似值。鞍点逼近理论最早应用于复变函数,1954年Daniels [16]首先提出了鞍点逼近理论并将其应用到统计推断问题中。鞍点逼近方法给出了n 个独立相同分布的基本随机参数的概率密度函数的精确逼近式,误差的阶虽与正态近似分布误差的阶相同,但实际计算中鞍点逼近法的精度要高的多,特别是在尾部区域中明显优于正态近似分布,因此鞍点逼近法是小样本情况下一个非常有效的统计近似方法。

设X i 为基本随机参数,x i 表示X i 的一个观测值,Xi = T

n X X X X ],,[21 =表示随机数矢量,其概率密度函数(PDF)为f x (x),矩生成函数(MGF)为 ?-==x

x tx t K dx x f e e t M )()()(x x (3-1) 其中K x (t)是随机变量X 的累积生成函数,则

)()t (t InM K X X = (3-2)

根据矩生成函数的定义,运用傅里叶反变换公式得到y 的概率密度函数f y (y)为

??+∞

∞-+∞

∞---==ξξξπξξπξd y K d e i M y f y i y })exp{(21)(21

)( (3-3)

应用指数幕级数展开估计式(3-3),得到y 的概率密度函数,f y (y)在点y 0处的鞍点估计式f y (y n )如下:

])([2/1''0y ])

(21[)(f n s s y y t t K s y e t K y -?π (3-4) 在文献中,Daniels 给出了计算j = g(x)分布函数的精确公式

))(1()11)(()(y y v

w In w w v w w w F +=-+=φ?φ)( (3-5) 式(4-1)中)w (φ和)(w ?和分别为标准正态分布函数的分布函数和概率密度函数。

210)]}([2){sgn(s y s s t K y t t w -= (3-6)

21'')]([s y s t K t v = (3-7)

式(3-6)符号函数=)sgn(t 1,0,-1,取决于t 为正值,0或者是负值。在y 0=0时,式(3-5)中的))(1(v w In w w +

-可以看作是一次二阶矩方法中正态变量空间的可靠度指标β值。

对于非线性功能函数为y=g(x)的函数,如果随机参数矢量T

n x x x x ),(21 =的均值为

T x x x n )(μμμμ,,,21 =,根据泰勒公式,将y=g(x)在基本随机参数的均值处展开如下

)()(1i x t t n i x x g g y μμμ

-??+=∑= (3-8) 可得到的累积生成函数为

∑∑==??+-??+=n i i x i n

i t y t x g t x x g g t K i 11)())()((μμμμ)

( (3-9) 然后再采用鞍点估计法求解。

3.2鞍点逼近的可靠性灵敏度分析

基于3.1鞍点逼近理论,将可靠性灵敏度定义为结构失效概率P,对其基本参数的均值及均方差的偏导数,如下所示

?Ω??=??dy y f P i i

x y x f

μμ)( (3-10) ?Ω

??=??dy y f P i i x y x f

σσ)( (3-11) 式中Ω表示极限状态函数的积分区域,积分区域的取值范围取决于机械零部件的失效状态或安全状态。结构失效概率P f 的表达式为

dy e t K P n s s y y t t K s y f ])([2

/1''))(21(-Ω

?=π (3-12) 对式(3-9)求一阶导数可得

t x g K x g x g g t K n i i x n i i n i x i y i i ???? ?

?????+???? ??-??+=∑∑∑===1'11')()(μμμμμ (3-13) 对式(3-9)求二阶导数可得 ???? ?

??????? ????=∑=t x g K x g t K i x n i i y i μμ''21'')( (3-14)

第四章 AFSOM 法的结构可靠度的显示迭代法

改进的一次二阶矩(AFSOM)法是结构可靠性设计的一种常用方法,目前已经在工程中获得了广泛应用

[17]。但是,使用AFSOM 法求可靠度时,每次迭代都需要代入功能函数计算可靠度指数β[18][19]。如果功能函数比较复杂,那么只能通过方程的数值解法来求解β,这样就大大增加了计算的量。所以说,在AFSOM 法的基础上,应用了一种不需要与功能函数联立

就能解方程的显示迭代算法,可以比较准确的计算出可靠度指标β,而且可以简化可靠度的计算过程,有利于编程计算。

4.1改进的一次二阶矩法

可靠性分析的目的就是计算可靠度,即求:

?>=0)()(x g x

dX X f R (4-1)

式中:)(X f x 为设计变量n X X X ,,,21 的联合概率密度函数;g(X)为极限状态函数,表示了机械结构/机构的两种存在状态:

???>≤=-=安全状态失效状态 00)()(*

r X r X g (4-2) 对于已知的极限状态函数对g(X),其最可能设计点),,,(*

*2*1*N X X X P 是不知道的,所以采用迭代算法或直接寻优的方法找到最可能设计点),,,(**2*1*N X X X P 。

利用Taylor 级数展开式将非线性功能函数在基本随机变量的均值处进行线性化处理,略去高次项,即: )(),,,()

,,()(*1

**2*

12,1i i n i i n

n X X X g X X X g X X X g X g Z -??+≈==∑=μ

(4-3) 令:*1**2*

10*),,,(i p n i i n X X g X X X g c ∑

=??-= ,),,2,1(*

n i X g c P i i =??= 那么非线性极限状态函数g(X ;)线性展开后可记为G(X):

∑=+=≈n

i i i X c c X g X G 10)()( (4-4)

如果设计参数相互独立,失效区域中的最可能设计点(MPP) —定落在功能函数所定义的失效边界上,所以有),,,(*

*2*1N X X X g =0,可靠度指标为: ∑∑==+==n i x i n i x i G

G i

i c c c 12210σμσμβ (4-5)

失效概率f P 为:

)(βφ-=f P (4-6)

4.2 AFSOM 法的显式迭代法推导

将非线性的功能函数g(x)在均值设计点),,,(**2*1*N X X X P 处按式(4-3)泰勒展幵,

展开后线性功能函数Z 的均值为

()

*1**2*1*),,,(i x p n i i n z x x g x x x g i -???? ????+=∑=μμ (4-7)

若随机变量相互独立,则Z 的标准差为

∑=??=n i P i

x x g i 122z *)(

σσ (4-8) 将灵敏度系数i λ(i=1,2,...,n )的计算式代入式(4-8)得z σ另—表达式,即

*

1P n i i x i z x g i ∑=???? ????=σλσ (4-9) 根据可靠性指标定义g

σμβg =联立式(4-7)和式(3-9),得到β的显示表达式如下: ∑∑==????-+==n i p

i x i n

i p i i x n G G x g x g x x x x g i i 11***2*

1**)(

))((),,,(σλμσμβ (4-10) 4.3 AFSOM 法的显示迭代法计算β步驟

运用基于AFSOM 法的显示迭代法计算机械零部件可靠性指标β的基本步骤如下:

(1)给各基本随机参数赋初值,即),,2,1(*

n i x i =,一般取各个基本随机参数的数学期望作为初值。

(2)若随机变量为非正态的,则利用二参数等效正态法将非正态的随机变量),,2,1(n i x i =在*i x 处等效成为正态的随机变量。设等效后i x 的均值和标准差分别为i x μ和i x σ。

(3)根据式(4-11)计算灵敏度的系数i λ(i=1,2,...,n ),可通过中心差商迭代I8]算法

计算偏微分值。

∑=?????=n i x p i p

i x i x g x g i

122**)(

)(σσλ (4-11)

(4) 根据式(4-10)求β。

(5)将上述所得β代入式(4-12)中,得到*

i x 的新值。 i i x i x i x σβλμ-=* (4-12)

(6)重复(2)—(5)的步骤,直到前后两次迭代的β值的相对误差满足精度要求为止,最后将所得的β值代入式子R = )(βφ即可求得可靠度,)(βφ为标准正态分布函数。

4.4 显式迭代算法可靠性灵敏度分析

机械零件的可靠度对基本随机参数向量T N X X X X ),,,(21 = 的均值和标准差的灵敏度分别为:

??

??????????=??????=??n z T Z Z T X Z X Z X Z X R X R 21)(σβ?μμββ (4-13) 23

2)()()(??? ????-=??????=??X Z X Var R X Var R z z Z Z σμβ?μμββ (4-14) 式中:)()()(2???=?为(?)的Kronecker 幂,?为Kronecker 积。将已知条件和可靠性指标计算结果代入式(4-13)和式(4-14)中,就可获得机械零件可靠性灵敏度。

第五章 载车台主梁结构的可靠性灵敏度分析

5.1 新型立体车库载车台设计

考虑到加工、拆装工艺、高效存取车等因素,采用框架式、单吊点悬挂结构、叉梳杆支撑、重力自平衡调节,设计了旋转式立体车库L 型单吊点重力自平衡式立体车库(见图5-1)。该设计结构新颖、经济实用,充分利用有限的地面和空间,大幅增加停车位数目,尤其适合在旅游区使用。

图5-1单吊点重力平衡式立体车库模型图

该旋转式立体车库的L型单吊点重力自平衡式载车台(见图5-2)是旋转式立体车库的主要结构件之一。该结构形式载车台的垂直框架、水平载车台框架、叉梳杆支撑机构为其重要结构部分。为提高载车台的机动性、可靠性和稳健性,基于多个随机变量的情况,应用多目标可靠性稳健优化设计方法进行精度较高的计算,从而提高结构可靠度设计的准确性。

图5-2单吊点重力平衡式栽车台结构图

5.2 载车台主梁结构力学模型

该旋转式立体车库悬臂梁结构在外荷载作用下,力学模型简化如图5-3所示

图5-3载车台主梁结构强度可靠性模型

其中:F 为汽车总重分量;q 为水平主梁自重的均布载荷;l 为水平主梁长度。 载车工况下最大弯矩为Fl ql M 2

1212+=,根据应力一强度干涉模型,以应力极限状态表示的状态函数为M Wf x g -=)(, W 为抗弯截面系数,f 为钢材强度。基本随机参数T f W F l q x ),,,,(=均值T f W F l q x E ),,,,()(μμμμμ=,方差T f W F l q x Var ),,,,()(σσσσσ=,可认为基本随机变量服从正态分布且相互独立。载车台主梁结构载荷及材料特性的前两阶矩统计值如下:

q μ=336.43 N.m q σ=33.64N.m

l μ=5.6m q σ=0.56m

F μ=3355N q σ=335.5N

W μ=61041.156-?3m q σ=61066.15-?3m

f μ=610230?2/m N q σ=6104.18?2/m N

5.3主梁结构可靠性灵敏度分析

鞍点逼近法与改进一次二阶矩显式迭代法得到载车台主梁结构参数均值和方差的可靠性灵敏度见表5-1和表5-2,可靠度指标及迭代次数结果见表5-3。

表5-1 均值灵敏度

q f P μ?? l f P μ?? F f P μ?? W f P μ?? f f P μ?? 一次二阶矩

显式迭代法

1.1747E-07

2.1491E-05 1.7002E-08 -9.547E-06 -5.4606E-13 本文方法 1.1188E-07 2.7112E-05 6.9237E-08 -2.699E-06 -2.4210E-12

表5-2 方差足敏度

q f P σ?? l f P σ?? F f P σ?? W f P σ?? f

f P σ?? 一次二阶矩显式迭代法

9.0215E-08

5.0266E-05 1.8848E-08 2.7741E-05 1.0662E-12 本文方法 3.1941E-07 2.0836E-05

5.1163E-08 1.0367E-05 4.1702E-11 表5-3 可靠性指标和迭代次数

可靠度指标β 迭代次数 一次二阶矩显式迭代法

4.42319415024790 139 本文方法

4.14696353825448 1

结果分析: (1)从均值和方差灵敏度结果分析,载车台主梁的抗弯截面系数W 和材料强度f 的均值增加,其结果将使主梁结构趋于更加可靠,而承受得载荷q 、F 和主梁长度l 均值增加,其结果将使主梁结构趋于不可靠(失效);主梁结构可靠度对抗弯截面系数W 灵敏性较强,对钢材强度f 的灵敏性较弱。从失效概率对基本随机变量方差的灵敏度可以看出,基本随机变量方差的增加都会减小主梁结构的可靠度。

(2)通过数值分析显示,本文方法与改进一次二阶矩显式迭代法得到灵敏度值在数量级上基本一致,在反映各参数对可靠度的灵敏程度的重要性上是一致的,该结果在一定程度上验证了本文方法的正确性。

(3)利用均值一阶鞍点估计技术不用迭代即可得到可靠度对均值和方差的可靠性灵敏度,以及可靠度指标,从迭代次数对比上看,本章方法明显具有较高的效率。

第六章结论

在机械零部件可靠性分析中,必须了解机械零部件各不确定性因素的变化对自身可靠度的影响,即机械零部件的可靠度相对于其设计参数的灵敏程度,只有知道各不确定性因素影响的大小,才能在机械零部件设计、制造、安装和使用等环节中进行改进。可靠性灵敏度分析的重要性体现在两个方面,一是体现在对机械零部件可靠性优化设计和可靠度的校验上,二是在估算机械零部件的可靠度时,既可对工程数据作出精度上的要求,又可提高计算效率。如果机械零部件可靠度对某一设计参数的灵敏度数值较大,则要求所提供该设计参数的数据应比较精确,如果可靠性灵敏度数值较小,则在计算过程中该设计参数可以作为确定部分(常数)来处理,从而提高计算效率。

本文基于鞍点估计技术,结合可靠性设计理论和灵敏度分析理论,提出基于鞍点估计的机械零部件可靠性灵敏度分析方法,该方法对于基本变量的分布类型没有限制,适用于非正态变量情况;在新型旋转式立体车库载车台主梁结构的可靠性灵敏度分析中,与改进一次二阶矩显式迭代法结果相比较,显示出本文方法逼近效果很精确,能优化迭代过程,减少计算量,提髙计算效率。由对于基本随机变量的分布类型没有限制,所以使得设计结果更符合实际,更合理也更科学。该设计方法对于其它机械结构机构的灵敏度分析也有一定的参考和应用价值,同时该方法还可以引入到可靠性优化设计和可靠性稳健设计问题中。

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【15】郭楠. 旋转式立体车库结构机构可靠性灵敏度分析研究[D]. 济南:山东建筑大学机电工程学院,2012

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【17】钱云鹏. 结构可靠度的显式迭代算法[J]. 机械工程学报,2007,43(2):60-63

机械可靠性设计发展及现状

编订:__________________ 审核:__________________ 单位:__________________ 机械可靠性设计发展及现 状 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑

文件编号:KG-AO-1230-100 机械可靠性设计发展及现状 使用备注:本文档可用在日常工作场景,通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署,从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作,使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 随着科学技术的发展和对产品质量要求的不断提高,产品的可靠性也越来越成为产品竞争的焦点。产品的可靠性是设计出来的,生产出来的,管理出来的。可靠性设计是使产品的可靠性要求在设计中得以落实的技术。可靠性设计决定了产品的固有可靠性。 所谓可靠性是指“产品在规定时间内,在规定的使用条件下,完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。长期以来,随着电子技术的发展和电子产品可靠性理论的成熟,电子产品可靠性的相对稳定,电子产品的可靠性试验技术已经发展的相对成熟;机械可靠性试验技术则由于存在理论难题而发展相对较慢。为了机械可靠性的切实发展,美国可靠性分析中心一直坚持鼓励其组织机构广泛收集机械产品可靠性数据。同时美国可靠性分析中心在提到的

机械设备可靠性分析论文

机械设备可靠性分析摘要:机械的可靠性设计在机械设计中具有重要的作用,它对机械是否能够稳定的工作起决定性的作用。本文主要介绍了机械可靠性设计的特点,机械可靠性设计的流程,以及在机械可靠性设计中的常用的可靠性分析方法和设计技术,最后结合最近的机械可靠性的发展,介绍了机械可靠性设计的发展趋势,从而对可靠性技术在机械领域的应用和发展有一个全面的、客观的认识。 引言:随着科学技术的发展,对产品的要求不断提高,不仅要具有好的性能,更要具有高的可靠性水平。采用可靠性设计弥补了常规设计的不足,使得设计方案更加贴近生产实际。所谓可靠性是指“产品在规定时间内,在规定的使用条件下,完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。可靠性工程的诞生已近半个世纪的历史, 以电子产品可靠性设计为先导的可靠性工程迄今发展得比较成熟, 已形成一门独立的学科。相比之下, 机械产品的可靠性设计与研究则起步较晚。所谓机械可靠性,是指机械产品在规定的使用条件下、规定的时间内完成规定功能的能力。由于工程材料特性的离散性以及测量、加工、制造和安装误差等因素的影响,使机械产品的系统参数具有固有的不确定性,因此考虑这种固有随机性的可靠性设计技术至关重要。据有关方面统计,产品设计对产品质量的贡献率可达70%~80%,可见设计决定了产品的固有质量特性(如:功能、性能、寿命、安全性和可靠性等),赋予了产品“先天优劣”的本质特性。上世纪60年代, 对机械可靠性问题引起了广泛的重视并开始对其进行了系统研究。虽然国内外都投入了研究力量, 取得了一定的进展,但终因机械产品可靠性涉及的领域太多、可靠性研究的范围大、基础性数据缺乏等原因,机械可靠性设计在工程实际中应用得并不广泛。本文简要介绍了可靠性技术在机械领域中的应用,主要介绍了一些在机械产品设计中应用的较为成熟的可靠性技术和可靠性设计方法,并且结合当今可靠性工程学科的发展,指出了可靠性技术在机械领域中的发展和趋势。 正文:机械产品的可靠性要受到诸多因素的影响,从产品的设计、制造、试验,到产品使用和维护,都会涉及到可靠性间题,也就是说它贯穿于产品的整个寿命周期之内。如何使产品在整个寿命周期内失效率最小,有效度高,维修性好,经济效益大,经济寿命长,是我们对产品进行可靠性设计的根本目的。机械产品的可靠性设计并不是一种崭新的设计方法, 而是在传统机械设计的基础上引入以概率论和数理统计为基础的可靠性设计方法。这样的设计可以更科学合理地获得较小的零件尺寸、体积和重量, 同时也可使所设计的零件具有可预测的寿命和失效率, 从而使产品的设计更符合工程实际。 目前在机械工程中可靠性设计主要应用在产品的设计、制造、使用和维修等方面。现代生产的经验表明,在设计、制造和使用的三个阶段中,设计决定了产品的可靠性水平,即产品的固有可靠性,而制造和使用的任务是保证产品可靠性指标的实现。可靠性试验数据是可靠性设计的基础,但是试验不能提高产品的可靠性,只有设计才能决定产品的固有可靠性。图1所示为三者的关系。 图1 机械产品与可靠性关系框图 机械产品的设计,它包括整机产品的设计和零部件的设计。整机产品可将其作为一个系统进行设计,设计的方式主要有两种,第一种是根据零部件的可靠性预测结果,计算产品系统的可靠性指标,这就是系统的可靠性预测,其结果满足指标要求即可。如果不能满足要求,就要按第二种方式

机械可靠性设计发展及现状.docx

机械可靠性设计发展及现状 随着科学技术的发展和对产品质量要求的不断提高,产品的可靠性也越来越成为产品竞争的焦点。产品的可靠性是设计出来的,生产出来的,管理出来的。可靠性设计是使产品的可靠性要求在设计中得以落实的技术。可靠性设计决定了产品的固有可靠性。 所谓可靠性是指“产品在规定时间内,在规定的使用条件下,完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。长期以来,随着电子技术的发展和电子产品可靠性理论的成熟,电子产品可靠性的相对稳定,电子产品的可靠性试验技术已经发展的相对成熟;机械可靠性试验技术则由于存在理论难题而发展相对较慢。为了机械可靠性的切实发展,美国可靠性分析中心一直坚持鼓励其组织机构广泛收集机械产品可靠性数据。同时美国可靠性分析中心在提到的关于将来安全相关技术发展备选课题,在可靠性领域中把机械可靠性作为三大课题( 另外两个是加速试验和软件可靠性) 之一。机械可靠性试验技术是机械可靠性技术中一个关键的问题,因此被广泛关注。 机械可靠性试验的发展 自1946 年Freuenthal在国际上发表“结构的安全度”一文以来,可靠性问题开始引起学术界和工程界的普遍关注与重视。上世纪60 年代,对机械可靠性问题引起了各国广泛重视并开始对其进行了系统研究,其中美国、前苏联、日本、英国等国家对机械产品可靠性进行了深入研究,并在机械产品可靠性理论研究和实际应用方面取得了相当进展: 1.1.20世纪40年代,德国在V-1火箭研制中,提出了火箭系统的可靠性等于所有元器件可靠度乘积的理论,即把小样本问题转化为大样本问题进行研究。 1.2.1957年6月4日,美国的“电子设备可靠性顾问委员会”发布了《军用电子设备可靠性报告》,提出了可靠性是可建立的、可分配的及可验证的,从而为可靠性学科的发展提出了初步框架。 1.3.3.20世纪50年代至60年代,美国、苏联相继把可靠性应用于航天计划,于是机械系统的可靠性研究得到发展,如随机载荷下机械结构和零件的可靠性,机械产品的可靠性设计、试验验证等。 1.4.日本于20世纪50年代后期将可靠性技术推广到民用工业,设立了可靠性研究机构和可靠性工程控制小组,大大提高了日本产品的可靠度。 NASA 在六十年代中期便开始了机械部件的应力验证和利用应力强度干涉模型进行可靠性概率设计的研究。1974年美国和日本成立了结构可靠性分析方法研究组,澳大利亚、瑞典

机械产品可靠性设计综述

机械产品可靠性设计综述 一、可靠性设计的基本概念 可靠性设计的定义: 定义1:对系统和结构进行可靠性分析和预测,采用简化系统和结构、余度设计和可维修设计等措施以提高系统和结构可靠度的设计。 定义2:为了满足产品的可靠性要求而进行的设计。 可靠性设计即根据可靠性理论与方法确定产品零部件以及整机的结构方案和有关参数的过程。设计水平是保证产品可靠性的基础。 可靠性设计是产品的一个重要的性能特征,产品质量的主要指标之一,是随产品所使用时间的延续而在不断变化的。可靠性设计的任务就是确定产品质量指标的变化规律,并在其基础上确定如何以最少的费用以保证产品应有的工作寿命和可靠度,建立最优的设计方案,实现所要求的产品可靠性水平。 可靠性问题的研究是因处理电子产品不可靠问题于第二次世界大战期间发展起来的。可靠性设计用在机械方面的研究始于20世纪60年代,首先应用于军事和航天等工业部门,随后逐渐扩展到民用工业。 可靠性设计的一个重要内容是可靠性预测,即利用所得的资料预报一个零件、部件或系统实际可能达到的可性,预报这些零部件或系统在规定的条件下和在规定时间内完成规定功能的概率。在产品设计的初期阶段,及时完成可靠性预测工作,可以了解产品各零部件之间可靠性的相互关系,找出提高产品可靠性的有效途径。 二、可靠性设计的基本原理 (1)选择设计方案时尽量不采用还不成熟的新系统和零件,尽量采用已有经验并已标准化的零部件和成熟的技术。 (2)结构简化,零件数削减。如日本横河记录仪表10年中无件数削减30%,大大提高了可靠性。 (3)考虑功能零件的可接近性,采用模块结构等以利于可维修性。 (4)设置故障监测和诊断装置,保证零件部设计裕度(安全系数/降额)。 (5)必要时采用功能并联、冗余技术。如日本的液压挖掘机等,采用双泵、双发动机的冗余设计。 (6)失效安全设计(Failure Safe),系统某一部分即使发生故障,但使其限制在一定范围内,不致影响整个系统的功能。 (7)安全寿命设计(Safe Life),保证使用中不发生破坏而充分安全的设计。例如对一些重要的安全性零件如汽车刹车,转向机构等要保证在极限条件下不能发生变形、破坏。 (8)加强连接部分的设计分析,例如选定合理的连接、止推方式。考虑防振,防冲击,对连接条件的确认。 (9)可靠性确认试验,在没有现成数据和可用的经验时,这是唯一的手段。尤其机械零部件的可靠性预测精度还很低。主要通过试验确认。 三、可靠性设计的基本方法 为了使设计时能充分地预测和预防故障,把更多的失效经验设计到产品中,因而必须邦助设计人员掌握充分的故障情报资料和设计依据。采取以下措施:

机械可靠性设计发展及现状(新编版)

机械可靠性设计发展及现状 (新编版) Safety technology is guided by safety technology, based on personnel protection, and an orderly combined safety protection service guarantee system. ( 安全技术) 单位:_______________________ 部门:_______________________ 日期:_______________________ 本文档文字可以自由修改

机械可靠性设计发展及现状(新编版) 随着科学技术的发展和对产品质量要求的不断提高,产品的可靠性也越来越成为产品竞争的焦点。产品的可靠性是设计出来的,生产出来的,管理出来的。可靠性设计是使产品的可靠性要求在设计中得以落实的技术。可靠性设计决定了产品的固有可靠性。 所谓可靠性是指“产品在规定时间内,在规定的使用条件下,完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。长期以来,随着电子技术的发展和电子产品可靠性理论的成熟,电子产品可靠性的相对稳定,电子产品的可靠性试验技术已经发展的相对成熟;机械可靠性试验技术则由于存在理论难题而发展相对较慢。为了机械可靠性的切实发展,美国可靠性分析中心一直坚持鼓励其组织机构广泛收集机械产品可靠性数据。同时美国

可靠性分析中心在提到的关于将来安全相关技术发展备选课题,在可靠性领域中把机械可靠性作为三大课题(另外两个是加速试验和软件可靠性)之一。机械可靠性试验技术是机械可靠性技术中一个关键的问题,因此被广泛关注。 机械可靠性试验的发展 自1946年Freuenthal在国际上发表“结构的安全度”一文以来,可靠性问题开始引起学术界和工程界的普遍关注与重视。上世纪60年代,对机械可靠性问题引起了各国广泛重视并开始对其进行了系统研究,其中美国、前苏联、日本、英国等国家对机械产品可靠性进行了深入研究,并在机械产品可靠性理论研究和实际应用方面取得了相当进展: 1.1.20世纪40年代,德国在V-1火箭研制中,提出了火箭系统的可靠性等于所有元器件可靠度乘积的理论,即把小样本问题转化为大样本问题进行研究。 1.2.1957年6月4日,美国的“电子设备可靠性顾问委员会”发布了《军用电子设备可靠性报告》,提出了可靠性是可建

机械可靠性设计课程教学大纲

《机械可靠性设计》课程教学大纲 课程编码:08541032 课程名称:机械可靠性设计 英文名称:Reliability of Mechanical Design 开课学期:第6,7学期 学时/学分:30 / 1.5 课程类型:选修课 开课专业:机械科学与工程学院 选用教材:自编讲稿 主要参考书:机械可靠性设计徐灏著机械工业出版社 机械可靠性设计刘惟信著清华大学出版社 执笔人:王军 一、课程性质、目的与任务 本课程系选修课,介绍了可靠性设计的原理及概貌。系统地讲述了机械强度可靠性设计的原理,静强度的可靠性设计和疲劳强度的可靠性设计。其主要任务是培养学生: 1、了解可靠性设计的概念、重要性及原理。 2、掌握机械静强度可靠性设计的基本思想和方法。 3、掌握机械疲劳强度可靠性设计的基本思想和方法。 4、有能力解决一般机械强度可靠性设计的问题。 5、为学生的进一步深造打基础。

“可靠性”是产品质量和技术措施的一个最重要的指标,早已受到世界发达国家的高度重视,因此,在我国对工科学生开设此门科程,具有非常重要的现实意义。 二、教学基本要求 了解可靠性设计的概念、重要性及原理,掌握机械静强度可靠性设计的基本思想和方法,掌握机械疲劳强度可靠性设计的基本思想和方法,有能力解决一般机械强度可靠性设计的问题。 三、各章节内容及学时分配 1、可靠性概念(4学时):可靠性与质量的关系;可靠性的定义; 衡量可靠性的尺度。(掌握) 2、统计分析的基础知识(4学时):随机变量;概率的概念;母 体、个体和子样;均值与中值;方差与标准差;平均秩与中位秩; 正态分布;对数正态分布;指数分布;威布尔分布。(了解) 3、机械强度可靠性设计的基础理论(6学时):可靠性设计方法 的基础理论(理解);零件强度分布率及分布参数的确定;零件应力分布率及分布参数的确定;强度可靠性计算条件式与许用可靠度;强度可靠性设计方法及步骤(掌握)。 4、静强度可靠性设计(4学时):拉杆;梁;扭转圆杆;转轴的 强度可靠性设计。(掌握) 5、疲劳强度可靠性设计(8学时):S-N及P-S-N曲线;疲劳极限

实现机械工程的可靠性优化设计参考文本

实现机械工程的可靠性优化设计参考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月

实现机械工程的可靠性优化设计参考文 本 使用指引:此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进,同时考虑各个环节之间的关系,每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划,并将危害降低到最小,文档经过下载可进行自定义修改,请根据实际需求进行调整与使用。 自改革开放之后,中国的工程机械行业得到了前所未 有的发展,经过30多年的不懈努力,机械工程制造业取得 了巨大的发展成果,在国民经济中占有很大的比重。在机 械工程行业里面,对其可靠性进行优化设计是十分必要 的。在本文中,深入探讨了工程机械可靠性优化设计中的 问题,以便参考。 现代社会,科学技术的发展已不可同日而语,人们不 仅对多功能产品的强烈需求,还希望多功能产品的各项能 力非常突出。以提高产品的功能可靠性为目的,促使了产 品产品的可靠性优化设计应运而生,从其概念的产生到如 今,得到了迅速发展和广泛使用。在开展工程机械产品的

设计时,需要把可靠性理论和技术融合起来,并依据具体的要求,可以优先考虑产品的可靠性;在延误开发时间,增加成本和性能的前提下,使工程机械产品的设计尽量满足可靠性的要求。由于可靠性设计是一个跨多学科,多技术的新兴技术,所以可靠性的设计涉及诸多问题。 1.机械工程设计的可靠性常用方法 1.1.鲁棒设计方法 这种设计方法主要是降低产品的敏感性。使产品的性能不会因为制造期间在变异或是使用环境的变化而变得不稳定,并且让产品在额定的使用期限内,不会因为产品的结构发生变化,参数变动,系统老化等问题而影响到工作的设计方法。该方法是基于统计分析为基础由日本的机械设计师田口玄一提出的,它根据产品的可用性对用户造成多大的经济损失来判断设计的可靠,这是它的基本原理,其中的损失通常是可靠的用户流失的可用性正比于产品的

机械设备的安全设计说明

超载、超位等危险因素时,进行自动控制并消除或减弱上述危险。安全阀、单向阀、超载保护装置、限速器、限位开关、爆破片、熔断器、保险丝、力矩限制器、极限位置限制器等都是常用的保险装置。 ⑸采用自监测、报警和处理系统。利用现代化仪器仪表对运行中的设备状态参数进行在线监测和故障诊断。当出现异常现象时,能自动报警,发出声、光报警信号,并且动作出应急反应,如自动停机、自动切换到备用设备等。 ⑹采用冗余技术。冗余技术是可靠性设计常采用的一种技术,即在设计中增加冗余元件或冗余(备用)设备,平时只用其中一个,当发生事故时,冗余设备或冗余元件能自动切换。 ⑺采用传感技术在危险区设置光电式、感应式、压力传感式传感器,当人进入危险区,可立即停机,终止危险运动。 ⑻安装紧急停车开关。 ⑼向操作者提供机械关键安全功能是否正常(设备的自检功能)的信息。 ⑽设计程序联锁开关。设计对出现错误指令时,禁止启动的操纵器。这些关键程序只有在正常操作指令下才能启动机械。 ⑾配备使操作者容易观察的,能显示设备运行状态和故障的显示器。 ⑿采用多重安全保障措施。对于危险性大的作业,要求设备运行绝对安全可靠。为了防止出现故障和发生误操作,应采用双重或多重安全保障措施,使设备运行万无一失。 二、可靠性设计 1.可靠性技术和可靠性设计 设备在规定的时期内,在规定的条件下,完成规定功能的能力称为设备的可靠性。可靠性技术已成为提高使用寿命、减少设备故

2.可靠性设计的基本知识 (1)可靠性设计的意义。 可行性设计是可靠性工程的重要组成部分。这里只介绍与机械安全有关的基本知识,以便设备治理职员、安全工作职员能运用所介绍的知识在工作中正确地处理下列题目: ①比较和选择可靠性高的设备; ②对设备故障进行记录、分析,研究故障机理,随时将故障资料反馈给设备设计、制造单位,以便改进设计和进步制造质量,从而进步设备的可靠性; ③针对现有设备在运行中暴露出来的不安全因素,在现有设备上设计一些简单易行、可靠的安全装置,以确保设备的安全运行; ④指导制订进步可靠性、维修性的方案。 (2)可靠度和故障率。 ①可靠性和可靠度。可靠性是评价设备在使用寿命期内可信赖程度的指标。是指设备在规定条件下、规定时间内,完成规定功能的能力。而设备在规定条件下和规定的时间内,完成规定功能的概率为可靠度。可以用可靠度对设备的可靠性进行具体的试验、丈量和比较,也就是可以对可靠性进行定量的测定和衡量,并加以表示。 a、可靠度研究的对象可靠度研究的对象可以是一个系统、一台设备或其中一个零件。设备是由千百个零件组成的,假如其中一个零件出现故障,有可能使整个设备出现故障;因此研究设备可靠度要从研究零件进手。 b、规定的条件 包括设备所处的作业环境、使用条件和维修条件。 作业环境:温度、湿度、压力、振动、冲击、粉尘、日晒、雨淋等;使用条件:负荷大小和性质,操纵职员的技术水同等; c、规定的时间随着设备使用时间的延长、零部件的磨损、材料的腐

机械可靠性设计发展及现状详细版

文件编号:GD/FS-3657 (安全管理范本系列) 机械可靠性设计发展及现 状详细版 In Order To Simplify The Management Process And Improve The Management Efficiency, It Is Necessary To Make Effective Use Of Production Resources And Carry Out Production Activities. 编辑:_________________ 单位:_________________ 日期:_________________

机械可靠性设计发展及现状详细版 提示语:本安全管理文件适合使用于平时合理组织的生产过程中,有效利用生产资源,经济合理地进行生产活动,以达到实现简化管理过程,提高管理效率,实现预期的生产目标。,文档所展示内容即为所得,可在下载完成后直接进行编辑。 随着科学技术的发展和对产品质量要求的不断提高,产品的可靠性也越来越成为产品竞争的焦点。产品的可靠性是设计出来的,生产出来的,管理出来的。可靠性设计是使产品的可靠性要求在设计中得以落实的技术。可靠性设计决定了产品的固有可靠性。 所谓可靠性是指“产品在规定时间内,在规定的使用条件下,完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。长期以来,随着电子技术的发展和电子产品可靠性理论的成熟,电子产品可靠性的相对稳定,电子产品的可靠性试验技术已经发展的相对成熟;机械可靠性试验技术则由于存在理论难题而发展相对较慢。为了机械可靠性的切实发展,美国

可靠性分析中心一直坚持鼓励其组织机构广泛收集机械产品可靠性数据。同时美国可靠性分析中心在提到的关于将来安全相关技术发展备选课题,在可靠性领域中把机械可靠性作为三大课题( 另外两个是加速试验和软件可靠性) 之一。机械可靠性试验技术是机械可靠性技术中一个关键的问题,因此被广泛关注。 机械可靠性试验的发展 自1946 年Freuenthal在国际上发表“结构的安全度”一文以来,可靠性问题开始引起学术界和工程界的普遍关注与重视。上世纪60 年代,对机械可靠性问题引起了各国广泛重视并开始对其进行了系统研究,其中美国、前苏联、日本、英国等国家对机械产品可靠性进行了深入研究,并在机械产品可靠性理论研究和实际应用方面取得了相当进展: 1.1.20世纪40年代,德国在V-1火箭研制中,

机械可靠性设计

机械可靠性设计 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】

机械可靠性设计概述 专业:机械设计制造及其自动化 班级:机制(2)班 组员: 黄佳辉 芦朝晖

摘要 可靠性就是产品在规定的时间和规定的条件下完成规定功能的能力,无论任何产品或是零件能否在复杂多变的环境下发挥其应有的功能是至关重要的,目前几乎所以的机器在设计制造的过程中都必须考虑其可靠性,可靠性设计已经变得越来越重要,怎样合理的采用科学的可靠性设计方法使机器能够在要求的工作环境下不会失效损坏是设计中必须考虑的重要问题,只有这样才能提高和稳定产品的可靠性。 关键词:可靠性发展趋势设计方法意义原理 正文 机械可靠性设计的目的就是确保其设计的机械零件能够在规定的工作时间,规定的条件下完成规定的功能。机械产品是在综合学科交叉作用下的高新技术的衍生物, 其主要功效就是实现产品运行过程中的安全性、可靠性[1] 。一个产品如果无法保证其 运作的稳定性,将会极大的威胁到人生安全,而且稳定性也是对产品质量的一种保证。 一机械可靠性设计研究发展状况 国内主要的可靠性研究机构有中国赛宝实验室(CEPREI,工业和信息化部电子第五 研究所)、摩尔实验室(MORLAB)等。中国赛宝实验室是中国唯一专业进行电子产品质量与可靠性研究的权威机构。可靠性研究分析中心(RAC)是中国赛宝实验室的核心技术部门,是按国际标准ISO17025管理和运行的实验室,主要开展电子产品失效分析、破坏性物理分析、电子制造技术服务、电子产品污染控制技术项目等。 经过多年的建设和发展,分析中心在电子材料、元器件、封装、组装和电子辅料的质量与可靠性方面,具有完善的检测、分析和试验能力;开展有毒有害物质(RoHS)、环境评估与监测、ODS替代技术检测等方面的技术服务,是目前国内最先进、综合技术能力最强的电子制造技术支持实验室和环保检测实验室。 摩尔实验室中的可靠性实验室主要实验为:气候环境实验、机械环境实验、高温可靠性实验。环境试验室拥有一批国际、国内着名的专业环境试验设备制造商生产的气候环境试验设备;设备技术先进、性能稳定、功能齐全,可编程控制,自动绘制试验曲线;可按IEC、ISO等国际标准和国家标准(GB)、行业标准、企业标准,以及客户的要求进行高温、低温、恒温恒湿、交变湿热、温度变化、温度/湿度组合循环、低气压等气候环境试验。环境试验室还拥有面积40余平方米的具有国内领先水平的大型淋雨试验室,配备了可编程控制、不锈钢材料的垂直淋雨、摆管淋雨、花洒淋雨、防

机械可靠性设计发展及现状(新版)

机械可靠性设计发展及现状 (新版) Security technology is an industry that uses security technology to provide security services to society. Systematic design, service and management. ( 安全管理 ) 单位:______________________ 姓名:______________________ 日期:______________________ 编号:AQ-SN-0997

机械可靠性设计发展及现状(新版) 随着科学技术的发展和对产品质量要求的不断提高,产品的可靠性也越来越成为产品竞争的焦点。产品的可靠性是设计出来的,生产出来的,管理出来的。可靠性设计是使产品的可靠性要求在设计中得以落实的技术。可靠性设计决定了产品的固有可靠性。 所谓可靠性是指“产品在规定时间内,在规定的使用条件下,完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。长期以来,随着电子技术的发展和电子产品可靠性理论的成熟,电子产品可靠性的相对稳定,电子产品的可靠性试验技术已经发展的相对成熟;机械可靠性试验技术则由于存在理论难题而发展相对较慢。为了机械可靠性的切实发展,美国可靠性分析中心一直坚持鼓励其组织机构广泛收集机械产品可靠性数据。同时美国可靠性分析中心在提到的关于将来安全相关技术发展备选课题,在可靠性领域中把

机械可靠性作为三大课题(另外两个是加速试验和软件可靠性)之一。机械可靠性试验技术是机械可靠性技术中一个关键的问题,因此被广泛关注。 机械可靠性试验的发展 自1946年Freuenthal在国际上发表“结构的安全度”一文以来,可靠性问题开始引起学术界和工程界的普遍关注与重视。上世纪60年代,对机械可靠性问题引起了各国广泛重视并开始对其进行了系统研究,其中美国、前苏联、日本、英国等国家对机械产品可靠性进行了深入研究,并在机械产品可靠性理论研究和实际应用方面取得了相当进展: 1.1.20世纪40年代,德国在V-1火箭研制中,提出了火箭系统的可靠性等于所有元器件可靠度乘积的理论,即把小样本问题转化为大样本问题进行研究。 1.2.1957年6月4日,美国的“电子设备可靠性顾问委员会”发布了《军用电子设备可靠性报告》,提出了可靠性是可建立的、可分配的及可验证的,从而为可靠性学科的发展提出了初步框架。

机械可靠性设计

基于鞍点估计的机械零部件可靠性灵敏度分析 摘要 对机械结构来说,可靠性指标一般随材料特性、几何参数、工作环境等不确定性因素变化而减弱,所以结构的可靠度、灵敏度就显得尤为重要,对机械零部件可靠性灵敏度的分析也是亟不可待。 本文利用鞍点估计技术可以无限逼近非正态变量空间中线性极限状态函数概率分布的特点,能有效解决统计资料或实验数据较少而难以确定设计变量的分布规律的问题。将可靠性设计理论、灵敏度分析技术与鞍点逼近理论相结合,以前面可靠性数学模型为基础,系统地推导了基于鞍点估计的可靠性灵敏度公式,讨论了基于鞍点估计法的机械零部件可靠性灵敏度计算问题,为进一步分析机械零部件的可靠性稳健设计奠定了理论基础。 关键词:不确定性鞍点灵敏度可靠性 第一章绪论 1.1机械可靠性设计理论研究进展 很早以来人们就广泛采用“可靠性”这一概念来定性评价产品的质量问题,这只是靠人们的经验评定产品可靠还是不可靠,并没有一个量的标准来衡量;从基于概率论的随机可靠性到基于模糊理论的模糊可靠性再到非概率可靠性以及最近提出的结构系统概率-模糊-非概率混合可靠性,表明定量衡量产品质量问题的理论方法从产生到现在已有了长足的发展;对于复杂结构的复杂参数由单纯的概率非概率可靠性分析方法发展到可靠性灵敏度分析的各种分析方法,使得这一理论日续丰富和完善,并深入渗透到各个学科和领域。可靠性当今已成为产品效能的决定因素之一,作为一个与国民经济和国防科技密切相关的科学,未来的科技发展中也必将得到广泛的研究和应用。 20世纪初期把概率论及数理统计学应用于结构安全度分析,已标志着结构可靠性理论研究的初步开始。20世纪40年代以来,机械可靠性设计理论有了长足的发展,目前为止己

机械可靠性习题

第一章 机械可靠性设计概论 1、为什么要重视和研究可靠性? 可靠性设计是引入概率论与数理统计的理论而对常规设计方法进行发展和深化而形成的一种新的现代设计方法。1)工程系统日益庞大和复杂,是系统的可靠性和安全性问题表 2 主要1)失 1内2)2,100)(, 3)(=?==?t t t n n s f 2、已知某产品的失效率14103.0)(---?==h t λλ。可靠度函数t e t R λ-=)(,试求可靠度R=99.9% 的相应可靠寿命t 0.999、中位寿命t 0.5和特征寿命1-e t

解:可靠度函数 t e t R λ-=)( 故有 R t R e R t λ-=)( 两边取对数 t t R R R λ-=)(ln 则可靠度寿命 =?-=-=-h R t t 4999.0999.0103.0999.0ln )(ln λ 33h 12解:应用泊松分布求解5.1150010001=?= =t λμ 3、设有一批名义直径为d=25.4mm 的钢管,按规定其直径不超过26mm 时为合格品。如果钢管直径服从正态分布,其均值u=25.4mm ,标准差S=0.30mm ,试计算这批钢管的废品率值。

解:所求的解是正态概率密度函数曲线x=26以左的区面积,即: 变为标准型为1.13.04 .2526=-=-=σμ x z 由正态分布表查的1.1<<∞-z 的标准正态分布密度曲线下区域面积是864.0)1.1(=Φ, 495%第四章 随机变量的组合运算与随机模拟 1、已知圆截面轴的惯性矩I=464d π ,若轴径d=50mm ,标准差mm d 02.0=σ,试确定惯性矩 I 的均值和标准差。(可用泰勒级数近似求解) 解:464)(d d f I π == 则3'16)(d d f π =

机械可靠性设计的基本方法及其指标体系_图文.

机械可靠性设计 太原理工大学机械工程学院 主讲:刘混举 机械可靠性设计 第 2讲机械可靠性设计的基本方法及其指标体系 2.1可靠性基本概念?可靠性的概念及基本思想 可靠性的经典定义:产品在规定条件下和规定时间内,完成规定功能的能力。 ?可靠性的基本思想 任何参数均为多值的,且呈一定分布。安全系数大的设备或产品不一定是百分之百的安全。

2.2可靠性定义可靠性的概念 可靠性的经典定义:产品在规定条件下和规定时间内,完成规定功能的能力。 产品:指作为单独研究和分别试验对象的任何元件、设备或系统,可以是零件、部件,也可以是由它们装配而成的机器,或由许多机器组成的机组和成套设备,甚至还把人的作用也包括在内。 规定时间:是可靠性区别于产品其他质量属性的重要特征,一般也可认为可靠性是产品功能在时间上的稳定程度。

规定功能:道德要明确具体产品的功能是什么,怎样才算是完成规定功能。产品丧失规定功能称为失效, 对可修复产品通常也称为故障。 规定条件:一般指的是使用条件 , 环境条件。包括应力温度、湿度、尘砂、腐蚀等,也包括操作技术、维修方法等条件。 可靠性的类型 可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性?固有可靠性是通过设计、制造赋予产品的可靠性; ?使用可靠性既受设计、制造的影响,又受使用条件的影响。一般使用可靠性总低于固有可靠性。

2.3可靠性特征量 (可靠性指标?可靠度 可靠度是产品在规定条件下和规定时间内,完成规定功能的概率,一般记为 R 。它是时间的函数,故也记为 R (t , 称为可靠度函数。 ? 1 可靠度 如果用随机变量 T 表示产品

从开始工作到发生失效或故障的时间,其概率密度 为 f (t 如右图所示,若用 t 表示某一指定时刻,则该产品在该时刻的可靠度。 成规定功能的产品数与在该区间开始时投入工作产品数之比,即 :

机械设备可靠性分析论文

机械设备可靠性分析 摘要:机械的可靠性设计在机械设计中具有重要的作用,它对机械是否能够稳定的工作起决定性的作用。本文主要介绍了机械可靠性设计的特点,机械可靠性设计的流程,以及在机械可靠性设计中的常用的可靠性分析方法和设计技术,最后结合最近的机械可靠性的发展,介绍了机械可靠性设计的发展趋势,从而对可靠性技术在机械领域的应用和发展有一个全面的、客观的认识。 引言:随着科学技术的发展,对产品的要求不断提高,不仅要具有好的性能,更要具有高的可靠性水平。采用可靠性设计弥补了常规设计的不足,使得设计方案更加贴近生产实际。所谓可靠性是指“产品在规定时间内,在规定的使用条件下,完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。可靠性工程的诞生已近半个世纪的历史, 以电子产品可靠性设计为先导的可靠性工程迄今发展得比较成熟, 已形成一门独立的学科。相比之下, 机械产品的可靠性设计与研究则起步较晚。所谓机械可靠性,是指机械产品在规定的使用条件下、规定的时间内完成规定功能的能力。由于工程材料特性的离散性以及测量、加工、制造和安装误差等因素的影响,使机械产品的系统参数具有固有的不确定性,因此考虑这种固有随机性的可靠性设计技术至关重要。据有关方面统计,产品设计对产品质量的贡献率可达70%~80%,可见设计决定了产品的固有质量特性(如:功能、性能、寿命、安全性和可靠性等),赋予了产品“先天优劣”的本质特性。上世纪60年代, 对机械可靠性问题引起了广泛的重视并开始对其进行了系统研究。虽然国内外都投入了研究力量, 取得了一定的进展,但终因机械产品可靠性涉及的领域太多、可靠性研究的范围大、基础性数据缺乏等原因,机械可靠性设计在工程实际中应用得并不广泛。本文简要介绍了可靠性技术在机械领域中的应用,主要介绍了一些在机械产品设计中应用的较为成熟的可靠性技术和可靠性设计方法,并且结合当今可靠性工程学科的发展,指出了可靠性技术在机械领域中的发展和趋势。 正文:机械产品的可靠性要受到诸多因素的影响,从产品的设计、制造、试验,到产品使用和维护,都会涉及到可靠性间题,也就是说它贯穿于产品的整个寿命周期之内。如何使产品在整个寿命周期内失效率最小,有效度高,维修性好,经济效益大,经济寿命长,是我们对产品进行可靠性设计的根本目的。机械产品的可靠性设计并不是一种崭新的设计方法, 而是在传统机械设计的基础上引入以概率论和数理统计为基础的可靠性设计方法。这样的设计可以更科学合理地获得较小的零件尺寸、体积和重量, 同时也可使所设计的零件具有可预测的寿命和失效率, 从而使产品的设计更符合工程实际。 目前在机械工程中可靠性设计主要应用在产品的设计、制造、使用和维修等

可靠性设计

可靠性设计 可靠性设计的概述: 可靠性设计(reliability design):为了满足产品的可靠性要求而进行的设计;对系统和结构进行可靠性分析和预测,采用简化系统和结构、余度设计和可维修设计等措施以提高系统和结构可靠度的设计。 可靠性问题是一种综合性的系统工程。机电产品(零件、部件、设备或系统)的可靠性也和其他产品的可靠性一样,是与其设计、制造、运输、储存、使用、维修等各个环节紧密相关的。设计只是其中的一个环节,但却是保证产品可靠性最重要的环节,它为产品的可靠性水平奠定了先天性的基础。因为机械产品的可靠性取决于其零部件的结构形式与尺寸、选用的材料及热处理制造工艺、检验标准、润滑条件、维修方便性以及各种安全保护措施等,而这些都是在设计阶段决定的。 可靠性问题的研究是因处理电子产品不可靠问题于第二次世界大战期间发展起来的。可靠性设计用在机械方面的研究始于20世纪60年代,首先应用于军事和航天等工业部门,随后逐渐扩展到民用工业。随着现代科学技术的发展和对产品质量要求的日益提高,可靠性逐步成为科学和工程中一个非常重要的概念。机械结构的可靠性及其设计直接决定了机械结构的可靠度,因此,对机械可靠性设计的研究具有十分重要的意义。 所谓可靠性,则是指产品在规定的时间内和给定的条件下,完成规定功能的能力。它不但直接反映产品各组成部件的质量,而且还影响到整个产品质量性能的优劣。可靠性分为固有可靠性、使用可靠性和环境适应性。可靠性的度量指标一般有可靠度、无故障率、失效率3种。 对于一个复杂的产品来说,为了提高整体系统的性能,都是采用提高组成产品的每个零部件的制造精度来达到;这样就使得产品的造价昂贵,有时甚至难以实现(例如对于由几万甚至几十万个零部件组成的很复杂的产品)。事实上可靠性设计所要解决的问题就是如何从设计中入手来解决产品的可靠性,以改善对各个零部件可靠度(表示可靠性的概率)的要求。可靠度的分配是可靠性设计的核心。其分配原则为①按重要程度分配可靠度。②按复杂程度分配可靠度。③按技术水平、任务情况等的综合指标分配可靠度。④按相对故障率分配可靠度。 可靠性设计的现状与发展 国内外的实践经验表明,机械结构的可靠性是由设计决定的,而由制造、安装和管理来保证的。因此将概率设计理论和可靠性分析与设计方法应用于机械结构设计中,才能得到既有足够安全可靠性,又有适当经济性的优化结构。这样,以估计结构系统可靠度为目标的、以概率统计和随机过程理论为基础的、以各种结构分析技术为工具的多种结构可靠性分析与设计方法迅速发展。Raizer综述了一次二阶矩法和以一次二阶矩法为基础的现代可靠性分析理论。赵国藩等建立了广义随机空间内考虑随机变量相

机械可靠性设计发展及现状(正式版)

文件编号:TP-AR-L9439 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. (示范文本) 编订:_______________ 审核:_______________ 单位:_______________ 机械可靠性设计发展及 现状(正式版)

机械可靠性设计发展及现状(正式版) 使用注意:该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上,形成一定的具有指导性,规划性的可执行计划,从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改,请在使用时认真阅读。 随着科学技术的发展和对产品质量要求的不断提高,产品的可靠性也越来越成为产品竞争的焦点。产品的可靠性是设计出来的,生产出来的,管理出来的。可靠性设计是使产品的可靠性要求在设计中得以落实的技术。可靠性设计决定了产品的固有可靠性。 所谓可靠性是指“产品在规定时间内,在规定的使用条件下,完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。长期以来,随着电子技术的发展和电子产品可靠性理论的成熟,电子产品可靠性的相对稳定,电子产品的可靠性试验技术已经发展的相对成熟;机械可靠性试验技术则由于存在理论难题

而发展相对较慢。为了机械可靠性的切实发展,美国可靠性分析中心一直坚持鼓励其组织机构广泛收集机械产品可靠性数据。同时美国可靠性分析中心在提到的关于将来安全相关技术发展备选课题,在可靠性领域中把机械可靠性作为三大课题( 另外两个是加速试验和软件可靠性) 之一。机械可靠性试验技术是机械可靠性技术中一个关键的问题,因此被广泛关注。 机械可靠性试验的发展 自1946 年Freuenthal在国际上发表“结构的安全度”一文以来,可靠性问题开始引起学术界和工程界的普遍关注与重视。上世纪60 年代,对机械可靠性问题引起了各国广泛重视并开始对其进行了系统研究,其中美国、前苏联、日本、英国等国家对机械产品可靠性进行了深入研究,并在机械产品可靠性理论研究和实际应用方面取得了相当进展:

机械可靠性设计发展及现状

编号:AQ-JS-05003 ( 安全技术) 单位:_____________________ 审批:_____________________ 日期:_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 机械可靠性设计发展及现状 Development and status of mechanical reliability design

机械可靠性设计发展及现状 使用备注:技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解,进而形成更加科 学的技术安全观,并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施,最终达到提高安全性的目的。 随着科学技术的发展和对产品质量要求的不断提高,产品的可靠性也越来越成为产品竞争的焦点。产品的可靠性是设计出来的,生产出来的,管理出来的。可靠性设计是使产品的可靠性要求在设计中得以落实的技术。可靠性设计决定了产品的固有可靠性。 所谓可靠性是指“产品在规定时间内,在规定的使用条件下,完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。长期以来,随着电子技术的发展和电子产品可靠性理论的成熟,电子产品可靠性的相对稳定,电子产品的可靠性试验技术已经发展的相对成熟;机械可靠性试验技术则由于存在理论难题而发展相对较慢。为了机械可靠性的切实发展,美国可靠性分析中心一直坚持鼓励其组织机构广泛收集机械产品可靠性数据。同时美国可靠性分析中心在提到的关于将来安全相关技术发展备选课题,在可靠性领域中把机械可靠性作为三大课题(另外两个是加速试验和软件可靠性)之一。

机械可靠性试验技术是机械可靠性技术中一个关键的问题,因此被广泛关注。 机械可靠性试验的发展 自1946年Freuenthal在国际上发表“结构的安全度”一文以来,可靠性问题开始引起学术界和工程界的普遍关注与重视。上世纪60年代,对机械可靠性问题引起了各国广泛重视并开始对其进行了系统研究,其中美国、前苏联、日本、英国等国家对机械产品可靠性进行了深入研究,并在机械产品可靠性理论研究和实际应用方面取得了相当进展: 1.1.20世纪40年代,德国在V-1火箭研制中,提出了火箭系统的可靠性等于所有元器件可靠度乘积的理论,即把小样本问题转化为大样本问题进行研究。 1.2.1957年6月4日,美国的“电子设备可靠性顾问委员会”发布了《军用电子设备可靠性报告》,提出了可靠性是可建立的、可分配的及可验证的,从而为可靠性学科的发展提出了初步框架。 1.3.3.20世纪50年代至60年代,美国、苏联相继把可靠性应

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