[發(fā)明專利]一種確定機械零部件的壽命概率分布與平均壽命的方法

有效

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• 申請日: 2013-11-07
• 公開（公告）號: CN103632035A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設計）人: 王正;王增全;王阿娜
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業(yè)集團第七〇研究所
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 太原同圓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14107
• 代理人: 王金鎖

技術領域

本發(fā)明屬于機械可靠性工程領域，具體涉及了一種確定機械零部件的壽命概率分布與平均壽命的方法。

背景技術

壽命是機械產品耐久性的重要度量指標，同時也是可靠性的重要衡量指標之一。由于受使用剖面隨機性、材料性能分散性、工藝過程波動性等不確定性因素的影響，機械零部件和系統(tǒng)在使用過程中所表現(xiàn)出的實際壽命往往具有一定的概率分布特征。正因如此，在可靠性分析中，常使用可靠壽命這一能夠體現(xiàn)概率特征的壽命指標來評價機械產品的可靠性，例如，用來衡量發(fā)動機可靠性或耐久性的B10壽命指標即可靠度為0.9的壽命。

通過對產品實際使用過程中壽命數(shù)據或壽命試驗結果數(shù)據的統(tǒng)計分析，可以獲得產品的壽命概率分布特征。然而，當采用壽命試驗的方法獲得壽命分布時，要得到一個比較準確的壽命概率分布特征及其數(shù)學模型，就需要增加試驗的樣本量。這對于大多數(shù)的機械產品來講，無疑會使試驗成本和試驗時間成倍增加，特別是對于高可靠性、長壽命的機械產品。另外，當采用產品在實際使用過程中形成的壽命數(shù)據進行壽命概率分布特征分析時，同樣需要較長的使用時間和足夠的樣本量來保證壽命分布模型的準確性。

顯然，這種對壽命數(shù)據統(tǒng)計分析的機械產品壽命概率分布確定方法，無論是依賴于產品實際使用數(shù)據還是壽命試驗數(shù)據，都必須建立在產品已經完成加工制造的基礎上。因此，這種方法無法在設計階段，對機械產品的壽命概率分布特征進行及時有效的分析與評價，難以更好地指導機械產品的設計。

此外，盡管目前也有許多涉及不同類型機械產品的壽命預測方法，但是現(xiàn)有的機械產品壽命預測方法只是針對具體產品的某種失效模式（例如疲勞、腐蝕、磨損等），給出相應的壽命預測模型；或是基于對產品使用數(shù)據或試驗數(shù)據的統(tǒng)計分析進行產品的壽命評價。這些方法和模型難以從更一般的意義上，全面科學地體現(xiàn)“應力（或載荷）不確定、強度不確定以及強度退化規(guī)律”等參數(shù)對機械產品壽命概率分布特征的影響。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能夠在設計階段結合零部件的結構設計參數(shù)和工作剖面，根據“應力概率模型、強度概率模型以及強度退化規(guī)律”等參數(shù)，科學地確定出機械零部件的壽命概率分布與平均壽命的方法。

本發(fā)明所采用的技術方案為：一種確定機械零部件的壽命概率分布與平均壽命的方法，它包括以下步驟：

a、結合零部件的設計參數(shù)與工作剖面，確定零部件的失效模式，根據失效的判斷依據，確定與該失效模式相對應的應力和強度指標；

b、確定零部件的應力概率模型：針對步驟a確定的應力指標，根據零部件的工作剖面和設計參數(shù)，

當以時間????????????????????????????????????????????????為壽命度量時，運用泊松隨機過程和概率分布函數(shù)建立應力概率模型，即用泊松隨機過程參數(shù)為描述應力出現(xiàn)隨時間的變化，用概率分布函數(shù)即概率密度函數(shù)和累積分布函數(shù)分別為和來建立應力概率模型；

當以載荷作用次數(shù)為壽命度量時，用概率分布函數(shù)即概率密度函數(shù)和累積分布函數(shù)分別為和來建立應力概率模型；

c、確定零部件的初始強度概率模型：針對步驟a確定的強度指標，通過強度試驗測試或對材料強度數(shù)據的修正，綜合考慮零部件的結構特征、受力狀態(tài)、工藝過程等因素的影響，建立零部件的初始強度概率模型，給出零部件初始強度的概率密度函數(shù)和累積分布函數(shù)；

d、確定零部件的強度退化規(guī)律：綜合考慮零部件工作剖面、結構特征、工藝過程等因素的影響，確定出零部件的強度退化規(guī)律；

當以時間為壽命度量指標時，建立零部件剩余強度與初始強度、時間等之間的關系，給出如式（1）所示的強度退化規(guī)律，即

????????????????????????（1）

當以載荷作用次數(shù)為壽命度量指標時，建立零部件剩余強度與初始強度、載荷作用次數(shù)等之間的關系，給出如式(2)所示的強度退化規(guī)律，即

????????????????????????（2）

e、確定零部件的壽命累積分布函數(shù)：

當以時間為壽命度量指標時，將步驟b、c和d中得到的應力概率模型、強度概率模型以及強度退化規(guī)律等參數(shù)代入式(3)中，可得到零部件的壽命累積分布函數(shù)，即

?????????????（3）

當以載荷作用次數(shù)為壽命度量指標時，將步驟b、c和d中得到的應力概率模型、強度概率模型以及強度退化規(guī)律等參數(shù)代入式(4)中，可得到零部件的壽命累積分布函數(shù)，即

????????????（4）