[發明專利]考慮失效相關性的提升減速器動態可靠性建模方法

在審

• 申請號: 201710904520.9
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107704677A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 李彥鋒;黃意賢;黃洪鐘;張偉;張小強;付國忠;米金華
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙)51227
• 代理人: 周永宏

技術領域

本發明屬于可靠性技術領域，涉及動態可靠性建模，具體涉及一種基于Copula函數的提升減速器失效相關性的動態可靠性建模與分析方法。

背景介紹

通常情況下，在計算提升減速器可靠度時，將提升減速器各失效模式之間看成是相互獨立的，從而將其簡化為簡單的串聯系統處理。計算得到單個零件可靠度后借助于經典可靠性模型求得整個提升減速系統的可靠度。事實上，以提升減速器為代表的大部分機械系統或零部件都存在多種失效模式，特別是存在配合關系的機械零部件之間更應該考慮失效的相關性，這類機械零部件的功能函數也共享部分參數。因此，分析這類機械系統時，如若不考慮失效間的相關性，往往會導致計算結果偏差較大。提升減速器中關鍵部件-齒輪的性能指標主要包括靜強度、疲勞強度、振動及剛度等，足夠的疲勞強度以及靜強度是保障齒輪在工作過程中不發生過量的塑性變形或疲勞斷裂的必要條件。針對提升減速器常規可靠性分析過程中現有技術并未考慮失效相關情況，如文獻“周金宇,謝里陽,王學敏.失效相關結構系統可靠性分析及近似求解[J].東北大學學報(自然科學版),2004,25(1):74-77”。事實上，諸如齒輪的接觸疲勞失效與彎曲疲勞失效并不是相互獨立的，兩失效模式之間存在著相關性。綜上所述，在分析提升減速器可靠性時，必須充分考慮提升減速器中各零件之間的失效相關性。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術中的上述不考慮失效的相關性，往往會導致計算結果偏差較大的問題，提出了一種基于Copula函數的提升減速器失效相關性的動態可靠性方法，通過建立多元變量間的模型、求解多元聯合分布函數來刻畫提升減速器失效相關性。

本發明采用的技術方案為：提升減速器失效相關性的動態可靠性建模方法，包括：

步驟1：根據提升減速器服役實際環境工況、系統功能、性能以及系統組成，對其進行失效模式分析，找出各零部件不同的失效模式及其失效機理；

步驟2：針對提升減速器的多失效模式，選取并計算相應參數值，然后根據計算得到的參數值建立提升減速器在各失效模式下的功能函數表達式；

步驟3：考慮載荷作用次數對提升減速器的影響，獲得提升減速器在各失效模式下的動態可靠度曲線，并擬合得到零部件各失效模式下的壽命分布函數及其參數；

步驟4：依據各失效模式下的動態可靠度曲線獲得零部件失效獨立下的壽命曲線，根據所得壽命曲線得到邊緣分布函數(u_i,v_i)(i＝1,2,…,n)，繪制(u_i,v_i)的二元頻率直方圖，依據頻率直方圖的形狀初選Copula函數類型；

其中，u_i,v_i為邊緣分布函數(u_i,v_i)的兩個變量；

步驟5：依據(u_i,v_i)繪制出零部件的經驗Copula函數圖形，得到經驗Copula函數；

步驟6：利用經驗Copula函數及初選的Copula函數，計算平方歐式距離，依據平方歐式距離計算結果選擇最佳擬合效果的Copula函數C(U,V)；

其中，U為接觸疲勞的壽命分布函數，V為彎曲疲勞下的壽命分布函數；

步驟7：估計步驟S6得到的最佳擬合效果的Copula函數C(U,V)中的未知參數，得到未知參數后，繪制失效相關下的聯合壽命分布曲線。

進一步地，所述零部件為：提升減速器中的軸和齒輪。

進一步地，所述步驟S7具體包括：

步驟71：計算聯合壽命分布函數，將步驟3中得到的零部件各失效模式下的壽命分布函數帶入Gumbel Copula函數，求出零部件的失效相關性聯合壽命分布函數；

步驟72：繪制零部件的失效相關性聯合壽命分布函數圖形，將步驟71得到聯合壽命分布函數繪制成失效相關下的壽命分布曲線，并與步驟S4中的零部件失效獨立下的壽命分布曲線作對比、分析。