[發(fā)明專利]一種考慮多狀態(tài)運(yùn)行的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可靠性分析方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711020825.X
• 申請(qǐng)日: 2017-10-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107808069A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁鋒;韓帥;劉聰;田敏;高云云;王楠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F19/00
• 分類(lèi)號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 西安新思維專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司61114
• 代理人: 黃秦芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可靠性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種考慮多狀態(tài)運(yùn)行的航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可靠性分析方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的可靠性分析方法往往把系統(tǒng)狀態(tài)簡(jiǎn)化為“二態(tài)”(“正常工作”和“完全失效”)。而在實(shí)際工作中，大型復(fù)雜裝備系統(tǒng)除以上兩種狀態(tài)外，還具有多種工作(性能)狀態(tài)，這樣的系統(tǒng)被稱為多態(tài)系統(tǒng)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一種高度集成的復(fù)雜多態(tài)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)作為其重要組成部分，運(yùn)行狀態(tài)在很大程度上能夠決定發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的運(yùn)行可靠性和安全性。在其壽命周期內(nèi)，由于氣路性能衰退、疲勞、磨損以及腐蝕等多種原因，部件會(huì)存在失效或性能衰退，同時(shí)會(huì)引起轉(zhuǎn)子系統(tǒng)呈現(xiàn)出多個(gè)性能水平，利用傳統(tǒng)可靠性分析方法對(duì)其進(jìn)行可靠性分析顯得有些力不能及。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)多態(tài)系統(tǒng)可靠性理論進(jìn)行了深入地研究，取得了一定的成果。對(duì)于多態(tài)可靠性分析方法的研究，證實(shí)了隨機(jī)過(guò)程方法和UGF方法是對(duì)多態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析應(yīng)用較好的方法。其中，隨機(jī)過(guò)程方法則可以很好的描述部件的狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)移過(guò)程，用于求解部件的性能狀態(tài)概率。UGF方法計(jì)算方便快捷，可以反映部件的性能狀態(tài)及其對(duì)應(yīng)的概率與系統(tǒng)的性能狀態(tài)及其對(duì)應(yīng)的概率的關(guān)系，并且可以通過(guò)運(yùn)算符由部件的UGF得到系統(tǒng)的UGF，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的多狀態(tài)可靠性分析。隨機(jī)過(guò)程方法和UGF方法的結(jié)合可以很好的解決系統(tǒng)部件和其性能狀態(tài)過(guò)多引起的組合爆炸問(wèn)題，大大降低系統(tǒng)的狀態(tài)空間維數(shù)，能夠有效評(píng)估系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用兩者結(jié)合的方法已成功地應(yīng)用于自治微網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用系統(tǒng)、凈化泵組系統(tǒng)、制造系統(tǒng)等系統(tǒng)，并有效完成了對(duì)系統(tǒng)多態(tài)可靠性分析。

然而，上述研究中隨機(jī)過(guò)程均使用的是Markov隨機(jī)過(guò)程，它通常假設(shè)部件的狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)間服從指數(shù)分布，而基于部分失效導(dǎo)致機(jī)械類(lèi)部件的狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)間可能服從更加復(fù)雜的概率分布類(lèi)型，不僅僅是指數(shù)分布。由此出現(xiàn)了Semi-Markov過(guò)程，它可以很好的描述部件狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)間服從任意分布的情況，如威布爾(Weibull)分布，在航空領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，能夠更全面的描述航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命規(guī)律。但到目前為止，多態(tài)可靠性在航空領(lǐng)域的研究較少，涉及到航空發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的幾乎沒(méi)有。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種考慮多狀態(tài)運(yùn)行的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可靠性分析方法，更真實(shí)地描述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)性能退化過(guò)程，有推廣應(yīng)用的價(jià)值。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種考慮多狀態(tài)運(yùn)行的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可靠性分析方法，該方法通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟1：對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行性能結(jié)構(gòu)分析；

步驟2：根據(jù)收集到的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)部件的壽命數(shù)據(jù)，確定各部件壽命分布參數(shù)，具體方法如下：假設(shè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的部件壽命分布服從Weibull三參數(shù)分布，且采用極大似然估計(jì)法確定部件的參數(shù)；

步驟3：建立轉(zhuǎn)子系統(tǒng)Semi-Markov退化模型；

步驟4：建立基于UGF的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可靠性分析模型：具體的步驟是采用模塊化方法，簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并定義轉(zhuǎn)子系統(tǒng)UGF的運(yùn)算規(guī)則，根據(jù)部件-模塊-系統(tǒng)的順序推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的UGF；根據(jù)得到的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)UGF進(jìn)而得到轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，確定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在任意性能水平w下的可靠度表達(dá)式。

步驟5：對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行多態(tài)可靠性分析，具體步驟如下：利用步驟4中計(jì)算出的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)UGF，得到轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不同性能狀態(tài)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)概率，并根據(jù)可靠度表達(dá)式計(jì)算轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在不同任務(wù)性能水平下的可靠度。

進(jìn)一步的，所述步驟1對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行性能結(jié)構(gòu)分析，具體方法如下：根據(jù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)和工作原理，得到其可靠性框圖；再對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行性能分析，定義轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的性能水平，確定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)各部件的性能參數(shù)及性能指標(biāo)，得到其性能結(jié)構(gòu)圖。

進(jìn)一步的，所述步驟3建立轉(zhuǎn)子系統(tǒng)Semi-Markov退化模型，具體方法如下：應(yīng)用Semi-Markov過(guò)程描述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)部件的性能退化過(guò)程，通過(guò)Semi-Markov理論中的主要方程求解部件的狀態(tài)概率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：