[發明專利]基于故障行為的航空機電產品可靠性建模與分析方法

有效

• 申請號: 202110424992.0
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN113111521B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 邵將;孫勝;孟理華;劉漪紋;馬岳軒
• 申請（專利權）人: 中國航空綜合技術研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/02
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 劉翠芹

本發明提供一種基于故障行為的航空機電產品可靠性建模與分析方法，其包括以下步驟：S1、產品功能性模型的建模；S2、故障模式及影響因素分析；S3、故障影響因素分布規律建模；S4、零組件耗損退化規律建模；S5、對模型進行接口集成及驗證；S6、對功能可靠度以及性能可靠度進行分析。本發明基于故障行為模型描述機電產品的故障耦合規律，能夠分析多個零件相關失效導致的產品級性能退化，相比于以往多個零件失效相互獨立的假設，可以更準確的發現機電產品的可靠性設計薄弱環節。

技術領域

本發明涉及機電產品可靠性與壽命預測領域，具體地涉及一種基于故障行為的航空機電產品可靠性建模與分析方法。

背景技術

航空機電產品是指航空裝備中使用的既包含機械部件又包含電子電氣部件，同時具有高度耦合特征的產品，主要類別包括作動類(作動器、舵機等)、泵類(電動泵、燃油泵等)等，機電產品廣泛用于飛機主要機載系統中，其性能與質量可靠性直接關系到航空裝備的飛行安全、技術性能及作戰能力。隨著航空機電產品日益綜合和復雜，并且具有失效模式復雜、失效相關性強等特點，由于對機電設備內部的故障規律缺乏研究，現階段機電產品可靠性分析主要存在以下三個方面問題：

一、機電產品故障機理復雜，具有顯著的故障相關性，國內對于機電產品內部的故障規律缺乏研究；

二、機電產品可靠性建模困難，傳統基于零件失效獨立假設的可靠性建模方法不再適用；

三、機電產品可靠性具有顯著的時變特性，目前只能基于手冊對機電產品可靠性進行粗略預計，缺少有效的可靠性分析手段。

由于以上問題，現有的機電產品可靠性分析方法難以解決航空裝備高可靠設計的要求，造成現階段航空機電產品普遍存在壽命與可靠性設計驗證不足、較多的可靠性設計缺陷難以發現、外場故障頻發、指標實現困難等問題，成為影響裝備研制的掣肘。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種基于故障行為的航空機電產品可靠性建模與分析方法，在產品功能性能建模的基礎上，將導致產品功能失效或性能退化的內、外因素進行集成建模，并通過接口與產品性能模型進行集成，構成性能與可靠性集成模型，即產品的故障行為模型。然后基于該模型可以直接在產品整機層面上進行產品故障及性能退化規律分析，同時考慮尺寸公差、載荷波動、材料性能波動、零組件耗損退化等因素與產品性能的綜合影響，更準確地描述機電產品故障行為及可靠性時變特性，實現更準確的可靠性建模與分析。

具體地，本發明提供一種基于故障行為的航空機電產品可靠性建模與分析方法，其包括以下步驟：

S1、產品功能性模型的建模，具體包括以下子步驟：

S11、將機電產品的性能分為動力學性能以及機電液多學科性能；

S12、確定產品功能性模型類型，模型包括多體系統動力學性能模型和機-電-液系統多領域綜合性能模型；

S13、根據確定的模型類型，以產品CAD模型、材料參數、動力與控制參數和載荷條件為輸入，建立產品功能性能模型；

S2、故障模式及影響因素分析：按照機電產品的主要功能類型，將產品的故障分為力控制與傳遞故障和介質控制與傳遞故障，力控制與傳遞故障包括結構斷裂、結構變形和輸出力不足；介質控制與傳遞故障包括介質壓力異常、流量異常和介質泄露；通過故障模式及影響因素分析，確定需要開展分布規律建模及耗損退化建模的目標；

S3、故障影響因素分布規律建模：所述的故障影響因素分布規律建模為針對故障影響因素中存在的隨機變量，分析隨機變量的統計特性，確定隨機變量的分布類型及分布函數；