專利名稱：基于失效分析專家系統(tǒng)的構(gòu)件失效模式檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于構(gòu)件失效分析技術(shù)，涉及一種在對失效信息進行采集的基礎(chǔ)上基于失 效分析專家系統(tǒng)的構(gòu)件失效模式檢測方法。
背景技術(shù)：
構(gòu)件失效后，對其進行失效模式檢測，是給出失效原因的前提和重要基礎(chǔ)，是預(yù)防 類似事故重復(fù)發(fā)生的必要手段，失效模式檢測就是把通過調(diào)查、觀察和試驗獲的失效信息 作為依據(jù)，應(yīng)用邏輯推理的方法，對故障件的失效模式進行檢測判斷。所謂失效模式，是指 失效的外在宏觀表現(xiàn)形式和過程規(guī)律，可理解為失效的性質(zhì)和類型。傳統(tǒng)的失效模式檢測方法，是利用人工根據(jù)失效信息進行判斷，這種判斷方法存 在一定的問題，如對失效模式進行判斷需要豐富的知識和經(jīng)驗，而培養(yǎng)一名經(jīng)驗豐富的失 效分析工程師或?qū)＜倚枰舾赡甑臅r間，而且專家總會離開工作崗位，他所擁有的知識也 隨之而去；另外，在失效分析的過程中，往往需要借鑒以前類似的故障，而以往類似故障一 般以紙介質(zhì)的形式散落各處，容易丟失，不利于知識的有效存儲和充分利用；再有，在失效 分析的過程中，失效分析人員可能會由于本單位的利益，而存在一定的人為因素，工作效率 較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種工作效率高、分析準(zhǔn)確率高，同時避免人為因素的干擾 的一種基于失效分析專家系統(tǒng)的構(gòu)件失效模式檢測方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是采集失效構(gòu)件的基本情況構(gòu)件名稱、構(gòu)件所用材料、構(gòu)件工作環(huán)境、構(gòu)件載荷類 型；對失效構(gòu)件的外觀特征進行觀察記錄斷口附近裂紋情況，斷口附近磨損情況、斷 口附近氧化或腐蝕情況；對失效構(gòu)件進行斷口宏觀特征觀察記錄，觀察內(nèi)容包括斷面情況，源區(qū)特征、擴 展區(qū)特征、瞬斷區(qū)特征，確定首先開裂件；在不能確定首先開裂件時，同時確定多個懷疑開 裂較早的構(gòu)件；對首先開裂件或懷疑開裂較早的構(gòu)件，進行斷口微觀特征觀察記錄，觀察內(nèi)容包 括斷口源區(qū)的微觀形貌、斷口擴展區(qū)的微觀形貌、斷口瞬斷區(qū)的微觀形貌；對失效構(gòu)件進行材質(zhì)分析，并記錄分析結(jié)果；將以上獲得的失效信息輸入失效分析專家系統(tǒng)中的案例庫維護模塊，用失效分析 專家系統(tǒng)中的類比方法進行失效模式檢測，失效分析專家系統(tǒng)給出與需要分析的案例最相 似的案例，以及需要分析案例的失效模式；失效分析專家系統(tǒng)將需要分析案例各方面失效信息與最相似案例相對應(yīng)方面的 失效信息進行對比；
根據(jù)對比結(jié)果確定是否需要補充獲取失效信息，對需要補充的失效模式案例的失 效信息進行補充，用失效分析專家系統(tǒng)中的規(guī)則推理方法進行失效模式檢測結(jié)果的驗證; 對不需要補充的失效模式案例，直接用失效分析專家系統(tǒng)中的規(guī)則推理方法進行失效模式 檢測結(jié)果的驗證；失效分析專家系統(tǒng)最終給出需要分析案例的失效模式。所述的對失效構(gòu)件進行材質(zhì)分析，包括金相組織、硬度、力學(xué)性能、化學(xué)成份。所述的對失效構(gòu)件的斷面情況進行宏觀特征觀察記錄，觀察內(nèi)容包括失效構(gòu)件 的粗糙情況、顏色情況。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明利用計算機輔助失效分析專家系統(tǒng)進行構(gòu)件失效模式的檢測，可以快速、 準(zhǔn)確地幫助失效分析人員進行失效分析，避免人為因素的干擾，還可以彌補個人知識和經(jīng) 驗的不足，提高分析的準(zhǔn)確性和縮短分析的周期。本發(fā)明對失效結(jié)構(gòu)件進行外觀、宏觀、微 觀等的充分分析，并結(jié)合失效件的材料、載荷、環(huán)境等失效信息進行失效件的失效模式和失 效機理分析，從而提高了失效結(jié)構(gòu)件的分析準(zhǔn)確率。


圖1是失效分析專家系統(tǒng)界面示意圖；圖2是案例庫和字典庫維護界面示意圖；圖3是案例庫維護界面示意圖；圖4是類比推理系統(tǒng)總界面示意圖；圖5是生成均衡失效模式表總界面示意圖；圖6是處理新實例界面示意圖；圖7是沈2號案例失效信息明細界面示意8是類比推理的結(jié)果界面示意圖；圖9是規(guī)則推理總界面示意圖；圖10是詢問界面示意圖；圖11是規(guī)則推理結(jié)果示意圖。
具體實施例方式(1)采集失效構(gòu)件的基本情況構(gòu)件名稱、構(gòu)件所用材料、構(gòu)件工作環(huán)境、構(gòu)件載 荷類型；(2)對失效構(gòu)件的外觀特征進行觀察記錄斷口附近裂紋情況，斷口附近磨損情 況、斷口附近氧化或腐蝕情況；(3)對失效構(gòu)件進行斷口宏觀特征觀察記錄，觀察內(nèi)容包括斷面情況，源區(qū)特 征、擴展區(qū)特征、瞬斷區(qū)特征，確定首先開裂件；在不能確定首先開裂件時，同時確定多個懷 疑開裂較早的構(gòu)件；(4)對首先開裂件或懷疑開裂較早的構(gòu)件，進行斷口微觀特征觀察記錄，觀察內(nèi)容 包括斷口源區(qū)的微觀形貌、斷口擴展區(qū)的微觀形貌、斷口瞬斷區(qū)的微觀形貌；(5)對失效構(gòu)件進行材質(zhì)分析，并記錄分析結(jié)果；
(6)將以上獲得的失效信息輸入失效分析專家系統(tǒng)中的案例庫維護模塊，作為待 分析案例，并隨機對待分析案例進行編號，但需注意，所編的號碼不能與已有的案例編號相 重。之后用失效分析專家系統(tǒng)中的類比方法進行失效模式檢測，失效分析專家系統(tǒng)給出與 需要分析的案例最相似的案例，以及需要分析案例的失效模式；(7)失效分析專家系統(tǒng)將需要分析案例各方面失效信息與最相似案例相對應(yīng)方面 的失效信息進行對比；(8)根據(jù)對比結(jié)果確定是否需要補充獲取失效信息，對需要補充的失效模式案例 的失效信息進行補充，對補充后的待分析案例，可用兩種推理方法，一種是繼續(xù)應(yīng)用類比推 理的方法進行失效模式檢測結(jié)果的驗證；另一種是用失效分析專家系統(tǒng)中的規(guī)則推理方法 進行失效模式檢測結(jié)果的驗證；對不需要補充的失效模式案例，直接用失效分析專家系統(tǒng) 中的規(guī)則推理方法進行失效模式檢測結(jié)果的驗證；(9)失效分析專家系統(tǒng)最終給出需要分析案例的失效模式。對失效構(gòu)件的失效基本情況(構(gòu)件名稱、所用材料、工作環(huán)境、載荷類型)、外觀特 征(斷口附近裂紋情況，斷口附近磨損情況、斷口附近氧化或腐蝕情況)、斷口宏觀特征(斷 面情況，源區(qū)特征、擴展區(qū)特征、瞬斷區(qū)特征)、斷口微觀特征(源區(qū)微觀形貌、擴展區(qū)微觀 形貌、瞬斷區(qū)微觀形貌)、材質(zhì)檢測結(jié)果(金相組織、硬度、力學(xué)性能)等失效信息進行觀察、 檢測，將得到的觀察、檢測結(jié)果輸入到失效分析專家系統(tǒng)推理界面，利用該工具進行構(gòu)件失 效模式檢測和判斷。實施例一傳動錐齒輪經(jīng)地面長時間試車后檢查發(fā)現(xiàn)齒輪齒面局部剝落，并伴有條狀擦傷痕 跡，需要判斷檢測齒輪的失效模式。首先對齒輪的失效分析進行調(diào)查、觀察和測試，結(jié)果如 下零件名稱齒輪材料類型18CrNi4A滲碳、滲氮鋼材質(zhì)分析結(jié)果材質(zhì)合格載荷類型接觸疲勞載荷裂紋微觀擴展穿晶失效位置應(yīng)力集中處熱加工工藝模鍛斷口擴展區(qū)微觀疲勞條帶、二次裂紋環(huán)境-介質(zhì)潤滑劑外觀特征剝落、小坑、磨損在用專家系統(tǒng)進行失效模式檢測之前，首先要將該案例觀察和測量的信息輸入到 失效分析專家系統(tǒng)的案例庫維護模塊，作為待分析案例的信息存儲，在系統(tǒng)集成界面(圖 1)中進入“案例庫和字典庫維護”模塊(圖2)，點擊“案例庫維護”即可進入“案例庫維護” 界面，將該案例的失效信息存儲后，給該案例隨機命名一個案例代碼，以方便失效模式推理 過程中的應(yīng)用，如該案例代碼為153(圖3)。點擊圖1中“類比推理系統(tǒng)”按鈕，進入類比推理系統(tǒng)總界面(圖4)，輸入待分析 案例代碼(圖5)，點擊進入類比推理系統(tǒng)，結(jié)果見圖6，給出該案例的失效模式為接觸疲勞。實施例二奧氏體不銹鋼彈簧需要判斷其失效模式。首先對彈簧的失效信息進行調(diào)查、觀察 和測試，結(jié)果如下零件名稱彈簧材料類型奧氏體不銹鋼材質(zhì)分析結(jié)果材質(zhì)合格失效位置腐蝕造成的缺陷區(qū)斷面宏觀特征觀察結(jié)果疲勞弧線斷口微觀特征觀察結(jié)果擴展區(qū)為疲勞條帶、泥紋花樣，瞬斷區(qū)為韌窩環(huán)境-介質(zhì)腐蝕介質(zhì)外觀特征斷裂、腐蝕坑利用跟案例1同樣的方法，將該案例的失效信息輸入到失效分析專家系統(tǒng)，并隨 機給出該案例代碼為沈3。點擊圖1中“類比推理系統(tǒng)”按鈕，推理結(jié)果表明待分析案例失 效信息與數(shù)據(jù)庫中案例代碼為262的案例失效信息類似，262號案例的失效信息見圖7。該 案例名稱為某彈簧失效分析。待分析案例063號)的類比推理結(jié)果為腐蝕疲勞，結(jié)果見圖 8。為了更好地驗證類比推理結(jié)果的準(zhǔn)確性，利用專家系統(tǒng)中的規(guī)則推理進行失效模 式檢測驗證，規(guī)則推理總界面見圖9，點擊圖9中的“推理”按鈕，開始規(guī)則推理的過程。針 對該案例，在進行規(guī)則推理的過程中，系統(tǒng)彈出詢問對話框，見圖10。詢問源區(qū)的宏觀特征及載荷類型，根據(jù)此提問，對彈簧源區(qū)宏觀進行仔細觀察，發(fā) 現(xiàn)源區(qū)為線源，載荷類型為疲勞交變載荷，補充這兩條失效信息后，重新進行規(guī)則推理，結(jié) 果與rule 87匹配，見圖11。最終給出彈簧的失效模式為腐蝕疲勞。失效模式檢測結(jié)果與 類比推理失效模式檢測結(jié)果一致。
權(quán)利要求
1.基于失效分析專家系統(tǒng)的構(gòu)件失效模式檢測方法，其檢測方法是，(1)采集失效構(gòu)件的基本情況構(gòu)件名稱、構(gòu)件所用材料、構(gòu)件工作環(huán)境、構(gòu)件載荷類型；(2)對失效構(gòu)件的外觀特征進行觀察記錄斷口附近裂紋情況，斷口附近磨損情況、斷 口附近氧化或腐蝕情況；(3)對失效構(gòu)件進行斷口宏觀特征觀察記錄，觀察內(nèi)容包括斷面情況，源區(qū)特征、擴 展區(qū)特征、瞬斷區(qū)特征，確定首先開裂件；在不能確定首先開裂件時，同時確定多個懷疑開 裂較早的構(gòu)件；(4)對首先開裂件或懷疑開裂較早的構(gòu)件，進行斷口微觀特征觀察記錄，觀察內(nèi)容包 括斷口源區(qū)的微觀形貌、斷口擴展區(qū)的微觀形貌、斷口瞬斷區(qū)的微觀形貌；(5)對失效構(gòu)件進行材質(zhì)分析，并記錄分析結(jié)果；(6)將以上獲得的失效信息輸入失效分析專家系統(tǒng)中的案例庫維護模塊，用失效分析 專家系統(tǒng)中的類比方法進行失效模式檢測，失效分析專家系統(tǒng)給出與需要分析的案例最相 似的案例，以及需要分析案例的失效模式；(7)失效分析專家系統(tǒng)將需要分析案例各方面失效信息與最相似案例相對應(yīng)方面的失 效信息進行對比；(8)根據(jù)對比結(jié)果確定是否需要補充獲取失效信息，對需要補充的失效模式案例的失 效信息進行補充，用失效分析專家系統(tǒng)中的規(guī)則推理方法進行失效模式檢測結(jié)果的驗證； 對不需要補充的失效模式案例，直接用失效分析專家系統(tǒng)中的規(guī)則推理方法進行失效模式 檢測結(jié)果的驗證；(9)失效分析專家系統(tǒng)最終給出需要分析案例的失效模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于失效分析專家系統(tǒng)的構(gòu)件失效模式檢測方法，其特征 是，所述的對失效構(gòu)件進行材質(zhì)分析，包括金相組織、硬度、力學(xué)性能、化學(xué)成份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于失效分析專家系統(tǒng)的構(gòu)件失效模式檢測方法，其特征 是，所述的對失效構(gòu)件的斷面情況進行宏觀特征觀察記錄，觀察內(nèi)容包括失效構(gòu)件的粗糙 情況、顏色情況。
全文摘要
本發(fā)明屬于構(gòu)件失效分析技術(shù)，涉及一種在對失效信息進行采集的基礎(chǔ)上基于失效分析專家系統(tǒng)的構(gòu)件失效模式檢測方法。本發(fā)明利用計算機輔助失效分析專家系統(tǒng)進行構(gòu)件失效模式的檢測，可以快速、準(zhǔn)確地幫助失效分析人員進行失效分析，避免人為因素的干擾，還可以彌補個人知識和經(jīng)驗的不足，提高分析的準(zhǔn)確性和縮短分析的周期。本發(fā)明對失效結(jié)構(gòu)件進行外觀、宏觀、微觀等的充分分析，并結(jié)合失效件的材料、載荷、環(huán)境等失效信息進行失效件的失效模式和失效機理分析，從而提高了失效結(jié)構(gòu)件的分析準(zhǔn)確率。
文檔編號G06F17/50GK102054103SQ201010607640
公開日2011年5月11日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者劉新靈, 張兵, 白明遠, 胡春燕, 陶春虎 申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院