一種確定機(jī)械零部件的壽命概率分布與平均壽命的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種確定機(jī)械零部件壽命概率分布與平均壽命的方法，根據(jù)機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)參數(shù)與工作剖面，通過計(jì)算分析或試驗(yàn)測試等方法確定零部件的應(yīng)力概率模型；綜合考慮零部件的結(jié)構(gòu)特征、受力狀態(tài)、工藝過程等因素影響，通過強(qiáng)度試驗(yàn)測試或?qū)Σ牧蠌?qiáng)度性能數(shù)據(jù)的修正，確定零部件的強(qiáng)度概率模型和強(qiáng)度退化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)“應(yīng)力概率模型、強(qiáng)度概率模型以及強(qiáng)度退化規(guī)律”等參數(shù)，便可以確定出機(jī)械零部件的壽命概率分布特征，得到零部件的壽命累積分布函數(shù)和壽命概率密度函數(shù)以及平均壽命。本發(fā)明能夠在機(jī)械零部件設(shè)計(jì)過程中，及時對零部件的壽命進(jìn)行分析與評價，可有效指導(dǎo)機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)，提高研制效率，縮短研制周期，節(jié)約研制成本。
【專利說明】一種確定機(jī)械零部件的壽命概率分布與平均壽命的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械可靠性工程領(lǐng)域，具體涉及了一種確定機(jī)械零部件的壽命概率分布與平均壽命的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壽命是機(jī)械產(chǎn)品耐久性的重要度量指標(biāo)，同時也是可靠性的重要衡量指標(biāo)之一。由于受使用剖面隨機(jī)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(jī)械零部件和系統(tǒng)在使用過程中所表現(xiàn)出的實(shí)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(biāo)來評價機(jī)械產(chǎn)品的可靠性，例如，用來衡量發(fā)動機(jī)可靠性或耐久性的BlO壽命指標(biāo)即可靠度為0.9的壽命。
[0003]通過對產(chǎn)品實(shí)際使用過程中壽命數(shù)據(jù)或壽命試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可以獲得產(chǎn)品的壽命概率分布特征。然而，當(dāng)采用壽命試驗(yàn)的方法獲得壽命分布時，要得到一個比較準(zhǔn)確的壽命概率分布特征及其數(shù)學(xué)模型，就需要增加試驗(yàn)的樣本量。這對于大多數(shù)的機(jī)械產(chǎn)品來講，無疑會使試驗(yàn)成本和試驗(yàn)時間成倍增加，特別是對于高可靠性、長壽命的機(jī)械產(chǎn)品。另外，當(dāng)采用產(chǎn)品在實(shí)際使用過程中形成的壽命數(shù)據(jù)進(jìn)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(zhǔn)確性。
[0004]顯然，這種對壽命數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的機(jī)械產(chǎn)品壽命概率分布確定方法，無論是依賴于產(chǎn)品實(shí)際使用數(shù)據(jù)還是壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)，都必須建立在產(chǎn)品已經(jīng)完成加工制造的基礎(chǔ)上。因此，這種方法無法在設(shè)計(jì)階段，對機(jī)械產(chǎn)品的壽命概率分布特征進(jìn)行及時有效的分析與評價，難以更好地指導(dǎo)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。
[0005]此外，盡管目前也有許多涉及不同類型機(jī)械產(chǎn)品的壽命預(yù)測方法，但是現(xiàn)有的機(jī)械產(chǎn)品壽命預(yù)測方法只是針對具體產(chǎn)品的某種失效模式(例如疲勞、腐蝕、磨損等)，給出相應(yīng)的壽命預(yù)測模型；或是基于對產(chǎn)品使用數(shù)據(jù)或試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行產(chǎn)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(xué)地體現(xiàn)“應(yīng)力(或載荷)不確定、強(qiáng)度不確定以及強(qiáng)度退化規(guī)律”等參數(shù)對機(jī)械產(chǎn)品壽命概率分布特征的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠在設(shè)計(jì)階段結(jié)合零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)和工作剖面，根據(jù)“應(yīng)力概率模型、強(qiáng)度概率模型以及強(qiáng)度退化規(guī)律”等參數(shù)，科學(xué)地確定出機(jī)械零部件的壽命概率分布與平均壽命的方法。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種確定機(jī)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(jié)合零部件的設(shè)計(jì)參數(shù)與工作剖面，確定零部件的失效模式，根據(jù)失效的判斷依據(jù)，確定與該失效模式相對應(yīng)的應(yīng)力和強(qiáng)度指標(biāo)；
b、確定零部件的應(yīng)力概率模型:針對步驟a確定的應(yīng)力指標(biāo)，根據(jù)零部件的工作剖面和設(shè)計(jì)參數(shù)，當(dāng)以時間*為壽命度量時，運(yùn)用泊松隨機(jī)過程和概率分布函數(shù)建立應(yīng)力概率模型，即用泊松隨機(jī)過程參數(shù)為及O描述應(yīng)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Λ0和F<i)來建立應(yīng)力概率模型；
當(dāng)以載荷作用次數(shù)w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(yīng)力概率模型；
C、確定零部件的初始強(qiáng)度概率模型:針對步驟a確定的強(qiáng)度指標(biāo)，通過強(qiáng)度試驗(yàn)測試或?qū)Σ牧蠌?qiáng)度數(shù)據(jù)的修正，綜合考慮零部件的結(jié)構(gòu)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(qiáng)度概率模型，給出零部件初始強(qiáng)度厶的概率密度函數(shù)尤(句和累積分布函數(shù)€(句；
d、確定零部件 的強(qiáng)度退化規(guī)律:綜合考慮零部件工作剖面、結(jié)構(gòu)特征、工藝過程等因素的影響，確定出零部件的強(qiáng)度退化規(guī)律；
當(dāng)以時間?為壽命度量指標(biāo)時，建立零部件剩余強(qiáng)度與初始強(qiáng)度j時間?等之間的
關(guān)系，給出如式(I)所示的強(qiáng)度退化規(guī)律，即
【權(quán)利要求】
1.一種確定機(jī)械零部件的壽命概率分布與平均壽命的方法，其特征是它包括以下步驟: a、結(jié)合零部件的設(shè)計(jì)參數(shù)與工作剖面，確定零部件的失效模式，根據(jù)失效的判斷依據(jù)，確定與該失效模式相對應(yīng)的應(yīng)力和強(qiáng)度指標(biāo)； b、確定零部件的應(yīng)力概率模型:針對步驟a確定的應(yīng)力指標(biāo)，根據(jù)零部件的工作剖面和設(shè)計(jì)參數(shù)，當(dāng)以時間*為壽命度量時，運(yùn)用泊松隨機(jī)過程和概率分布函數(shù)建立應(yīng)力概率模型，即用泊松隨機(jī)過程參數(shù)為 描述應(yīng)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Λ*)和F<i)來建立應(yīng)力概率模型； 當(dāng)以載荷作用次數(shù)W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X_w)和Mw)來建立應(yīng)力概率模型；C、確定零部件的初始強(qiáng)度概率模型:針對步驟a確定的強(qiáng)度指標(biāo)，通過強(qiáng)度試驗(yàn)測試或?qū)Σ牧蠌?qiáng)度數(shù)據(jù)的修正，綜合考慮零部件的結(jié)構(gòu)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(qiáng)度概率模型，給出零部件初始強(qiáng)度在的概率密度函數(shù)和累積分布函數(shù)€(句; d、確定零部件的強(qiáng)度退化規(guī)律:綜合考慮零部件工作剖面、結(jié)構(gòu)特征、工藝過程等因素的影響，確定出零部件的強(qiáng)度退化規(guī)律；當(dāng)以時間?為壽命度量指標(biāo)時，建立零部件剩余強(qiáng)度4與初始強(qiáng)度各、時間?等之間的關(guān)系，給出如式(I)所示的強(qiáng)度退化規(guī)律，即
【文檔編號】G06F19/00GK103632035SQ201310547792
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】王正, 王增全, 王阿娜 申請人:中國兵器工業(yè)集團(tuán)第七〇研究所