專利名稱：易遭疲勞失效的構(gòu)件的維護(hù)方法
本申請(qǐng)是1996年11月27日遞交的臨時(shí)申請(qǐng)No.60/031,507的繼續(xù)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容列作本申請(qǐng)的參考。
本發(fā)明與維護(hù)易遭疲勞失效的構(gòu)件有關(guān)。
眾所周知，構(gòu)件的疲勞壽命在設(shè)計(jì)許多機(jī)械、射流和電動(dòng)裝置和系統(tǒng)中是一個(gè)主要因素。在要求高可靠性的系統(tǒng)中，構(gòu)件的疲勞壽命甚至更為苛刻。飛機(jī)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)是要求高可靠性的系統(tǒng)的一個(gè)例子，對(duì)于這種系統(tǒng)，構(gòu)件的疲勞壽命是一個(gè)關(guān)鍵性的因素。對(duì)于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高能轉(zhuǎn)子構(gòu)件來(lái)說(shuō)，部件的疲勞壽命特別關(guān)鍵，因?yàn)樗鼈冿@著威脅著飛機(jī)安全，如果發(fā)生難以控制的損壞的話?？紤]到任何飛機(jī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中機(jī)件失效的潛在災(zāi)難性后果，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)已研究了非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)方法，力圖保證所有關(guān)鍵性發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件能在一組給定的工作條件下可靠地滿足運(yùn)行壽命的要求。因此，由于反復(fù)運(yùn)行體上工作循環(huán)而引起的疲勞失效是工程設(shè)計(jì)人員非常關(guān)注的失效模式，因?yàn)樗苯佑绊懽罱K產(chǎn)品的可靠性和壽命周期費(fèi)用。所以，對(duì)設(shè)計(jì)構(gòu)件來(lái)說(shuō)特別強(qiáng)調(diào)要安全地使所設(shè)計(jì)的構(gòu)件的疲勞壽命盡量增長(zhǎng)。
許多年來(lái)在飛機(jī)工程領(lǐng)域內(nèi)設(shè)計(jì)易疲勞機(jī)件遵循的主要途徑是通常所謂的“安全壽命”方法。安全壽命方法所根據(jù)的是對(duì)于任何給定的設(shè)計(jì)都可以決定性地計(jì)算出在產(chǎn)生疲勞裂紋或其它疲勞跡象前能經(jīng)受的最少負(fù)載循環(huán)數(shù)的原則。這個(gè)最少負(fù)載循環(huán)數(shù)必需考慮到機(jī)件尺寸、材料特性和工作環(huán)境(環(huán)境條件)各方面的變化。在安全壽命方法中，這個(gè)最少工作循環(huán)數(shù)確定后，就可以確立機(jī)件的退役極限或壽命。退設(shè)極限通常設(shè)為小于最少負(fù)載循環(huán)數(shù)，以保證一定的安全裕量。至少有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家通常已采用安全系數(shù)3來(lái)確定它的退役極限。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員可以理解，安全壽命方法能用于任何機(jī)械、電動(dòng)或射流構(gòu)件。
確定燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的新構(gòu)件的安全壽命的一個(gè)典型過(guò)程涉及以下幾個(gè)步驟·確定期望工作循環(huán)·確立最少的發(fā)動(dòng)機(jī)和失效發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力學(xué)條件·利用熱力學(xué)條件進(jìn)行暫態(tài)熱傳導(dǎo)分析·利用熱傳導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行有限元應(yīng)力分析·確立構(gòu)件中幾個(gè)位置的最大運(yùn)算應(yīng)變范圍，以考慮環(huán)境條件和發(fā)動(dòng)機(jī)變差的“任務(wù)混合”·根據(jù)應(yīng)變范圍和現(xiàn)有試樣的疲勞數(shù)據(jù)確定最短疲勞壽命·根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、測(cè)試經(jīng)驗(yàn)等對(duì)最短壽命施加安全系數(shù)，確定構(gòu)件的退役極限雖然在理論上保證了高度的可靠性，但安全壽命方法仍有某些缺點(diǎn)。例如，由于這種方法本質(zhì)上是決定性的，而且全都假設(shè)為最小值，因此大量構(gòu)件在遠(yuǎn)未到出現(xiàn)裂紋或其他失效跡象前就被迫退役。對(duì)于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)來(lái)說(shuō)，這是不經(jīng)濟(jì)的，許多發(fā)動(dòng)機(jī)被迫從機(jī)翼上取下拆除，使尚可使用的機(jī)件被拆下拋棄掉。
此外，經(jīng)驗(yàn)表明，盡管應(yīng)用了安全壽命方法，運(yùn)行中還可能發(fā)生疲勞失效。對(duì)于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，這種與實(shí)際不一致通常是由于下列原因之一引起的·熱傳導(dǎo)或應(yīng)力分析不精確·工作循環(huán)規(guī)定得不正確，或操作員用了與所假設(shè)的不同的工作循環(huán)·控制系統(tǒng)硬件失效，使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同于所假設(shè)的熱力學(xué)條件下運(yùn)行·控制邏輯有問(wèn)題，使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同于所假設(shè)的熱力學(xué)條件下運(yùn)行而且，由于所聲稱的某個(gè)構(gòu)件的安全壽命是在不需要檢查的情況下計(jì)算出來(lái)的，因此這個(gè)構(gòu)件在達(dá)到它的退役極限前一般不加檢查。這是通常的情況，即使這個(gè)機(jī)件由于一些其他維修原因尚可加以利用。如果得出安全壽命極限所根據(jù)的原始分析證明是非保守的，那么就會(huì)喪失檢測(cè)一系列發(fā)動(dòng)機(jī)中有害的疲勞趨向的寶貴時(shí)機(jī)，往往一出現(xiàn)有問(wèn)題的跡象就是實(shí)際失效?；蛘撸绻贸霭踩珘勖鼧O限所根據(jù)的原始分析證明是過(guò)于保守的，那么就需要被迫將機(jī)件拆下加以檢查的復(fù)雜而費(fèi)時(shí)的程序，以收集可以延長(zhǎng)使用期的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的主要目的是提供一種在使用期間對(duì)易遭疲勞失效的構(gòu)件進(jìn)行維護(hù)的方法。具體地說(shuō)，這是一種維護(hù)系統(tǒng)內(nèi)易疲勞構(gòu)件的方法，可以維護(hù)和提高系統(tǒng)的可靠性或安全性，同時(shí)為系統(tǒng)用戶降低了系統(tǒng)運(yùn)行成本。
另一個(gè)目的是提供一種經(jīng)改善的確立易疲勞構(gòu)件的壽命極限的途徑。本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種便于檢測(cè)意外或非規(guī)定失效模式的易疲勞構(gòu)件的維護(hù)方法。本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種利用實(shí)時(shí)健全性監(jiān)測(cè)能力方便地延長(zhǎng)易疲勞構(gòu)件壽命的方法。還有一個(gè)目的是提供一種定量估計(jì)在構(gòu)件或產(chǎn)品(諸如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī))壽命周期期間各種維護(hù)方案的效用的工具。本發(fā)明的又一個(gè)目的是減少被迫拆下構(gòu)件的次數(shù)。
在這樣一種方法中可以達(dá)到上述一個(gè)或多個(gè)目的，這種方法利用在模擬一系列構(gòu)件運(yùn)行中的統(tǒng)計(jì)分布來(lái)預(yù)測(cè)在所假設(shè)的檢查程序的整個(gè)一段固定的時(shí)間增量?jī)?nèi)這些構(gòu)件的失效率。這些預(yù)測(cè)用來(lái)確定一個(gè)操作規(guī)劃，包括通過(guò)檢測(cè)出帶有失效跡象的構(gòu)件、在失效前除去這些構(gòu)件以保持可接受的失效率的檢查程序。這個(gè)檢查程序提供了從實(shí)際運(yùn)行得到的實(shí)際疲勞數(shù)據(jù)。隨著檢查數(shù)據(jù)庫(kù)的逐漸形成，結(jié)合這些數(shù)據(jù)修改模擬。然后，根據(jù)經(jīng)修改的模擬更新預(yù)測(cè)失效率和操作規(guī)劃。
具體地說(shuō)，可以達(dá)到上述一個(gè)或多個(gè)目的的在使用期間對(duì)易遭疲勞失效的構(gòu)件的維護(hù)方法包括下列步驟a)確定實(shí)際使用中易遭疲勞失效的一個(gè)給定構(gòu)件的出現(xiàn)疲勞跡象的概率分布和疲勞失效壽命的概率分布；
b)設(shè)定給定構(gòu)件的可接受運(yùn)行失效率；c)預(yù)報(bào)在一段第一時(shí)間增量期間將投入運(yùn)行的每個(gè)給定構(gòu)件；d)模擬在整個(gè)第一時(shí)間增量期間這些給定構(gòu)件的運(yùn)行和檢查情況，根據(jù)下列各項(xiàng)確定對(duì)這些給定構(gòu)件的一個(gè)可接受操作規(guī)劃1)出現(xiàn)疲勞跡象的概率分布和疲勞失效壽命的概率分布，2)在檢查任何一個(gè)給定構(gòu)件期間檢測(cè)到可檢測(cè)疲勞跡象的概率，3)所預(yù)報(bào)的在第一時(shí)間增量期間將投入運(yùn)行的構(gòu)件，以及4)可接受運(yùn)行失效率；e)將多個(gè)給定構(gòu)件投入運(yùn)行；f)按照操作規(guī)劃?rùn)z查投入運(yùn)行的給定構(gòu)件，以便1)收集運(yùn)行給定構(gòu)件中產(chǎn)生的疲勞數(shù)據(jù)，2)如果檢查期間檢測(cè)到其中有一個(gè)給定構(gòu)件有疲勞跡象，將這個(gè)給定構(gòu)件退出運(yùn)行，以防運(yùn)行失效；g)根據(jù)在檢查期間收集到的疲勞失效數(shù)據(jù)確定給定構(gòu)件的經(jīng)修改的出現(xiàn)疲勞跡象的概率分布和疲勞失效壽命的概率分布；h)預(yù)報(bào)在下一時(shí)間增量期間將投入運(yùn)行的每個(gè)給定構(gòu)件；i)重新模擬在整個(gè)下一時(shí)間增量期間這些給定構(gòu)件的運(yùn)行和檢查情況，根據(jù)下列各項(xiàng)確定對(duì)這些給定構(gòu)件的一個(gè)經(jīng)修改的可接受操作規(guī)劃1)經(jīng)修改的出現(xiàn)疲勞跡象的概率分布和疲勞失效壽命的概率分布，2)在檢查任何一個(gè)給定構(gòu)件期間檢測(cè)到可檢測(cè)疲勞跡象的概率，3)所預(yù)報(bào)的在下一時(shí)間增量期間將投入運(yùn)行的構(gòu)件，以及4)可接受運(yùn)行失效率；j)按照經(jīng)修改的操作規(guī)劃?rùn)z查投入運(yùn)行的給定構(gòu)件，以便
1)收集運(yùn)行給定構(gòu)件中產(chǎn)生的附加疲勞失效數(shù)據(jù)，以及2)如果檢查期間檢測(cè)到其中有一個(gè)給定構(gòu)件有疲勞跡象，將這個(gè)給定構(gòu)件退出運(yùn)行，以防運(yùn)行失效。
在一個(gè)實(shí)施方式中，這種方法還包括重復(fù)步驟g)至j)直到步驟i)指示為了達(dá)到這個(gè)可接受運(yùn)行失效率不再需要修改操作規(guī)劃為止的步驟。
在本說(shuō)明的附圖中

圖1為例示體現(xiàn)本發(fā)明的一種方法的流程圖；圖2為例示本發(fā)明中所采用的理論上描述一個(gè)構(gòu)件發(fā)生疲勞龜裂的分布的weibull積累概率函數(shù)的曲線圖；以及圖3為例示本發(fā)明中所采用的Monte Carlo模擬的流程圖。
本發(fā)明所提出的方法的流程圖示于圖1。如方框10所示，本方法的初始步驟之一是根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況確定一個(gè)易遭疲勞失效的構(gòu)件的出現(xiàn)疲勞跡象的概率分布和疲勞失效壽命的概率分布。另一個(gè)初始步驟是設(shè)置這個(gè)構(gòu)件的可接受運(yùn)行失效率，如方框12所示。此外必需對(duì)在第一時(shí)間增量期間將投入運(yùn)行的每個(gè)構(gòu)件作出預(yù)報(bào)，如方框14所示。這一步驟包括預(yù)報(bào)將有多少構(gòu)件投入運(yùn)行和將投入運(yùn)行的每個(gè)專用構(gòu)件的疲勞歷史和特性。如方框16所示，在初始步驟10、12和14之后，對(duì)這些構(gòu)件在整個(gè)第一時(shí)間增量期間的運(yùn)行和檢查情況進(jìn)行模擬，確定對(duì)這些構(gòu)件的可接受操作規(guī)劃。模擬是根據(jù)在方框10確定的出現(xiàn)疲勞跡象的概率分布和疲勞失效壽命的概率分布、在方框14確定的在檢查任何一個(gè)構(gòu)件期間檢測(cè)到可檢測(cè)疲勞跡象的概率和預(yù)報(bào)的在第一時(shí)間增量期間將投入運(yùn)行的構(gòu)件以及在方框12設(shè)置的可接受運(yùn)行失效率進(jìn)行的。操作規(guī)劃將包括一個(gè)檢查程序，還可以包括對(duì)于運(yùn)行這些構(gòu)件和有目標(biāo)地拆除、替換和修復(fù)這些構(gòu)件的指導(dǎo)。如方框18和20所示，將多個(gè)構(gòu)件投入運(yùn)行，按照操作規(guī)劃加以檢查。檢查用來(lái)收集由于運(yùn)行這些構(gòu)件而產(chǎn)生的疲勞數(shù)據(jù)，如果在檢查期間檢測(cè)到有一個(gè)構(gòu)件有疲勞跡象，就將這個(gè)構(gòu)件替換掉或退出運(yùn)行，以免發(fā)生運(yùn)行故障，如方框22所示。在方框24，根據(jù)檢查期間所收集的疲勞失效數(shù)據(jù)確定構(gòu)件的經(jīng)修改的出現(xiàn)疲勞跡象的概率分布和疲勞失效壽命的概率分布。此外，如方框26所示，對(duì)在下一時(shí)間增量期間將投入運(yùn)行的構(gòu)件作出預(yù)報(bào)。這個(gè)預(yù)報(bào)包括有關(guān)在方框18在當(dāng)前時(shí)間增量期間已投入運(yùn)行的新構(gòu)件和在方框22被除去或替換的構(gòu)件的信息。接著，如箭頭28所示，對(duì)這些構(gòu)件在整個(gè)下一時(shí)間段期間的運(yùn)行和檢查情況進(jìn)行重新模擬，根據(jù)在方框24確定的經(jīng)修改的出現(xiàn)疲勞跡象的概率分布和疲勞失效壽命的概率分布、在方框26確定的在檢查任何一個(gè)構(gòu)件期間檢測(cè)到可檢測(cè)疲勞跡象的概率和預(yù)報(bào)的在下一時(shí)間增量期間將投入運(yùn)行的構(gòu)件以及在方框12設(shè)置的可接受運(yùn)行失效率確定一個(gè)對(duì)這些構(gòu)件的經(jīng)修改的可接受操作規(guī)劃。然后，在每次迭代期間利用經(jīng)修改的操作規(guī)劃重復(fù)方框10、18、20、22、24和26所示步驟，直到步驟16指示為了達(dá)到可接受運(yùn)行失效率不再需要修改操作規(guī)劃為止。
下面通過(guò)將本方法用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的情況。然而，應(yīng)當(dāng)指出的是，本方法可以用于任何易遭疲勞失效的構(gòu)件，而不局限于用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，除非在權(quán)利要求中有具體說(shuō)明。
在一種為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)新設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子首次投入運(yùn)行使用時(shí)，本方法起初遵循傳統(tǒng)的安全壽命途徑。因此，規(guī)定具體的工作循環(huán)，確定各個(gè)熱動(dòng)態(tài)點(diǎn)，進(jìn)行必要的熱傳導(dǎo)和應(yīng)力分析，從而確立確定性最短預(yù)測(cè)壽命(即產(chǎn)生疲勞裂紋或其他疲勞跡象的最少工作循環(huán)數(shù))。此后，本方法就與安全壽命途徑不同，這最短壽命既不用作退役壽命，也不用來(lái)計(jì)算退役壽命。相反，經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于疲勞失效有一個(gè)統(tǒng)計(jì)分布，這個(gè)統(tǒng)計(jì)分布可以用weibull積累概率函數(shù)F(t)=1-e-(tη)β]]>很好表示。其中t為構(gòu)件的工作循環(huán)數(shù)；η為特征壽命，與平均失效時(shí)間成正比；而β表示分布的形狀參數(shù)，是weibull曲線的斜率。這斜率標(biāo)明了失效模式的類別，如早期失效(β＜1)，隨機(jī)失效(1＜β＜2)，以及衰老失效(β＞2)。
確定了一個(gè)構(gòu)件的最短壽命后，可以通過(guò)假設(shè)這個(gè)確定性最短預(yù)測(cè)壽命表示一個(gè)已知的出現(xiàn)概率，產(chǎn)生對(duì)于這個(gè)新部件的weibull分布。對(duì)于新的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，假設(shè)失效壽命服從正態(tài)分布，而確定性最短預(yù)測(cè)壽命確定了概率為0.135％的超過(guò)點(diǎn)(-3σ)。這一點(diǎn)起著確定所假設(shè)的weibull分布的作用，而通過(guò)這點(diǎn)的曲線的斜率起初根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定。在這些假設(shè)下，可以為任何構(gòu)件構(gòu)成理論上的出現(xiàn)疲勞跡象的分布，例如如圖2所示的出現(xiàn)疲勞龜裂的分布。weibull分析的詳細(xì)情況可參閱R.B.Abemethg,J.E.Breneman,C.H.Medlin和G.L.Reinman的“weibull分析手冊(cè)”(“weibull AnalysisHandbook”1983,U.S.Air Force AFWAL-TR-83-2079,AD# A143100)。
本方法的下個(gè)步驟是將預(yù)測(cè)的weibull分布用于Monte Carlo模擬。Monte Carlo技術(shù)采用概率分布，預(yù)報(bào)有多少轉(zhuǎn)子葉輪在運(yùn)行中將出現(xiàn)和擴(kuò)展裂紋而失效。Monte Carlo模擬考慮的有構(gòu)件使用時(shí)間，根據(jù)預(yù)測(cè)的weibull分布得出的裂紋出現(xiàn)率，裂紋增長(zhǎng)率，檢查率，檢查期間的檢測(cè)概率，以及新生產(chǎn)的轉(zhuǎn)子的投入運(yùn)行。總模擬流程圖例示于圖3。
由圖3可見，每個(gè)構(gòu)件和它當(dāng)前的相應(yīng)使用時(shí)間(循環(huán)數(shù)或小時(shí)數(shù))以直方圖形式輸入這個(gè)模型。算法用一個(gè)隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器為每個(gè)構(gòu)件根據(jù)各自所產(chǎn)生的分布指定一個(gè)裂縫發(fā)生時(shí)間和檢查間隔。為了確定實(shí)際失效壽命，這種模擬或者使用根據(jù)線彈性斷裂力學(xué)得出的裂縫增長(zhǎng)率和初始裂縫為0.032”的假設(shè)，或者使用一個(gè)統(tǒng)計(jì)失效分布，如weibull分布。
確定了裂縫發(fā)生、檢查和失效壽命后，就根據(jù)平均用戶使用率老化每個(gè)構(gòu)件一段規(guī)定的時(shí)間。隨著構(gòu)件的老化，對(duì)由weibull分布指定的壽命進(jìn)行評(píng)估，確定它的最終狀況。這最終結(jié)果是反復(fù)使每個(gè)構(gòu)件經(jīng)過(guò)隨時(shí)間發(fā)生的所有可能事件得出的。例如，在一個(gè)構(gòu)件到達(dá)所計(jì)算的檢查時(shí)間時(shí)，程序就對(duì)檢查進(jìn)行模擬，根據(jù)對(duì)于所使用的具體檢查類型的檢測(cè)概率確定是否發(fā)現(xiàn)裂縫。檢查概率曲線考慮了根據(jù)裂縫增長(zhǎng)率利用眾所周知的Paris規(guī)律得出的裂縫長(zhǎng)度以及檢查的系統(tǒng)誤差。如果發(fā)現(xiàn)一條裂縫，就除去這個(gè)構(gòu)件，加以研究和替換；否則，返回到運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，指定一個(gè)新的檢查時(shí)間。如果構(gòu)件在下次檢查前就達(dá)到了它的失效壽命，就預(yù)測(cè)在運(yùn)行中會(huì)失效。
模擬也可以設(shè)計(jì)成考慮通常構(gòu)件所存在的多種失效模式。具體地說(shuō)，在某些情況下，一種模式引起的裂縫可以按另一種模式擴(kuò)展。這些不同的模式可以利用復(fù)雜或簡(jiǎn)單的組合統(tǒng)計(jì)(如超幾何、二項(xiàng)式分布)定為相互獨(dú)立或相關(guān)的。這使機(jī)件的復(fù)雜失效特性可以用單個(gè)或一系列失效分布來(lái)模擬，而不必試圖對(duì)各種失效模式的物理失效機(jī)制進(jìn)行建模。這在例如高循環(huán)疲勞可以縮短低循環(huán)疲勞壽命的情況下是有用的。高循環(huán)疲勞機(jī)制的建模通常困難得多，而轉(zhuǎn)換后的失效率數(shù)據(jù)通常是可以得到的，或者能很方便地用比低循環(huán)疲勞壽命小許多的有限時(shí)間間隔(如工作很少的幾個(gè)小時(shí))來(lái)近似。
除了處理多種失效模式，Monte Carlo模擬可以包括各種預(yù)防性或校正性操作，可以在不同的模擬時(shí)間點(diǎn)引進(jìn)模擬，以評(píng)估它們的影響。這些操作的例子包括改變?cè)O(shè)計(jì)，用改換投入試驗(yàn)的新生產(chǎn)的單元的失效分布來(lái)模擬；縮短或增長(zhǎng)檢查之間的間隔；改變發(fā)動(dòng)機(jī)的操作程序，用根據(jù)對(duì)改變使用將怎樣影響限制壽命的那些部分的應(yīng)力的分析預(yù)測(cè)改變裂縫發(fā)生或失效分布來(lái)模擬；改變檢查方法；以及引進(jìn)構(gòu)件修復(fù)，用迫使該單元退出運(yùn)行而用一個(gè)零時(shí)間單元和新的裂縫發(fā)生或失效分布來(lái)代替。
因此，通過(guò)對(duì)每個(gè)構(gòu)件在一段規(guī)定的時(shí)間間隔上進(jìn)行模擬，就可確定有多少構(gòu)件將龜裂，有多少構(gòu)件將加以檢查，有多少龜裂的構(gòu)件將在檢查中發(fā)現(xiàn)，以及有多少構(gòu)件將失效和由于什么模式引起的。這模擬重復(fù)大量次數(shù)(10,00-100,000次)后加以平均。經(jīng)平均的結(jié)果于是用于指導(dǎo)對(duì)構(gòu)件的檢查程序。通常，轉(zhuǎn)子的運(yùn)行失效認(rèn)為是不可接受的。因此，如果經(jīng)平均的結(jié)果的模擬得出在這段時(shí)間間隔內(nèi)運(yùn)行失效超過(guò)0.5，那么可以對(duì)檢查程序進(jìn)行修改，以免出現(xiàn)這樣大的失效。通常，這可以縮短檢查程序的檢查間隔或改進(jìn)檢查過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)?；蛘?，為了防止這樣大的失效也可以采用除去高時(shí)間構(gòu)件和/或改變構(gòu)件的運(yùn)行情況。
為了驗(yàn)證分析中固有的基本假設(shè)和有利于及早檢測(cè)到有害的疲勞趨勢(shì)，希望能從檢查中收集到盡可能多的數(shù)據(jù)。在是一個(gè)新的發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，每個(gè)返回檢修車間的轉(zhuǎn)子在每一個(gè)時(shí)機(jī)都要加以檢查，例如在例行維護(hù)的車間巡視期間。檢查結(jié)果用來(lái)修改weibull分布。在假設(shè)的龜裂分布用實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)代替時(shí)，可以重新評(píng)估經(jīng)常性檢查的要求，如果得到分析的支持，可以延長(zhǎng)檢查之間的間隔，最后，分析過(guò)程可以全部根據(jù)實(shí)際檢查數(shù)據(jù)，從而可以使對(duì)周期性檢查的要求最佳化。
很可能檢查程序會(huì)揭示運(yùn)行中有多種失效模式，其中有一些可能在原始分析時(shí)沒有加以考慮。在這種情況下，可以將新的模式包括在Monte Carlo模擬內(nèi)，迅速產(chǎn)生更新的預(yù)報(bào)。此外，潛在的設(shè)計(jì)改變的可行性可以通過(guò)允許在車間巡視期間為各個(gè)構(gòu)件引進(jìn)新“固定”的失效分布加以評(píng)估。在一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)達(dá)到完全成熟時(shí)，實(shí)際失效率將很好地根據(jù)檢查程序確定。此時(shí)，就能精確地確定檢查準(zhǔn)則和退役極限，保證所要求的失效發(fā)生率，同時(shí)又充分利用機(jī)件。這種方法的一個(gè)相當(dāng)成功的情況的研究可參見1996年11月22日的遞交的共同未決臨時(shí)申請(qǐng)60/031,507，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容已列作本申請(qǐng)的參考。
權(quán)利要求
1．一種在使用期間對(duì)易遭疲勞失效的構(gòu)件進(jìn)行維護(hù)的方法，所述方法包括下列步驟a)確定實(shí)際使用中易遭疲勞失效的一個(gè)給定構(gòu)件的出現(xiàn)疲勞跡象的概率分布和疲勞失效壽命的概率分布；b)設(shè)定給定構(gòu)件的可接受運(yùn)行失效率；c)預(yù)報(bào)在一段第一時(shí)間增量期間將投入運(yùn)行的每個(gè)給定構(gòu)件；d)模擬在整個(gè)第一時(shí)間增量期間這些給定構(gòu)件的運(yùn)行和檢查情況，根據(jù)下列各項(xiàng)確定對(duì)這些給定構(gòu)件的一個(gè)可接受操作規(guī)劃；1)出現(xiàn)疲勞跡象的概率分布和疲勞失效壽命的概率分布，2)在檢查任何一個(gè)給定構(gòu)件期間檢測(cè)到可檢測(cè)疲勞跡象的概率，3)所預(yù)報(bào)的在第一時(shí)間增量期間將投入運(yùn)行的構(gòu)件，以及4)可接受運(yùn)行失效率；e)將多個(gè)給定構(gòu)件投入運(yùn)行；f)按照操作規(guī)劃?rùn)z查投入運(yùn)行的給定構(gòu)件；以便1)收集運(yùn)行給定構(gòu)件中產(chǎn)生的疲勞數(shù)據(jù)，2)如果檢查期間檢測(cè)到其中有一個(gè)給定構(gòu)件有疲勞跡象，將這個(gè)給定構(gòu)件退出運(yùn)行，以防運(yùn)行失效；g)根據(jù)在檢查期間收集到的疲勞失效數(shù)據(jù)確定給定構(gòu)件的經(jīng)修改的出現(xiàn)疲勞跡象的概率分布和疲勞失效壽命的概率分布；h)預(yù)報(bào)在下一時(shí)間增量期間將投入運(yùn)行的每個(gè)給定構(gòu)件；i)重新模擬在整個(gè)下一時(shí)間增量期間這些給定構(gòu)件的運(yùn)行和檢查情況，根據(jù)下列各項(xiàng)確定對(duì)這些給定構(gòu)件的一個(gè)經(jīng)修改的可接受操作規(guī)劃1)經(jīng)修改的出現(xiàn)疲勞跡象的概率分布和疲勞失效壽命的概率分布，2)在檢查任何一個(gè)給定構(gòu)件期間檢測(cè)到可檢測(cè)疲勞跡象的概率，3)所預(yù)報(bào)的在下一時(shí)間增量期間將投入運(yùn)行的構(gòu)件，以及4)可接受運(yùn)行失效率；以及j)按照經(jīng)修改的操作規(guī)劃?rùn)z查投入運(yùn)行的給定構(gòu)件，以便1)收集運(yùn)行給定構(gòu)件中產(chǎn)生的附加疲勞失效數(shù)據(jù)，以及2)如果檢查期間檢測(cè)到其中有一個(gè)給定構(gòu)件有疲勞跡象，將這個(gè)給定構(gòu)件退出運(yùn)行，以防運(yùn)行失效。
2．權(quán)利要求1的方法，所述方法還包括重復(fù)步驟g)至j)直到步驟i)指示為了達(dá)到這個(gè)可接受運(yùn)行失效率不再需要修改檢查程序?yàn)橹沟牟襟E。
3．權(quán)利要求1的方法，其中所述操作規(guī)劃包括一個(gè)檢查程序、運(yùn)行給定構(gòu)件的指導(dǎo)，以及給定構(gòu)件的至少是有目的拆除、替換和修復(fù)之一的指導(dǎo)。
4．一種在使用期間對(duì)易遭疲勞失效的構(gòu)件進(jìn)行維護(hù)的方法，所述方法包括下列步驟a)確定實(shí)際使用中易遭疲勞失效的一個(gè)給定構(gòu)件的出現(xiàn)疲勞跡象的概率分布和疲勞失效壽命的概率分布；b)設(shè)定給定構(gòu)件的可接受運(yùn)行失效率；c)預(yù)報(bào)在一段第一時(shí)間增量期間將投入運(yùn)行的每個(gè)給定構(gòu)件；d)模擬在整個(gè)第一時(shí)間增量期間這些給定構(gòu)件的運(yùn)行和檢查情況，根據(jù)下列各項(xiàng)確定對(duì)這些構(gòu)件的一個(gè)可接受檢查程序1)出現(xiàn)疲勞跡象的概率分布和疲勞失效壽命的概率分布，2)在檢查任何一個(gè)給定構(gòu)件期間檢測(cè)到可檢測(cè)疲勞跡象的概率，3)所預(yù)報(bào)的在第一時(shí)間增量期間將投入運(yùn)行的構(gòu)件，以及4)可接受運(yùn)行失效率；e)將多個(gè)給定構(gòu)件投入運(yùn)行；f)按照檢查程序檢查投入運(yùn)行的給定構(gòu)件，以便1)收集運(yùn)行給定構(gòu)件中產(chǎn)生的疲勞數(shù)據(jù)，2)如果檢查期間檢測(cè)到其中有一個(gè)給定構(gòu)件有疲勞跡象，將這個(gè)給定構(gòu)件退出運(yùn)行，以防運(yùn)行失效；g)根據(jù)在檢查期間收集到的疲勞失效數(shù)據(jù)確定給定構(gòu)件的經(jīng)修正的出現(xiàn)疲勞跡象的概率分布和疲勞失效壽命的概率分布；h)預(yù)報(bào)在下一時(shí)間增量期間將投入運(yùn)行的每個(gè)給定構(gòu)件；i)重新模擬在整個(gè)下一時(shí)間增量期間這些給定構(gòu)件的運(yùn)行和檢查情況，根據(jù)下列各項(xiàng)確定對(duì)這些給定構(gòu)件的一個(gè)經(jīng)修改的可接受檢查程序1)經(jīng)修改的出現(xiàn)疲勞跡象的概率分布和疲勞失效壽命的概率分布，2)在檢查任何一個(gè)給定構(gòu)件期間檢測(cè)到可檢測(cè)疲勞跡象的概率，3)所預(yù)報(bào)的在下一時(shí)間增量期間將投入運(yùn)行的構(gòu)件，以及4)可接受運(yùn)行失效率；j)按照經(jīng)修改的檢查程序檢查投入運(yùn)行的給定構(gòu)件，以便1)收集運(yùn)行給定構(gòu)件中產(chǎn)生的附加疲勞失效數(shù)據(jù)，以及2)如果檢查期間檢測(cè)到其中有一個(gè)給定構(gòu)件有疲勞跡象，將這個(gè)給定構(gòu)件退出運(yùn)行，以防運(yùn)行失效。
5．權(quán)利要求1的方法，所述方法還包括重復(fù)步驟g)至j)直到步驟i)指示為了達(dá)到這個(gè)可接受運(yùn)行失效率不再需要修改檢查程序?yàn)橹沟牟襟E。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在使用期間維護(hù)易遭疲勞失效的構(gòu)件的方法。這種方法在模擬一組構(gòu)件運(yùn)行情況中利用統(tǒng)計(jì)分布預(yù)測(cè)對(duì)于一個(gè)假設(shè)的檢查程序在整個(gè)一段固定的時(shí)間增量期間這組構(gòu)件的失效率。這些預(yù)測(cè)用來(lái)確定一個(gè)包括檢查程序在內(nèi)的操作規(guī)劃，它將通過(guò)檢測(cè)出具有疲勞跡象的構(gòu)件在失效前除去來(lái)維護(hù)可接受失效率。檢查程序提供從運(yùn)行中得到的實(shí)際疲勞數(shù)據(jù)。隨著檢查數(shù)據(jù)庫(kù)的擴(kuò)充，結(jié)合這些數(shù)據(jù)對(duì)模擬加以修改。然后，根據(jù)經(jīng)修改的模擬更新所預(yù)測(cè)的失效率和操作規(guī)劃。
文檔編號(hào)G06Q10/00GK1238848SQ97180144
公開日1999年12月15日 申請(qǐng)日期1997年11月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月27日
發(fā)明者唐納德·G·伊斯門, 理查德·L·俄爾金, 柏勒恩·郝 申請(qǐng)人:森德斯特蘭德公司