一種基于隨機過程的磨損可靠壽命預(yù)測技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及磨損壽命預(yù)測與可靠性設(shè)計領(lǐng)域，具體地說是一種基于隨機過程的磨 損可靠壽命預(yù)測技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 因摩擦而導(dǎo)致的磨損失效是機械產(chǎn)品的三大失效模式之一。據(jù)統(tǒng)計，在武器裝備 中，零部件損壞的表現(xiàn)形式最為突出的形式之一是磨損。在武器裝備中所有接觸且具有相 對運動的兩個零件之間，磨損無時無刻在發(fā)生。特別是地面武器中，由于其使用環(huán)境惡劣、 復(fù)雜，許多零部件先后出現(xiàn)不同程度的磨損，有的產(chǎn)生松動，引發(fā)噪音等;有的影響裝備使 用性能;有的甚至斷裂，致使系統(tǒng)癱瘓。如裝甲車輛行動系統(tǒng)中的履帶銷、傳動系統(tǒng)的齒輪， 火炮的內(nèi)膛、節(jié)制環(huán)等，經(jīng)常發(fā)生磨損。
[0003] 在磨損過程中，有許多影響失效的不確定因素，如摩擦副材料性能參數(shù)的隨機分 布、載荷的隨機變化等。正是因為這些不確定因素，通過摩擦學設(shè)計成一定壽命的一批構(gòu) 件，其失效時間是分散的。影響磨損失效的因素不確定性越大，其失效時間的分散性越嚴 重。可靠是相對失效而言，失效又意味著不可靠。故本方法主要從可靠性的角度，研究磨損 失效時間的預(yù)測技術(shù)。磨損量作為評價磨損最主要的隨機變量，但磨損現(xiàn)象極為復(fù)雜，影響 因素眾多，導(dǎo)致每一個時刻磨損量的分布都可能在變化，而且稍微改變其中某一參數(shù)都可 能改變摩擦和磨損特性，難以通過常規(guī)的數(shù)理統(tǒng)計方法準確表達，這給磨擦學工作者精確 預(yù)測磨損壽命帶來較大的困難。隨機過程被認為是概率論的"動力學"部分，研究的對象是 隨時間演變的隨機現(xiàn)象，側(cè)重于研究變動隨機模型的過程，適合于評價較為復(fù)雜的隨機 量--磨損量。失效機理即失效的物理、化學變化本質(zhì)，也即失效的內(nèi)因或內(nèi)在本質(zhì)。從磨 損的內(nèi)因和本質(zhì)，研究產(chǎn)品為什么磨損失效，以建立評估磨損的隨機模型。
[0004]從磨損機理出發(fā)，尋找失效規(guī)律，利用機械可靠性設(shè)計分析方法，研究基于隨機過 程的磨損量統(tǒng)計特性，合理借助實驗數(shù)據(jù)，提出建立磨損量隨機模型的通用方法，并研究磨 損失效時間預(yù)測技術(shù)，使工程人員在設(shè)計階段能較準確預(yù)測出產(chǎn)品磨損失效的時間，盡早 發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，減少后期的〃回溯性〃更改次數(shù)，降低研制費用，為解決武器裝備研制中存在 的磨損問題提供技術(shù)支持。
[0005]磨損的可靠性問題已經(jīng)成為部分重大型號和國防裝備的技術(shù)瓶頸，現(xiàn)有重大型號 也都在尋求可起替代作用的預(yù)備方案，以提高系統(tǒng)的可靠性。如何準確地預(yù)測何時裝備磨 損失效，是目前急待解決的問題之一。目前，從公開研究資料分析表明，國內(nèi)對武器裝備磨 損專門開展的研究工作不多。盡管已有的摩擦學成果可用于武器裝備，但存在不少問題，如 裝甲車輛行動系統(tǒng)的履帶銷磨損量分布怎么統(tǒng)計、發(fā)動機配氣機構(gòu)磨損參數(shù)的分布特性如 何確定等，至今未有理想的答案。為此，急需研究一套預(yù)測裝備磨損失效時間的技術(shù)和方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種基于隨機過程的磨損可靠壽命預(yù)測技術(shù)，從磨損機理出 發(fā)，尋找失效規(guī)律，利用機械可靠性設(shè)計分析方法，研究基于隨機過程的磨損量統(tǒng)計特性， 并研究磨損失效時間預(yù)測技術(shù)，主要包括4個步驟：
[0007] 1)建立磨損隨機過程模型；
[0008] 2)利用模糊數(shù)學建立許用磨損量的隸屬函數(shù)；
[0009] 3)建立磨損可靠度模型；
[0010] 4)建立磨損可靠壽命預(yù)測模型。
[0011] 本發(fā)明的特點是：
[0012] 1)引入隨機過程因子，建立了基于磨損機理的失效時間預(yù)測模型。首次通過磨損 經(jīng)驗公式中引入隨機因子，建立磨損隨機過程模型，較傳統(tǒng)試驗方法而言，能有效減少試驗 的樣本量?？紤]磨損因素的隨機性，能夠獲取磨損動態(tài)隨機過程。所有磨損隨機過程模型均 可給出任意時刻的磨損分布或特征值。
[0013] 2)提出了基于模糊數(shù)學的磨損失效判據(jù)的確定方法。能夠描述磨損由完好到故障 的漸變失效行為，通過模糊數(shù)學分析可以判別其在某種程度上是屬于安全或失效，打破了 傳統(tǒng)的以許用磨損量為臨界點的剛性約束。
[0014] 3)能夠考慮因素的隨機性及磨損的漸變行為，充分考慮磨損量分布的統(tǒng)計特性， 給出磨損可靠壽命的預(yù)測方法，方法可行，具有較強的實用價值。
【附圖說明】
[0015] 圖1:本發(fā)明的流程圖；
[0016] 圖2:磨損隨機過程模型建模流程圖；
【具體實施方式】
[0017] 如圖1所示，本發(fā)明所述一種基于隨機過程的磨損可靠壽命預(yù)測技術(shù)，主要包括以 下步驟：
[0018] 1建立磨損隨機過程模型，具體流程如圖2所示：
[0019] 工程上，用于定量計算的磨損確定性公式通常有兩大類，一類是根據(jù)磨損機理推 導(dǎo)的公式，另一類是對實驗數(shù)據(jù)線性、非線性回歸的函數(shù)關(guān)系式。那么，這一類公式，對于磨 損率均有一般表達式：
[0021 ] 式中，xl、x2、···、xn為磨損因素，如載荷、速度、表面硬度等，ki、k2、···、km為系數(shù)，t 為廣義時間，可表示磨損時間或行程，W(t)為t時刻的磨損量。
[0022] 考慮到實際工程中磨損因素一般具有一定的分散性，那么，將顯著分散或?qū)δp 量相對敏感的部分因素看作隨機變量，即：式中^1、12、一^、1^1、1?、"_、1^為隨機因素（；[< n，j Sm)，其余為確定性因素。
[0023] 由于影響磨損的因素非常多，遠超過經(jīng)驗公式中的參量個數(shù)，這就造就了試驗數(shù) 據(jù)與磨損經(jīng)驗公式計算數(shù)據(jù)之間的波動(或誤差），而且這個波動是隨時間動態(tài)變化，故引 入隨機過程因子來描述磨損過程。
[0027] 式中，δ(〇、X(t)為隨機過程因子。假定磨損因素是相互獨立，由于磨損因素非常 多，根據(jù)大數(shù)定律，多個隨機變量之和服從正態(tài)分布，則任意時刻