人工智能技术在失效分析领域的应用

本文探讨了人工智能技术,尤其是机器学习和自然语言处理技术在失效分析领域的应用与发展趋势。失效分析是确保设备可靠性和安全性的重要手段,广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。传统的失效分析方法通常依赖专家经验,而人工智能技术凭借其强大的数据处理能力,与传统方法相结合,极大地提升了分析的精度和效率。在失效模式诊断方面,人工智能技术能够快速准确地识别各种故障模式,并提供精确的诊断结果;在失效原因诊断中,人工智能通过整合多种数据来源,揭示复杂的失效因素和潜在的因果关系,提升了诊断的可靠性;在失效预测方面,机器学习技术能够精确预测材料的寿命和强度,减少实验时间和成本;在失效预防方面,人工智能技术提供了新的思路,能够有效降低失效发生的风险,减少产品维护成本。本文还展望了人工智能技术在失效分析领域的发展前景,提出了在数据质量提升、模型优化、跨学科合作以及伦理与安全等方面的挑战与建议。

考虑极端天气冲击过程的风电机组竞争失效可靠性评估

针对风电机组的运行可靠性易受极端天气影响的问题,提出了一种考虑极端天气冲击过程的风电机组竞争失效可靠性评估方法。同时考虑风电机组自然退化、极端天气冲击导致的瞬时退化以及极端天气持续过程产生的加速退化,构建极端天气下的风电机组综合退化模型;考虑风电机组退化过程对其耐冲击性能的影响,建立风电机组竞争失效可靠度模型以评估风电机组可靠性;基于我国北方某风电场工程数据和极端天气历史数据评估了某2 MW风电机组的可靠性并进行了参数灵敏度分析。结果显示,到第5年时,仅考虑自然退化的方法评估风电机组可靠度为0.84,而考虑极端天气冲击过程的方法评估风电机组可靠度为0.178,后者更加符合工程实际。通过模型参数的灵敏度分析发现,运行时间超过3年后,退化失效开始逐渐影响风电机组的可靠性。

局部系泊失效下半潜式平台系泊韧性评估方法研究

半潜式平台系泊失效会引发重大安全问题,为研究局部系泊失效下半潜式平台系泊韧性水平,构建系泊失效至恢复全过程的平台性能水平曲线,并将系泊韧性量化为吸收、适应及恢复3部分。基于平台运动响应及恢复操作构建相应的韧性定量评估指标,并利用CRITIC(Criteria Importance Through Intercriteria Correlation)法进行赋权,进而得到韧性评估3层指标体系。以规则波作用下的南海某半潜式平台为实例,在ANSYS@AQWA TM中建立其数值模型以进行水动力计算,并运用构建的评估指标体系进行系泊韧性评估。结果显示:半潜式平台系泊韧性水平与吸收、适应和恢复能力具有一致相关性,且浪向对角线立柱下两根系缆同时失效时系泊韧性水平最高,同一立柱下两根系缆同时失效时系泊韧性水平最低。

基于条件生成对抗网络的无线传感网络多节点失效修复研究

当前主流的传感节点失效修复主要通过纠删码完成,修复后节点具有更高的空间利用率,但无法有效提升网络寿命。为此,提出基于条件生成对抗网络的无线传感网络多节点数据重构方法,完成失效修复。感知无线传感网络节点,对失效节点展开裁决,确定失效节点位置,并重构节点内数据;将获取的失效节点用于条件生成对抗网络(CGAN)框架中生成器与节点替换网络的训练,通过训练好的生成器,以失效节点为条件,生成未失效节点;为提升修复性能,使用粒子群算法寻优节点替换网络参数,完成节点重构数据置换,实现失效节点的有效修复。结果表明:利用所提方法进行修复时,能耗最高仅为17 J,剩余寿命最低可达到300 h,连通度最高可达到99.2%,具有较好的修复效果。

热管堆单根热管失效事故瞬态数值分析研究

热管冷却反应堆(热管堆)如果发生单根热管失效事故,可能会超过热管最大允许温度和功率并出现级联失效。本文以热管堆堆芯为研究对象,通过建立单根热管失效事故瞬态计算模型,利用ANSYS Mechanical APDL程序对不同工况单根热管失效事故进行了瞬态数值分析研究。结果表明:最恶劣工况是处于靠近外围热管失效的工况,基体最高温度为1314.16 K,芯块中心最高温度达到1352.49 K,热管最高工作温度为1149.84 K,均未超出容许工作温度限值,约123 s达到新的稳态;在最恶劣工况下,靠近中心的热管最高功率为83709.87 W,未超出热管传热极限范围,并能顺利达成新的稳态进行工作,不会有整体级联失效的风险。本文结果可为该堆型的设计提供热管失效事故的参考,并为堆芯结构设计奠定基础。

油气输送管道失效分析技术现状及研究进展

油气输送管道在长期服役过程中易出现失效问题并带来安全和经济风险。概述了油气输送管道的失效类型及特点,对失效分析技术现状及其研究进展进行了综述。将数字技术和智能化技术融入到传统的无损检验和断口失效分析中,大幅提高了常用失效分析技术的时效性和准确性;总结归纳了油气输送管道失效评估技术与计算机模拟分析技术的研究现状及进展,评述了其中的问题,指出了未来的发展方向。最后对油气输送管道失效预测预警新技术进行了展望。

退役锂离子电池失效机制研究进展

揭示锂离子电池失效机制,有助于分析对应的退役锂电材料特性,从而为“因材施策”优选最经济有效的退役锂离子电池回收路径提供理论支撑,是构建多策略梯级回收技术体系的重要依据。归纳总结现行研究发现的锂离子电池失效机制,分类探讨安全失效和性能失效的主要因素,结合锂电材料失效机制分析失效锂电材料的结构及成分变化,并基于材料失效特性讨论相应的退役锂电材料回收方法。最后,针对构建“失效机制-回收策略”互馈的退役锂离子电池多策略协同回收技术体系提出工作设想。

多失效模式与变量相关的管道失效概率预测

针对腐蚀管道多失效模式相互竞争、变量非独立的特点以及小失效概率预测效率低的问题,提出一种基于子集模拟法(SS)的腐蚀管道时变失效概率预测方法。基于泄漏与爆裂失效的极限状态函数,考虑泄漏与爆裂失效的竞争关系,构建管道竞争失效概率预测模型;使用Nataf转换方法描述模拟样本中缺陷深度与长度的相关性,提出考虑失效模式竞争性、变量相关性的腐蚀管道失效概率求解方法,并采用蒙特卡罗模拟(MCS)验证该方法;应用上述方法,探究缺陷深度和长度的弱相关性(相关系数0~0.3)对管道服役15年内失效概率的影响。结果表明:失效概率大于10-6时,使用该方法的计算结果与MCS计算结果基本相同,计算效率高于MCS,且可预测概率水平为10-12的极小概率事件;管道服役15年内,缺陷变量相关系数越大,管道爆裂失效概率越大,越早到达爆裂失效概率阈值年限;而随着相关系数的增大,泄漏失效概率越小,越晚达到泄漏失效概率阈值年限;在预测后期,相关系数增大对2种失效概率的影响均减弱。

液体钽电容失效分析

液体钽电容漏液会直接影响到电子设备长期可靠稳定工作,是钽电容应用过程中经常遇到的问题。基于此,从井下仪器电源板液体钽电容漏液失效故障入手,针对液体钽电容的失效原因开展了失效试验、失效检测与失效分析。首先,对试验样品施加周期性环境应力使其暴露故障;然后,通过5个阶段对试验样品进行检测与分析,确定液体钽电容漏液是由于外部应力导致其阳极密封结构有裂纹造成的。最后,针对液体钽电容的安全使用提出了建议。

基于数理统计和文本挖掘的埋地钢制燃气管道失效分析

近年来燃气管道事故频发,严重威胁周边人民群众生命财产安全。为准确认识埋地钢制燃气管道失效特征及致因,针对性开展风险管控,以某管道燃气公司2018—2021年共计1338条埋地钢制燃气管道失效记录为分析蓝本,采用数理统计方法分析失效总体趋势及管道敷设位置、压力等级、外防腐层类型、失效原因、管龄对应的失效特征;采用文本挖掘技术共计提取26项埋地钢制燃气管道潜在失效致因,通过词云可视化方式分析高频失效致因;构建失效致因共现网络探索不同致因之间的耦合关系,并根据特征向量中心性辨识主要失效致因。结果表明:中压庭院管道是风险管理的重点;腐蚀失效频次与管龄总体呈正相关,且从第4 a开始失效频次快速增长,在第19 a左右达到峰值;土壤腐蚀、防腐层破损、杂散电流、未安装阴极保护系统、管道服役年限较长、管体缺陷、防腐层老化和敷设环境发生变化是埋地钢制燃气管道失效主要致因,是风险管控的关键点。

采用Copula的齿轮多失效模式可靠性分析

首先,建立了齿面接触疲劳和齿根弯曲断裂两种失效模式的失效功能函数,并确定了两种失效模式中具有共同的影响因素。然后,利用Copula函数建立了考虑失效模式相关时的系统失效概率模型。最后,利用不同Copula模型对某齿轮箱的一对齿轮进行多失效模式下的可靠性分析,并与大样本下的蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)法进行对比。结果表明,样本量对Copula计算结果的稳定性和精度有重要影响,随着样本量的增加计算结果的稳定性和精度随之提高,但计算效率有所下降,且t-Copula最适用于本实例齿轮箱的多失效模式可靠性分析。

医疗失效模式和效应分析在医院国家集中采购药品管理流程中的应用

目的:分析和评价医疗失效模式和效应分析(healthcare failure mode and effect analysis,HFMEA)在医院国家集中采购药品(简称集采药品)管理中的应用效果,为推进国家集采药品高质量、精细化管理提供参考。方法:选取2023年1月—3月苏州市立医院(本部)推进度不佳的9种集采药品作为研究对象,通过成立HFMEA小组,分析集采药品的潜在失效模式和失效原因及其潜在影响,从而针对性制定相关管理措施。结果:开展HFMEA后,此前9种推进度较差的集采药品的月平均用量均明显增加,增长率最低的克拉霉素片的增长率为99.47%,而增长率最高的注射用帕瑞昔布钠的增长率为5400.00%;对筛选出的27项失效原因进行危害评分,结果显示,开展HFMEA后24项失效原因的危害评分均较前大幅下降(P<0.5),平均下降幅度为60.90%;调查显示,HFMEA开展后医生对集采药品及其政策的知晓度较前明显上升(78.72%vs 39.56%),而患者对集采药品的知晓度和接受度较前亦明显上升(70.54%vs 39.51%)。结论:开展HFEMA促使集采药品的签约、采购、使用整个流程得到持续改进,同时还提高了医生和患者对集采药品的知晓度和接受度。

锂离子电池失效分析研究进展

综述了锂离子电池失效分析流程、失效主要现象及原因、失效分析方法和主要失效原因,并对未来发展研究方向做出了展望。

硫化氢环境下老旧管道失效概率评价方法研究

老旧管道在服役过程中存在着失效风险,而影响老旧管道失效的因素有很多,在众多影响因素中硫化氢对管道产生的腐蚀损伤较严重。为解决受腐蚀损伤的老旧管道安全评估问题,文章建立了一种在硫化氢环境下老旧管道失效概率评价方法。以在硫化氢环境中使用了约20年的老旧集气管道为研究对象,采用蒙特卡洛法模拟管道服役过程中的动态压力和腐蚀损伤引起的剩余强度的变化,计算了单一腐蚀因素引起管道失效的概率,并通过正态分布概率给出管道使用的安全范围。研究结果表明:投运20年以上的含硫老旧管道在氢致开裂实验与应力腐蚀开裂实验中,均未发生开裂。根据模型计算得出,老旧管道依旧可以安全服役,但服役6年后失效概率超过0.5,需要进行整修工作,服役27年后,管道内腐蚀严重,剩余强度降到3.82 MPa,需要更换管道。通过模拟得到了失效概率与腐蚀缺陷和服役时间的关系,为老旧集气管道再服役提供理论依据和参考价值。

SiC JFET的短路失效模型及其失效机理研究

以SiC JFET作为短路失效研究的器件,基于Matlab/Simulink仿真软件,建立SiC JFET的短路失效模型,同时添加迁移率模型和沟道泄露电流,其中,迁移率模型考虑了场强和温度变化,泄露电流考虑了Ith、Idiff、Iav三种电流分量,使短路失效模型更优于以往JFET失效模型。使用TCAD半导体器件仿真软件拟合了在短路失效时SiC JFET内部沟道电流的比重分布和走向路径等情况。结果表明:SiC JFET短路失效的主要原因是温度的迸发式增长,产生大量热集中于漏源极沟道处,从而产生泄露电流。最后,在此基础上,探究了SiC JFET的重复应力短路退化现象,以此进一步研究JFET器件的短路失效机理。

基于失效数据统计的油气管道失效概率评估方法

油气管道失效概率评估作为管道风险评价的重要部分,其评估方法一直是研究的难点。针对已有油气管道失效概率评估方法的不足,基于PHMSA失效数据库综合从油气管道本体角度分析了油气管道发生失效的影响因素,建立了一套基于失效数据统计的油气管道失效概率评估方法,并且建立了包含十个定量指标的修正因子指标体系。定量指标根据失效数据库进行数据拟合,该方法可以结合管道特点进行具体分析,实现了对油气管道失效概率的评估。将该方法应用于具体管道可以获得各失效发生的概率,指导管道运营商针对该种失效采取风险消减措施。

先进制程芯片失效定位技术现状及发展

芯片工艺节点从2011年的28/22 nm、2015年的16/14 nm正向3/2 nm演进,晶体管的结构也由平面金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)转向立体的鳍式场效应晶体管(FinFET)。失效定位是芯片失效分析中承上启下的关键一步,随着芯片工艺制程的减小、晶体管结构的转变,传统失效定位技术在定位精度上已不能满足需求。为适应市场变化,先进制程芯片的失效定位技术也有了对应的发展和突破。重点介绍了先进制程芯片中常见的电子、光学失效定位技术,通过原理、案例明确各种技术的优缺点及优先适用的失效模式,并对未来的定位技术发展进行了展望。

耐蚀涂层失效监测方法及失效机制研究进展

有机涂层在光照、污染大气、盐雾和温湿交替等因素作用下,会发生降解及老化,导致涂层脱黏甚至剥离。因此有必要采取各种监测手段实时或定期检测涂层的防护状态,评价其老化程度,为涂层的预防性维修提供指导。此外,为了提高涂层的耐候性能,还需弄清涂层的失效机制,揭示涂层老化过程的微观动力学过程以及相关的影响因素,为提高涂层耐久性提供指导。首先简要介绍了几种涂层老化监检测方法,并基于涂层失效在线监测技术介绍了几种涂层寿命预测模型,包括加速因子法、曲线拟合法以及基于大数据分析的寿命分布模型和神经网络模型等,并评述了多种试验和理论模拟等手段在涂层老化机制研究中的运用。总结了当前涂层失效在线监测研究中的不足,并对涂层无损监测技术在涂层寿命与维修周期精确评估等方面的应用前景进行了展望。

胺液净化中离子交换树脂的失效与再生研究

离子交换法常被应用于胺液净化领域,但是在低碱液浓度下部分离子交换树脂难以再生,存在失效的问题。利用SEM、EDS、FT-IR和XPS等手段对树脂的失效原因进行分析,并利用电再生的方法对失效树脂的再生进行了探究。实验结果显示,树脂净化胺液前后的骨架和功能基团并未改变,但是硫元素的质量分数显著提升,结合S 2p光谱存在162.2 eV和163.4 eV 2个分裂峰,说明树脂失效的主要原因是吸附的硫离子难以解吸;对失效树脂施加电再生时树脂的交换容量提升了3.6倍,吸附的硫元素质量分数下降了57.5%,表明电再生的方式可以提高树脂的交换容量和树脂内硫离子的解吸程度。

小样本情形集中供热系统元件失效率估计方法研究

对国内3个典型城市集中供热系统失效事件进行了调查统计,并对元件失效率进行了估计。针对直接估计模型存在的限制,引入了Bayes(贝叶斯)理论,融合历史信息,提出了一般Bayes模型和分层Bayes模型。比较了3种模型的精度,管道、阀门和补偿器3类元件的分层Bayes模型精度分别为0.31、0.32、0.29,在3种模型中精度最高;最终通过改变样本量,得出3种模型精度随样本量增加均呈现上升趋势,且相互差距逐渐缩小,验证了Bayes模型在小样本情形的适用性。