随机恒幅循环载荷疲劳可靠度异量纲干涉模型

用于与时间无关的失效模式(例如静强度失效)的失效概率或可靠度计算的'应力—强度干涉模型'已很成熟,但要将干涉分析的概念与方法应用于与时间相关的失效模式(例如疲劳、磨损和腐蚀等)还存在许多困难,即使对于存在不确定性的恒幅循环载荷下的疲劳可靠性问题,目前也还没有像静强度应力—强度干涉模型那样简单、直接、有效的方法及数学模型。在概率统计平均的意义上重新解释传统的两个随机变量干涉分析的基本概念及模型,将干涉模型解释为载荷加权平均模型。具体地讲,就是将应力—强度干涉模型解释、拓展为强度超越(载荷)概率的(载荷)统计加权平均模型,或给定应力下的条件失效概率的随机载荷加权平均模型。这样,传统上只能应用于相同量纲随机变量(例如应力与强度)的干涉模型就可以拓展应用于具有不同量纲随机变量(例如应力与寿命)的情形,例如随机载荷下的疲劳失效概率(寿命小于指定值的概率)或可靠度(寿命大于指定值的概率)计算。应用这样的模型,可以很方便地根据几个确定性恒幅循环载荷下的疲劳寿命分布,预测随机恒幅循环载荷作用下的疲劳失效概率或可靠度。

具有不确定性的恒幅循环载荷疲劳可靠度异量纲干涉分析方法

在概率统计平均的意义上重新解释传统的两个随机变量干涉分析的基本概念及模型,将干涉模型解释为载荷加权平均模型。具体地讲,是将应力—强度干涉模型解释、拓展为强度超越载荷概率的(载荷)统计加权平均模型,或作为应力水平函数的条件疲劳失效概率的载荷统计加权平均模型。这样,传统上只能应用于相同量纲随机变量(例如应力与强度,或载荷循环数与疲劳寿命)的干涉模型可以拓展应用于具有不同量纲随机变量(例如应力与寿命)的情形,即具有不确定性的循环载荷下的疲劳失效概率(寿命小于指定值的概率)或可靠度(寿命大于指定值的概率)计算。应用这样的模型,可以很方便地根据几个确定性恒幅循环载荷下的疲劳寿命分布预测具有不确定性的恒幅循环载荷作用下的疲劳失效概率或可靠度。文中还证明,先由寿命分布推导给定寿命下的疲劳强度分布,再根据应力—强度干涉模型计算可靠度的传统公式本质上与文中提出的统计平均模型是一致的。

复杂结构件疲劳可靠性模型与评估技术研究

为了评估复杂结构件在随机载荷作用下的疲劳可靠性,将含有多个疲劳细节的复杂结构件看作由多个只含有单一疲劳细节的单元构成的串联系统,在不做各个疲劳细节失效独立假设的前提下,根据疲劳可靠性异量纲干涉模型,提出了一种从系统层级上直接建立的复杂结构件疲劳可靠性模型。以某型列车枕梁为例,展示了随机载荷历程下含多个疲劳细节结构的疲劳可靠性预测方法及流程,并对其疲劳可靠性进行了分析。结果表明:在随机载荷作用下,提出的模型考虑了复杂结构件中疲劳细节之间失效的统计相关性,计算出的列车枕梁服役30年后的可靠度约为0.90,相比之下,传统的系统可靠性模型计算的可靠度偏于保守。

考虑共因失效的折叠翼展开机构可靠度分析

共因失效问题是系统可靠性研究的重要内容之一,而在目前的机构运动可靠性分析中往往忽略了共因失效效应。由于影响机构运动的外部因素(载荷)与机构运动参量(运动所需时间)是不同量纲的物理量,因此目前还没有类似于"应力-强度"干涉模型这样简单有效的机构可靠度模型。通过试验与仿真相结合的方式建立折叠翼展开机构虚拟样机,并用Monte-Carlo仿真方法验证了多组折叠翼展开机构组成的系统存在共因失效现象,提出一种新的考虑共因失效效应的机构系统可靠度模型。新模型根据概率统计平均的意义重新解释了两个随机变量干涉分析的基本概念,并将其拓展为给定风速下的折叠翼展开机构条件可靠度的随机风速加权平均模型,从而得到单个折叠翼可靠度计算模型。又因为在确定的风速下系统中各折叠翼展开时间为独立同分布随机变量,将系统中各折叠翼条件可靠度在全部可能的风速范围内进行统计平均即可得到机构系统可靠度模型。算例分析表明新模型可以在考虑共因失效的条件下精确计算展开机构系统可靠度,并且在应用时只需要得到几个确定性风速下展开时间的分布来预测系统可靠度,便于工程应用。