可靠性设计_-概述、机械强度可靠性、疲劳强度可靠性.ppt

机　械　可　靠　性　设　计　 ２、可靠性相关学科 １）可靠性物理－产品失效原因和机理 ２）可靠性数学－可靠性计算分析方法 ３）可靠性工程－可靠性分析、设计、试验、使用与维护 １）可靠性预测－根据产品失效数据分 析预测产品在对应所规定条件下、规定时 间内完成规定功能的概率． ２）可靠性分配－如何依据产品的可靠 性需求和指标，安排其内部零部件的可靠 性，保证产品可靠性达标． ６、可靠性设计的必要性 ７、可靠性设计相关基本概念和指标　 可靠性设计的随机变量 1）载荷：产品所承受载荷不是固定不变的，而是依某种规律变化的随机变量。 2）几何尺寸 3）材料机械性能：如强度等多数呈正态分布，有的呈对数正态分布或韦布尔分布。 　4）工况变化：环境与工作条件的变化 　5）其他不确定因素：如设计方法的改变，假设的变更，用户需求变更 随机变量统计数据的来源 1）真实情况的实测、观察 特点：真实，但耗费人、财、物力 2）真实情况的模拟测试 特点：数据真实性稍差，经济性则比第一种好，但仍然耗费很大。 3）对样件的专门试验 特点：数据不能完全反映真实情况需要修正。 　安全系数法（许用应力法） ２）基本出发点：认为强度δ是概率密度为g(δ)的随机变量，工作应力σ是概率密度为f(σ)的随机变量。通过对δ＞σ的概率分析计算得到产品的强度可靠度，进而可衡量产品是否强度可靠。 4）应力-强度均正态分布的可靠度计算 5）应力-强度均为对数正态分布的可靠度 考虑应力强度干涉的强度可靠性分析 机械强度可靠性设计过程　 疲劳强度可靠性设计　　 1、任务和目标： 　　在规定的寿命内和规定的使用条件下，保证产品不发生疲劳破坏的概率在给定值（可靠度）以上。 　　当应力与强度均为正态分布时，应力与强度的概率密度函数分别为： 令y=δ-σ,根据可靠度定义，可知强度δ大于应力σ的概率就是P(y0)。 因δ，σ均正态分布，故y也正态分布 ，其概率密度函数为： 对应的可靠度为： 在上式中令 当y=0 则 当y=∞ 可转化为正态分布的标准型 其中 ZR称可靠度指数 　通过对ZR的计算，依据ZR的取值通过对标准正态分布表的查询可以得到对应的可靠度 　依据应力-强度呈正态分布时，可靠性计算方法，对于应力-强度呈对数正态分布的情况可用类似方法得到其可靠度指数 6）应力为指数分布，强度为正态分布的可靠度 　其余应力-强度分布情况的可靠度计算公式见课本１９９页 例：某零件强度 　　μδ=180MPa，Sδ=22.5MPa， 　　工作应力 　　μσ=130MPa；Sσ=13MPa， 　　且强度和应力均服从正态分布，计算零件失效概率与可靠度。 解：计算可靠度指数ＺＲ 产品的强度可靠度就是 δ σ的概率P(δ - σ ＞0 ) 　　因为实际中存在强度和应力在概率分布上存在重叠的情况，既强度和应力之间存在干涉　 对于所有情况都适合吗？　 X 　　产品强度概率分布会随使用周期增长而向低偏移，出现强度和应力干涉 　应力-强度干涉模型　 　在干涉区（两概率密度曲线有重叠部分）虽然工作应力平均值μσ远小于 强度平均值μδ，但不能保证工作应力始终不大于极限应力 干涉区 对于干涉区中的点σ，以及其邻域 ［σ－dσ/2, σ+dσ/2 ］ 应力σ出现在区间［ σ－dσ/2, σ +dσ/2, ］内的概率为： Ｐ［（σ- dσ/2）≤σ ≤ (σ＋dσ/2)]=f(σ)dσ　 同时强度δ大于σ的概率为 如果σ，δ相互独立，则σ在干涉区且强度δ大于应力σ的概率为上述两概率乘积 若σ可随机取值则可对应得到可靠度为： 对应的失效概率为： 一、疲劳失效的机理 　　疲劳失效指产品工作一段时间后发生破坏而失效 　产品在交变应力的循环作用下逐渐断裂、破损 二、疲劳失效的特点 1）工作应力最大值小于产品屈服强度 2）失效在产品工作一段时间后发生 3）失效周期与应力大小有关，应力大，失效周期短；应力小，失效周期长 4）破坏断面上有光滑区和粗糙区 三、疲劳强度影响因素 1) 零件外形结构上的应力集中 在疲劳强度的分析计算中通过效应 　力集中系数kα加以体现 Kα=q(α-1)+1 α:理论应力集中系数 q：材料敏感系数 2)零件尺寸 　在疲劳强度的分析计算中认为它符合正态分布，用尺寸系数ε来度量, ε＝aε+b ε Z ε aε :尺寸的平均值 b ε ：尺寸的标准方差 Z ε ：与零件尺寸所呈现的正态分布对应的正态分布标准变量 3) 表面加工质量　　 　　由于产品的表面粗糙度因加工方法不同而不同,因此，在疲劳强度的分析计算中用表面质量系数β来