第1章 可靠性与风险分析概述.pptVIP

风险 风险(risk)包括危险(hazard)及其发生的可能性大小这两方面的信息。风险分析是为了回答以下问题： １.有什么危险？ ２.危险发生的可能性有多大？ ３.危险出现的后果是什么？ 概率风险分析的范围 L1 系统分析 L2 系统、扩散(containment)分析 L3 系统、扩散、后果(consequence)分析 不确定性－为了实际应用，不得不偶尔涉足基本原理(philosophy) 概率－经典解释、频率解释、主观解释 不确定性－偶然不确定性、认识不确定性、参数不确定性、模型不确定性、意志不确定性 概率的不确定性 维修性、有用性 机械产品一般是可维修的，要使一台设备发挥更好的作用，不仅要求在单位时间内出现的故障次数少，故障间隔时间长，而且要求维修时间短。 产品的能工作时间与总时间之比称为产品的有效性，产品的有效性是指可修产品维持其功能的能力。 1.3 可靠性学科发展现状 国际著名可靠性专家O’Connor指出，目前“大多数已经被发展并且由可靠性和质量专家使用的方法都是容易误导(misleading)和无效的(un-effective)”。这一论断虽然会让很多人感到意外，但的确是在一定程度上反映了目前国际上可靠性理论与方法的发展水平与应用现状。 还有文献也指出，当代的研究者应当以批评的观点去审视上世纪八、九十年代可靠性的发展趋势，尤其要明确什么是理论模型与实际系统之间的差异，怎样去消除它？当代工程系统所面临的挑战是什么？同时强调了在可靠性问题中深入研究载荷环境、失效机理、时间相关等问题的重要性、必要性与复杂性。 可靠度计算 零件可靠度＝“强度＞应力”的概率 若应力为确定性量　　，显然有 在应力与强度均为随机变量的情况下，可以定义作为应力随机变量的函数的零件的条件可靠度如下 　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　 相应地，可靠度公式 　　　　　　　　　　　　　　　 回顾 对于随机变量x的函数y=g(x),有如下的均值计算公式 或 式中，fy(y)为随机变量y的概率密度函数。 Introduction-Failure rate “零件的缺陷可以通过其强度分布特征反映出来” 零件投入使用的初期失效率下降的规律也是由载荷-强度干涉关系确定的。 在不考虑强度退化的条件下，一个零件一旦经受了某一水平的载荷而没有失效，就意味着其强度大于该载荷。因此，这个零件永远不会在不大于该水平的载荷作用下失效。换句话说，这个零件只可能在大于曾经经历过的载荷水平上失效。 对于一个平稳随机载荷历程而言，随着载荷作用次数的增加，单位时间内出现更大载荷的概率逐渐减小，失效率也自然就随着载荷作用次数的增加而降低。 动态应力-强度干涉分析与失效率函数模型 Introduction 失效率通常是借助于以时间为量纲的寿命分布进行描述的。 至于机械零件的典型失效机理，例如变形、断裂、疲劳等，载荷历史或载荷作次数是比时间更直接的物理量。 例如，传统上计算机械零件可靠度 R 的应力-强度干涉模型计算的是载荷一次作用情况下可靠度： Introduction-Component reliability 对于载荷多次作用的情形，零件可靠度计算公式为 次序统计量与失效率函数方程 由于零件性能及载荷环境不同，不同零件的失效率函数也大不相同。 零件失效是应力大于强度的反映，零件的失效概率和失效率都应该能够根据应力分布与强度分布计算出来。 借助于次序统计量的概念，失效概率模型及失效率与载荷作用次数的关系都更容易表达。 Failure Rate Function n个来自同一母体的样本 Y1, Y2, …, Yn，可以看作是彼此独立的随机变量。该样本的次序统计量Y(k)表示从小到大排列的第 k个样本值。 由概率论可知，若母体的概率密度函数为 g(y)，累积分布函数为 G(y)，则最大次序统计量 Y(n)的概率密度函数为： 应用次序统计量，载荷作用 n 次时的失效概率/可靠度可以表达为 根据定义，在时刻 t 或第 n 次载荷 Ln 之后的失效率，是在 t 或前 n 次载荷作用下没有失效的产品，在时间 t 之后的单位时间内或载荷 Ln+1作用时的失效概率。 为了根据载荷-强度干涉关系计算失效率，首先需要知道在时刻 t 或第 n 次载荷 Ln 作用后仍存活的产品的强度分布 fs(s)。由此，失效率函数可以表示为 通过修正初始强度概率密度函数（以保持其概率之和为1），载荷作用 n 次仍存活的产品的强度概率密度函数为 如前所述，n 次载荷中的最大值 xn 也是一个随机变量，可以用最大次序统计量表示，因此有以下失效率方程