[发明专利]一种运动机构的可靠性演化分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及可靠性预测与评估技术领域，尤其涉及一种运动机构可靠性演化分析技术。

背景技术

经典的可靠性定义为：产品在规定条件下、规定时间内，完成规定任务的能力。由此可见，可靠性是一个与时间密切相关的概念，脱离“时间”研究可靠性是无法保证产品安全的。尤其是对于运动机构，《NASASpaceMechanismsHandbook》指出，运动机构服役过程中，驱动力(矩)和阻力(矩)会受到诸多渐变损伤(包括磨损、疲劳、腐蚀、老化等)的影响而逐渐发生变化，由此而导致的耗损性故障已经在运动机构故障中占据了支配性的地位，是决定运动机构寿命可靠性的主要因素。另外，现代运动机构结构和功能原理复杂，影响因素多，且影响因素与渐变损伤过程之间存在耦合关系，对运动机构可靠性演化规律存在显著影响。因此，在运动机构可靠性演化分析过程中，必须考虑渐变损伤对运动机构功能退化的影响，以及影响因素与渐变损伤过程之间的耦合关系。

在可靠性分析方面，第201310751052.8号中国专利介绍了一种挖掘机提升机构的可靠性评估方法，该方法基于故障数据和贝叶斯方法，仅适用于已有实物试验数据的情况。第201410219063.6号中国专利提出了一种柔性机构动态可靠性分析方法，没有考虑渐变损伤的累积和耦合特性。第201310128348.4号中国专利基于宏观的性能退化数据来评估锂离子电池可靠性随时间的演化规律，但没有从失效机理的层面研究性能退化对可靠性演化规律的影响。论文《Stochasticapproachtokinematicreliabilityofopen-loopmechanismwithdimensionaltolerance》、《基于运动副磨损和原始误差影响的机构运动可靠性分析》等考虑运动副磨损损伤，研究了机构运动功能可靠度随时间的演化规律。但所考虑的影响因素较少，且对影响因素一概而论，不区分不同因素对机构可靠性的影响的区别，与机构实际使用情况存在较大差异。论文《考虑铰链运动副间隙的机构运动可靠性分析模型》将可靠性演化过程离散化，采用非时变可靠性方法计算机构在各个时刻的可靠度，以研究运动机构可靠性随使用时间的演化规律。实际上，运动机构在某一时刻的失效信息由“过去”失效事件累积而成，且随着失效事件的发生，尚未失效的产品的整体性能必然发生变化，因而不考虑某时刻之前的失效信息的累积，以非时变方法来处理可靠性演化问题是不合适的。论文《基于多因素耦合的机构可靠性仿真试验方法研究》提出了一种运动机构可靠性演化分析方法，但没有考虑机构渐变损伤过程与影响因素之间的耦合关系。

综上所述，针对运动机构可靠性演化分析的问题，虽然国内外学者已经进行了广泛而深入的研究，但现有方法尚存在如下不足之处：考虑因素较少、不考虑不同因素对运动机构可靠性影响的区别、不考虑渐变损伤和失效事件的累积效应、不考虑影响因素与渐变损伤之间的耦合效应和耦合机理等。因此，对于涉及多部位、多类型渐变损伤的复杂运动机构，现有方法无法如实反映运动机构功能可靠性随使用时间的演化规律。

发明内容

为克服现有技术中存在的不能如实反映运动机构功能可靠性随使用时间的演化规律的不足，本发明提出了一种运动机构的可靠性演化分析方法。

本发明的具体过程是：

步骤1：建立运动机构失效模式的功能函数：

采用FMECA方法获取运动机构的主失效模式，设该失效模式的影响因素包含：L个原始因素U，U＝(U₁,U₂,……,U_L)；M个耗损性使用因素V，V＝(V₁,V₂,……,V_M)；N个非耗损性使用因素W，W＝(W₁,W₂,……,W_N)。则建立其参数化的功能函数，如式(2)所示。

G(u,v,w)(2)

上式中，G为运动机构失效模式的功能函数。当G>0时，运动机构处于安全状态；当G≤0时，运动机构处于失效状态。

步骤2：抽取原始因素U的样本：

根据原始因素U的联合概率密度函数，采用MonteCarlo法抽取原始因素U的J组样本。设运动机构的设计可靠度为R_d，则仿真试验中需要的样本数量至少为J＝100/(1-R_d)。

抽取的原始因素U样本的表达式为：