[发明专利]基于故障机理损伤累积模型的载荷共担行为建模与仿真方法

权利要求书

1.一种基于故障机理损伤累积模型的载荷共担行为建模与仿真方法，其特征在于：其包括以下步骤：

步骤一：联合使用功能相关门和故障机理促进门对载荷分配逻辑建模，建立故障机理累积模型；

步骤二：根据步骤一获得的故障机理累积模型，建立连续退化型故障机理累积模型，所述连续退化型故障机理引起的载荷是阶段性变化，将每一个载荷恒定的阶段作为一个子区间，在每一个子区间上损伤量连续递增；

步骤三：建立复合冲击退化型故障机理累积模型，将系统中的部件分成作为待分析故障对象的部件M和所述系统中的剩余部件N,当经过i次载荷变化后即时刻t_i，部件M分担的载荷低于载荷阈值时，则所述部件M任意时刻的损伤量就是所述时刻t_i之前的损伤量的累积；如果在t_i时刻载荷重新分配后，剩余部件N分担的载荷超过载荷阈值，则所述部件M在第i次冲击到来时立即失效；

步骤四：建立过应力型故障机理累积模型，判断过应力型机理和复合冲击型机理是否相似；

步骤五：利用二元决策图和故障机理树对整个系统进行建模；

步骤六：利用Matlab对机理模型和系统模型进行可靠性仿真，对整个系统的结构和功能进行分析，通过所建立的前述各故障机理的物理模型获取模型中的参数，获得所述部件M中各机理初始的寿命分布和损伤量曲线，考虑前述各故障机理之间的相关性后，得到所述部件M初始的寿命分布，并获得整个系统和所述整个系统所包含的子系统的可靠度曲线；

步骤一中建立故障机理累积模型的具体步骤为：

①由故障机理FM_j作用下部件M的寿命τ_j，得到机理的单位损伤量Δd_j，所述单位损伤量的表达式如下：

②由步骤①得到在一个任意小的区间(t_p-1,t_p]内，故障机理FM_j造成的损伤量d_p,j；

d_p,j＝Δd_p,j·(t_p-t_p-1)；

③计算在时刻t_l的总损伤量d_j(t_l)，将区间(0,t_l]分为若干个子区间，然后将每一个子区间的损伤量根据以下表达式进行累加，

其中，l为子区间的个数；

步骤三在建立复合冲击退化型机理累积模型时，包括以下两种方法：

①在经过i次载荷变化后即时刻t_i，部件M分担的载荷低于载荷阈值，则所述部件M任意时刻的损伤量的表达式如下所示：

其中，[B]_i×1为在每一个载荷大小下部件承受的载荷冲击次数，[B]_i×1＝[b₁ … b_p …b_i]，[A]＝[α₁ … α_p … α_i]为冲击强度系数，其定义为冲击载荷与单位冲击载荷的比值；

所述部件M的可靠度函数如下表达式所示：

L_i表示第i次冲击时的载荷大小，L_th是部件的载荷阈值；

②如果在t_i时刻载荷重新分配后，剩余部件N分担的载荷超过载荷阈值，所述部件M的可靠度函数如下表达式所示：

2.根据权利要求1所述的基于故障机理损伤累积模型的载荷共担行为建模与仿真方法，其特征在于：步骤二具体包括以下步骤：

利用下述表达式计算t时刻的总损伤量，

连续退化过程分为线性退化和非线性退化，如果连续退化过程为非线性退化，则在将各阶段的损伤量进行累加的时候，引入损伤率θ_j，然后利用下列表达式得到总损伤量：