[发明专利]恶劣环境下基于渐变阈值的竞争失效可靠性模型建立方法

说明书

本发明公开了一种恶劣环境下基于渐变阈值的竞争失效可靠性模型建立方法，针对恶劣环境下动力机械产品工况较为复杂的特点，细化产品所经历的冲击过程，除了在模型建立中引入软失效渐变阈值外，综合考虑了影响性能退化过程的各种影响因素，实现竞争失效过程的多阶段表述，以期更好地描述整个产品失效过程。引入冲击损伤与密集冲击的概念对传统冲击模型进行改进，利用斯蒂尔杰斯积分解决了冲击到达时间不易引入可靠度模型的问题，并提出了基于冲击损伤的极值冲击竞争失效模型与考虑密集冲击的冲击竞争失效模型，本发明建立的模型可以较好的描述竞争失效过程，具有一定的适用性与实际意义。

技术领域

本发明涉及可靠度评估领域，特别是一种恶劣环境下基于渐变阈值的竞争 失效可靠性模型建立方法。

背景技术

在现有研究中，描述退化过程的模型有退化轨迹模型与随机过程模型两类。 描述冲击过程的模型则需要根据冲击特点与被分析产品固有性质的不同进行选 取。产品的失效被认为是产品性能的自然退化过程与冲击导致的突发失效相互 竞争的结果。

竞争失效理论认为自然退化过程与冲击过程之间存在相互影响。首先，产 品经历的冲击过程会加速产品退化。Rafiee提出的退化模型将退化速率分为两阶 段，并设定了触发退化率变化的冲击阈值。一旦冲击过程满足该阈值，产品退 化率就会升高，致使退化过程进入第二阶段。Fan认为越来越密集的冲击是加速 产品退化的原因。Gao等根据退化量和退化速率两种不同的模式来考虑竞争失效 建模，分别认为冲击会造成退化量激增、冲击会导致退化速率的升高，提出了 两种可靠性模型。现有的建模过程，学者们普遍认为退化量激增与退化率的提 升是加速产品退化的两种主要方式，但对于在建模过程中，如何综合考虑这两 种方式的影响的问题，现有研究并没有太多讨论。

此外，也有不少学者认为处于竞争失效模式下的产品也会发生阈值的变化。Jiang等认为冲击会使产品抵抗硬失效的能力降低，表现为硬失效阈值的下降。 Huang则分析了性能退化量大小对硬失效阈值的影响，结果表明考虑失效阈值的 可变性可以有效提高可靠性评估精度。在产品服役过程中，产品软失效的发生 往往同时受到磨损、腐蚀、疲劳、氧化、老化等多种因素的影响。Lei等论述了 冲击导致产品刚度退化，进而影响最终裂纹扩展程度标准的情况。可见产品在 退化量累积的同时，判定自然失效的标准也在不断改变，所以必须将软失效阈 值作为一个变量引入建模过程中。而现有研究中，往往讨论软失效过程影响硬 失效阈值，鲜有关于软失效阈值变化的讨论。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种恶劣环境下基于 渐变阈值的竞争失效可靠性模型建立方法，能够较好地描述竞争失效过程。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种恶劣环境下基于渐变阈值的竞争失效可靠性模型建立方法，包括以下 步骤：

针对恶劣环境下的动力机械产品工况，建立基于极值冲击损伤的竞争失效 可靠性模型和考虑密集冲击的冲击竞争失效可靠性模型，获得基于极值冲击损 伤的竞争失效可靠性模型和考虑密集冲击的冲击竞争失效可靠性模型的总体可 靠性函数。

进一步地，所述建立基于极值冲击损伤的竞争失效可靠性模型的具体步骤 包括：

选用退化轨迹模型来描述动力机械产品的自然退化过程，式中代表初始退化量，β代表产品退化率，除自然退化过程外，动力机械产品会受到 外界冲击，冲击总体服从强度为λ的泊松过程，只有当冲击造成的损伤量超过阈 值L时，该冲击才被视为会对产品产生影响的有效冲击；有效冲击除了会引起性 能退化过程中的退化量激增外，还会引起软失效阈值下降、产品退化率升高， 当产品总退化量X_s(t)超过阈值D(t)时称产品发生软失效；