[发明专利]基于故障行为的航空机电产品可靠性建模与分析方法

说明书

本发明提供一种基于故障行为的航空机电产品可靠性建模与分析方法，其包括以下步骤：S1、产品功能性模型的建模；S2、故障模式及影响因素分析；S3、故障影响因素分布规律建模；S4、零组件耗损退化规律建模；S5、对模型进行接口集成及验证；S6、对功能可靠度以及性能可靠度进行分析。本发明基于故障行为模型描述机电产品的故障耦合规律，能够分析多个零件相关失效导致的产品级性能退化，相比于以往多个零件失效相互独立的假设，可以更准确的发现机电产品的可靠性设计薄弱环节。

技术领域

本发明涉及机电产品可靠性与寿命预测领域，具体地涉及一种基于故障行为的航空机电产品可靠性建模与分析方法。

背景技术

航空机电产品是指航空装备中使用的既包含机械部件又包含电子电气部件，同时具有高度耦合特征的产品，主要类别包括作动类(作动器、舵机等)、泵类(电动泵、燃油泵等)等，机电产品广泛用于飞机主要机载系统中，其性能与质量可靠性直接关系到航空装备的飞行安全、技术性能及作战能力。随着航空机电产品日益综合和复杂，并且具有失效模式复杂、失效相关性强等特点，由于对机电设备内部的故障规律缺乏研究，现阶段机电产品可靠性分析主要存在以下三个方面问题：

一、机电产品故障机理复杂，具有显著的故障相关性，国内对于机电产品内部的故障规律缺乏研究；

二、机电产品可靠性建模困难，传统基于零件失效独立假设的可靠性建模方法不再适用；

三、机电产品可靠性具有显著的时变特性，目前只能基于手册对机电产品可靠性进行粗略预计，缺少有效的可靠性分析手段。

由于以上问题，现有的机电产品可靠性分析方法难以解决航空装备高可靠设计的要求，造成现阶段航空机电产品普遍存在寿命与可靠性设计验证不足、较多的可靠性设计缺陷难以发现、外场故障频发、指标实现困难等问题，成为影响装备研制的掣肘。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于故障行为的航空机电产品可靠性建模与分析方法，在产品功能性能建模的基础上，将导致产品功能失效或性能退化的内、外因素进行集成建模，并通过接口与产品性能模型进行集成，构成性能与可靠性集成模型，即产品的故障行为模型。然后基于该模型可以直接在产品整机层面上进行产品故障及性能退化规律分析，同时考虑尺寸公差、载荷波动、材料性能波动、零组件耗损退化等因素与产品性能的综合影响，更准确地描述机电产品故障行为及可靠性时变特性，实现更准确的可靠性建模与分析。

具体地，本发明提供一种基于故障行为的航空机电产品可靠性建模与分析方法，其包括以下步骤：

S1、产品功能性模型的建模，具体包括以下子步骤：

S11、将机电产品的性能分为动力学性能以及机电液多学科性能；

S12、确定产品功能性模型类型，模型包括多体系统动力学性能模型和机-电-液系统多领域综合性能模型；

S13、根据确定的模型类型，以产品CAD模型、材料参数、动力与控制参数和载荷条件为输入，建立产品功能性能模型；

S2、故障模式及影响因素分析：按照机电产品的主要功能类型，将产品的故障分为力控制与传递故障和介质控制与传递故障，力控制与传递故障包括结构断裂、结构变形和输出力不足；介质控制与传递故障包括介质压力异常、流量异常和介质泄露；通过故障模式及影响因素分析，确定需要开展分布规律建模及耗损退化建模的目标；

S3、故障影响因素分布规律建模：所述的故障影响因素分布规律建模为针对故障影响因素中存在的随机变量，分析随机变量的统计特性，确定随机变量的分布类型及分布函数；