基于不确定性拔销器的机构运动可靠性分析

目的 实现拔销器可靠性的定量分析和高效精确评估,研究拔销器工作过程中随机变量对可靠性的影响,提出一种基于不确定性的拔销器机构运动可靠性建模与分析方法。方法 首先,基于应力–强度模型和拔销器的机构运动失效模式,建立极限状态方程;然后,综合考虑工作过程中不确定性因素的影响,采用基于Kriging代理模型逼近极限状态方程的机构运动可靠性分析方法,对拔销器的机构运动进行高效可靠性分析;最后,对拔销器机构运动中的随机变量进行可靠性灵敏度分析,确定随机变量对拔销器的机构运动的可靠性影响程度,为优化设计提供方向。结果 拔销器机构运动的可靠度均大于0.999 9,达到设计要求。影响拔销器活塞启动可靠性最大的是剪切销直径d,其次是A、f、ρ等,影响活塞运动可靠性最大的是A,其次是f、ρ。结论 该方法能够准确描述不确定性因素对拔销器机构运动的影响,提升机构运动可靠性定量分析的精度和效率,为拔销器的精细化设计提供了理论支撑。     

基于FMECA的某自动步枪发射机构可靠性分析

目的 分析某自动步枪发射机构的可靠性。方法 用故障模式、影响及危害性分析(FMECA)的方法对自动武器发射机构进行危害度分析,通过参考GJB 450A和GJB 1391制定危害程度的评判参考标准,列举出故障,并对故障的危害程度进行评分,找出危害影响最严重的故障优先进行可靠性分析。再通过三维建模软件和动力学分析软件对发射机构进行动力学仿真,将动力学仿真得到的结果导入有限元仿真软件,通过力学分析得到零部件的最大应力,运用应力–强度干涉理论求出可靠度。最后给出严重故障的可靠度分析。结果 在FMECA分析综合评分后,得出某自动步枪发射机构最严重的故障模式是超越保险异常击发。通过ADAMS仿真进行受力分析,发射机构中受力最大的零件为单发阻铁和击锤,使用应力–强度干涉理论进行可靠度计算,计算得到单发阻铁的基础可靠性为99.952%,击锤的基础可靠性为99.955%,发射机构的基础可靠度为99.907%。结论 发射机构的基础可靠度非常高,因此影响发射机构可靠度的因素主要是机构运动不可靠。在自动武器非正常操作时,将导致零部件位置异常,从而出现任务不可靠。可以通过改进零部件的方法防止故障发生,提高发射机构的任务可靠度。     

残余应力对焊接角接头裂纹扩展性能的影响分析

目的 分析焊接残余应力对角接接头裂纹扩展特性的影响。方法 基于热弹塑性力学法,建立角接头的有限元模型,计算焊接温度场,并采用热机耦合方法计算焊接残余应力。采用断裂力学方法,分析计算焊趾部位的应力强度因子和裂纹扩展寿命,并对比分析残余应力对裂纹扩展的影响。结果 计算得到焊缝的残余应力达到了材料屈服极限,呈拉伸应力状态,其Von Mises应力值为345 MPa。在应力为200 MPa以内,考虑残余应力的前提下,分别使用文献试验得到的数据和IIW标准中的数据作为裂纹扩展参数,应力比R=–1时的裂纹扩展寿命分别为2.61×10⁶和6.84×10⁵次循环;在应力比R=0时的裂纹扩展寿命分别为1.16×10⁵和2.90×10⁴次循环。结论 残余应力会加速裂纹扩展。采用控制变量法,将应力范围设定为常值,当应力比R<0时,残余应力扩大了应力强度因子的范围;在应力比R>0时,残余应力一方面会增大最大应力强度因子,使其接近材料的断裂韧度,同时拉伸残余也提高了平均应力强度因子或者提高了应力比R,在这种情况下,残余应力均会加速裂纹的扩展速度。随着裂纹长度的增加,残余应力对裂纹扩展速率的影响会增大。外载荷和残余应力共同对裂纹扩展产生影响,应力比R和残余应力对裂纹扩展的影响机制相同,在焊接结构寿命评估时,需要综合考虑这2个影响因素。     

基于内弹道仿真的火药点火器燃喉比优化与试验验证

目的 减小火药点火器不同药剂批次下的散差,提高其工作可靠性。方法 分析火药点火器不同批次药剂性能与内弹道数据,发现在恒定燃喉比下,药剂性能波动会显著影响其工作可靠性,因此应根据不同批次组合下的药剂性能选取合理的燃喉比。首先,通过标准试验测试火药点火器内装药剂的关键性能参数。然后,通过建立火药点火器内弹道的仿真模型,计算基线燃喉比附近的内弹道参数,输入到基于历史点火冲量数据建立的正态容许限法模型。最后,在预设燃喉比范围内进行发火试验,并利用正态容许限法计算出不同燃喉比对应的点火可靠度。结果 共模拟了8种水平的燃喉比试验,计算出对应的可靠度为0.177242～0.999999。根据模型计算出的可靠度及火工品相关标准的要求,确定合理的燃喉比,并增加样本,进一步验证其可靠度。此外,在选定燃喉比附近进行的裕度试验,试验数据均符合预期。结论 通过内弹道仿真建模,结合可靠性试验数据分析,为火药点火器优选了燃喉比,工作可靠度达到了0.999 908,比改进前的可靠度0.999有了显著提升。     

基于应力-强度干涉理论的可靠度点估计研究

研究了基于应力-强度干涉理论(SSI)的可靠度点估计的一般模型,进而给出了应力和强度均服从单参数指数分布和双参数指数分布时可靠度估计值计算公式,给出其与样本值之间的定量关系。对于应力和强度服从其他分布的情况,采用分布类型变换将其变换为指数分布,然后利用指数分布类型的研究结果给出可靠度估计值计算式,简化了计算。     

基于非概率可靠性的离散变量结构优化设计

目的针对工程结构设计中因材料供应规范限制使得设计变量不能连续取值以及材料性能波动、外界载荷偏差等不确定性问题,探索研究非概率可靠性在离散变量结构优化设计中的应用。方法以桁架结构杆件截面直径为设计变量、结构质量极小化为目标,考虑材料强度极限与外部载荷的不确定性,建立具有非概率可靠性指标约束的离散变量结构可靠性优化模型,并采用遗传算法求解离散变量结构优化设计问题。结果求解获得了三杆、十杆超静定桁架杆件截面直径最优组合,得到的优化结果相较确定性优化结果更具鲁棒性。结论非概率可靠性模型对于解决工程中设计变量具有离散性和不确定性的优化设计问题具有可行性。     

考虑延缓纠正的双应力加速可靠性增长试验方法

目的 缩短传统加速可靠性增长试验时间,以及考虑延缓纠正方式对产品可靠性的影响。方法 提出考虑延缓纠正的双应力加速可靠性增长试验方法,首先,采用基于延缓纠正AMSAA模型跟踪可靠性增长过程,并采用极大似然估计方法估计模型参数;其次,以温度和振动作为加速应力为例,开展加速寿命试验,获得试验数据,基于广义艾琳模型,通过最小二乘估计方法得到加速系数;然后,将产品可靠性外推到正常应力水平。结果 航空蓄电池应用案例分析表明,与基于单应力加载的高应力加速可靠性增长试验相比,所提方法能够缩短29.4%的试验时间,并且采用延缓纠正方式对产品的可靠性有影响。结论 为产品在双应力加载方式和采用延缓纠正方式下开展高应力加速可靠性增长试验的可靠性评估提供了技术手段。     

基于复合应力加速寿命试验的高速列车电子产品可靠度计算方法研究

目的 解决目前加速寿命试验一般不用于估计产品可靠度,而采用可靠性预计和应力-强度模型计算可靠度时可能存在因参数误差而影响其估计精度的问题.方法 提出一种基于加速寿命试验的高速列车电子产品使用可靠度计算方法,采用温度、湿度、振动综合应力和广义Egring模型对高速列车电子产品开展加速寿命试验.结果 通过试验数据可评估出产...     

复杂火工系统可靠性预计方法及软件研究

目的 解决在进行复杂系统的可靠性建模以及预计时,计算效率低、容易出错的问题。方法 开展基于GO(Goal Oriented)法的复杂火工系统可靠性预计方法研究。建立不同种类火工组件的可靠性模型和算法,结合火工系统的GO图模型,对系统的可靠性进行预计以及定量分析。依据建立的可靠性模型以及算法,开发一套火工系统可靠性建模以及预计的软件,运用该软件对典型座椅弹射火工系统的可靠性进行预计,并且将软件计算结果与蒙特卡洛仿真方法得到的结果进行比较。结果 软件计算结果与蒙特卡洛仿真方法所得结果的最大相对误差不超过0.004 8%。结论 基于GO法的复杂火工系统可靠性预计方法是合理可行的,而且运用GO法开发的软件可以提高可靠性预计的计算效率,同时也为后续的 GO 图分析计算提供了技术支持。     

管-土相互作用模型试验的尺寸效应及可靠性分析

为了分析北京地区粉质黏土场地中管-土相互作用土弹簧模型参数,进行了一系列管土相互作用试验。由于人力、经费、场地等原因,模型箱尺寸无法取到无限大,模型箱的尺寸效应有可能使试验数据出现一定偏差。为了检验已开展模型试验结果的可靠性,基于ABAQUS有限元软件进行了数值仿真,探讨了土体的破坏模式,研究了管-土相互作用试验的尺寸效应,并得到如下结论:土体破坏模式可分为深埋和浅埋两种破坏模式;模型箱下方和后方边界对试验结果影响较小,当深径比大于6时,前方边界开始对试验结果产生影响。最后,分析和修正了试验结果并对类似试验中的模型箱尺寸选取给出了建议。     

海上风电场升压站电气设备可靠性建模

海上升压站是风电场电能传输的关键环节。针对海上升压站电气设备的可靠性研究,提出了一种新颖的基于马尔可夫过程的建模方法。首先对升压站电气设备的运行状态进行划分,确定其二状态马尔可夫模型,其次分析基本元件的连接形式,建立其状态转移概率矩阵和转移概率密度矩阵。在此基础上根据马尔可夫方程建立海上风电场升压站内主要设备变压器、母线,电缆等的可靠性模型,并分析了升压站系统的可靠性指标,最后根据某海上风电场的具体数据,结合所建立的升压站电气设备的可靠性模型,对此风电场的升压站系统的可靠性指标进行计算分析。     

考虑参数随机性的焊点热疲劳失效分析

目的研究电子产品焊点几何参数的随机性对焊点热疲劳寿命的影响。方法基于Coffin-Masson的修正式Engelmaier模型,建立考虑多参数随机性的引线型封装的焊点热疲劳寿命评估模型,并利用蒙特卡罗法对该模型的精确度进行验证。以SMT鸥翼型(gull-wing)TSOP062封装为例,将焊点几何参数的随机性对热疲劳寿命的影响进行量化分析。结果影响焊点寿命的几何参数离散系数越大,焊点疲劳寿命越小,随机变量越多,焊点热疲劳寿命下降的越明显,焊点高度是影响元器件热疲劳寿命的敏感参数。结论该方法在已知小批次产品的参数波动信息的情况下,能预测整批次产品的热疲劳寿命,极大地减少试验时间和成本,提高电子产品及装备的可靠性。     

基于Wiener过程的DRO加速退化试验方法研究

针对微波介质振荡器（DRO）样本量少、寿命长、贮存试验费用高的困难,提出了适用的基于Wiener过程的SSADT（Step-stress Accelerated Degradation Testing）试验方法,并给出试验方案。根据贮存期失效分析和环境应力分析,给出了加速方程。结合预试验结果,将DRO的性能退化过程建模为Wiener过程。为提高寿命预测精度,对模型参数统计量的无偏性和渐近方差进行分析,并对试验方案进行了优化设计。最后用仿真算例验证了方法的正确性。     

基于竞争失效的导弹机电产品可靠性评估

目的 解决导弹机电产品退化-突发竞争失效模式下的可靠性评估问题。方法 对导弹典型机电产品电机进行贮存失效分析,同时考虑双参数退化失效和突发失效对电机贮存可靠性的影响。首先,以具有随机效应的非线性Wiener过程描述电机贮存退化失效过程中的非线性、随机性和样本差异性。然后,采用Weibull分布描述突发失效过程规律,并考虑退化程度对突发失效的影响。最后,利用Copula函数刻画退化性能参数之间的相互作用关系,建立双参数退化-突发竞争失效模型,并给出基于两步极大似然估计的参数估计方法。结果 以仿真导弹电机退化突发失效数据为例进行分析,实现了基于双参数退化-突发竞争失效模型的系统可靠性评估,得到电机贮存5 a时的可靠度估计值为0.465。结论 所构建的双参数随机退化与突发失效相关的竞争失效模型有效,为导弹机电产品可靠性验证评估及寿命预测提供了相应的理论依据。     

基于人工神经网络的复杂系统可靠性冗余优化

复杂系统可靠度函数具有非线性的特点,针对这种情况,在简要介绍人工神经网络及有关模型的基础上,提出了基于人工神经网络的可靠性冗余优化方法,并建立了复杂系统可靠性冗余优化的人工神经网络模型。最后,结合实例对该方法进行了验证。     

电子产品故障物理模型研究与应用进展

提出了故障物理模型的基本概念,对几种常见的电子产品故障物理模型,包括互连热疲劳模型、互连振动疲劳模型、电迁移模型和与时间相关的介质击穿模型等进行了分析,总结提出了基于失效发生因素和失效发生过程的损伤模型建模等两种故障物理模型的建模方法。结合工程应用情况,对两种故障物理模型的应用方法——可靠性仿真分析方法和可靠性加速试验方法进行了讨论。最后对故障物理模型的研究进行了展望。