[发明专利]考虑时变软阈值的相依竞争失效模型的可靠性分析方法

说明书

本发明公开了一种考虑时变软失效阈值的相依竞争失效模型的可靠性分析方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、建立机械设备由随机冲击引起的系统硬失效模型；步骤2、建立时变软失效阈值的系统软失效模型；步骤3、建立时变软失效阈值的相依竞争失效的系统可靠性模型。本发明解决了现有技术中存在的失效阈值恒定导致可靠性模型准确性低，进而导致可靠性分析不够精确的问题。

技术领域

本发明属于系统可靠性分析技术领域，具体涉及一种考虑时变软阈值的相依竞争失效模型的可靠性分析方法。

背景技术

随着工业设备的不断发展，如今大量的设备系统越来越复杂。针对复杂系统存在可能会经历多个相互竞争的失效过程这一现象，无论哪一失效过程先发生，都会导致系统失败。两个主要的失效过程与退化过程和随机冲击过程有关。由于磨损、疲劳、侵蚀、腐蚀和老化等，复杂系统尤其是机械设备，通常会退化并失去其预期功能。由于冲击、过载和其他外部压力，系统也可能突然停止运行。例如，通过化学反应提供电能的电池在使用过程中会变弱。另一方面，在异常的环境条件或压力下，如过热和过压，电池可能会突然失效。这些相互竞争的失效过程可以是独立的，也可以是相互依赖的。之前，大多数研究假设退化过程和冲击过程是独立的，这可能并不是一个遵从现实的假设。例如，由于材料属性和结构，冲击自然会影响降解过程。同时，随着系统的使用自身性能也在不断下降。因此，在复杂系统的可靠性分析中，这些失效过程之间的相关性不可忽视。

一个单元的故障是由两个相互依赖但相互竞争的故障过程引起的:除了由随机冲击引起的突然退化增加之外，由连续退化引起的软故障，以及由同一冲击过程引起的硬故障。无论哪一个先发生，都会导致系统失败。这两个方面的相互依赖体现在以下几个方面。退化过程和冲击过程在同一系统中是同时存在的，且同时作用于系统。而且在导致系统的失效过程中两者同时贡献，两者相互影响，两者相互竞争。冲击过程可分为致命冲击和非致命冲击。当冲击当量大于系统硬失效阈值时导致系统硬失效，当冲击当量小于系统硬失效阈值时会导致系统退化增量的跳跃和退化速率的增加。进而，当系统的退化量到达系统的软失效阈值时系统发生软失效。同时在系统退化的过程中，由于系统性能的下降和承载冲击能力的退化也会导致硬失效阈值下降。在此有一个例子可以形象说明：人体随着年龄的增长，会经历功能的自然退化。例如，由于血管弹性的逐渐丧失，人的心脏向身体输送血液的效率在40岁左右开始退化。此外，许多因素，如不健康的生活环境和习惯，起到随机冲击的作用。在不同的健康状态下，冲击会对人体造成不同的影响。例如，一个健康状况不佳的人可能死于一些小疾病，如感冒或发烧等。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑时变软失效阈值的相依竞争失效模型的可靠性分析方法，解决了现有技术中存在的失效阈值恒定导致可靠性模型准确性低，进而导致可靠性分析不够精确的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种考虑时变软失效阈值的相依竞争失效模型的可靠性分析方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、建立机械设备由随机冲击引起的系统硬失效模型；

步骤2、建立时变软失效阈值的系统软失效模型；

步骤3、建立时变软失效阈值的相依竞争失效的系统可靠性模型。

本发明的特点还在于，

步骤1具体如下：

当机械设备的某次冲击当量大于材料强度或系统硬失效阈值D时，即就是致命冲击到达时，会导致系统硬失效，随机冲击的到达服从泊松分布，到达速率为λ，第K次冲击的大小用W_k表示，W_k是服从独立同分布的一个随机变量(i.i.d)，累计分布由F_w(w)表示，因此，在给定时间t时系统的硬失效模型如公式(1)所示：

其中，t为系统运行时间；N(t)为t时刻之前总的冲击次数；P为在给定时间t时刻前系统发生硬失效的概率。