机械时变可靠性理论与方法

第1章 概述 1

1.1 研究背景 1

1.2 相关研究的发展及现状 3

1.2.1 可靠性工程的发展 3

1.2.2 时变可靠性建模理论与失效率计算方法研究现状 6

1.2.3 失效相关问题的研究现状 9

1.3 本书主要内容 11

第2章 可靠性的基本概念与数学基础 14

2.1 可靠性的基本概念 14

2.2 可靠性的常用度量指标 15

2.3 可靠性的数学基础 19

2.3.1 随机事件及其概率 19

2.3.2 随机变量及其概率分布的数字特征 22

2.3.3 随机变量函数的分布 27

2.3.4 统计量与统计方法 29

2.4 可靠性分析常用的概率分布 31

2.4.1 二项分布 31

2.4.2 泊松分布 32

2.4.3 指数分布 32

2.4.4 正态分布 34

2.4.5 对数正态分布 37

2.4.6 威布尔分布 38

2.4.7 极值分布 39

2.4.8 Γ分布 41

2.4.9 Rayleigh分布 42

2.4.10 X2分布 43

2.4.11 t分布 44

2.4.12 F分布 45

第3章 基于应力-强度干涉的零部件可靠性模型 47

3.1 应力-强度干涉模型及其拓展 47

3.1.1 应力-强度干涉模型 47

3.1.2 应力-强度干涉模型的拓展 48

3.2 基于应力-强度干涉的零部件可靠性模型 49

3.2.1 确定性恒幅循环载荷作用下的零部件疲劳可靠度 50

3.2.2 不确定性恒幅循环载荷作用下的零部件疲劳可靠度 51

3.2.3 具有多种失效模式的零部件可靠性模型 53

3.2.4 旋转对称结构零部件可靠性模型 57

3.3 实例 60

3.3.1 转轴的疲劳可靠度计算 60

3.3.2 齿轮的可靠度计算 62

第4章 基于系统级应力-强度干涉的系统可靠性模型 66

4.1 传统的独立失效系统可靠性模型 66

4.2 基于系统级应力-强度干涉的系统可靠性模型 69

4.3 系统（等效）强度及其概率分布 73

第5章 以载荷作用次数为寿命度量指标的零部件时变可靠性 77

5.1 “静态”应力-强度干涉模型的不足 77

5.2 随机载荷多次作用时的载荷（或应力）等效 78

5.2.1 顺序统计量 79

5.2.2 载荷（或应力）等效及其概率分布 79

5.3 以载荷作用次数为寿命度量指标的零部件时变可靠性模型 81

5.3.1 强度不退化时以载荷作用次数为寿命指标的零部件时变可靠性模型 81

5.3.2 强度退化时以载荷作用次数为寿命指标的零部件时变可靠性模型 84

5.3.3 零部件可靠度与失效率随载荷作用次数的变化规律研究 85

5.3.4 旋转对称结构零部件时变可靠性模型 89

5.4 以载荷作用次数为寿命指标的零部件时变可靠性模型试验验证 91

5.4.1 单一失效模式零部件时变可靠性模型试验验证 91

5.4.2 多种失效模式零部件时变可靠性模型试验验证 93

5.5 实例 94

5.5.1 以载荷作用次数为寿命指标的齿轮可靠性 94

5.5.2 以载荷作用次数为寿命指标的螺栓静强度可靠性 95

第6章 以载荷作用次数为寿命度量指标的系统时变可靠性 98

6.1 以载荷作用次数为寿命指标的系统时变可靠性模型 98

6.1.1 强度不退化时的系统时变可靠性模型 98

6.1.2 强度退化时的系统时变可靠性模型 100

6.2 系统可靠度与失效率随载荷作用次数的变化研究 103

6.3 以载荷作用次数为寿命指标的系统时变可靠性模型试验验证 108

第7章 以时间为寿命度量指标的零部件时变可靠性 110

7.1 以时间为寿命度量指标时载荷历程的不确定性描述 110

7.1.1 泊松随机过程 110

7.1.2 载荷历程的二维描述法 111

7.2 以时间为寿命度量指标的零部件时变可靠性模型 113

7.2.1 强度不退化时的零部件时变可靠性模型 113

7.2.2 强度退化时的零部件时变可靠性模型 114

7.2.3 零部件可靠度与失效率变化规律研究 116

7.2.4 具有多种失效模式的零部件时变可靠性模型 121

7.3 以时间为寿命指标的零部件时变可靠性模型试验验证 124

第8章 以时间为寿命度量指标的系统时变可靠性 127

8.1 以时间为寿命度量指标的系统时变可靠性模型 127

8.1.1 强度不退化时的系统时变可靠性模型 127

8.1.2 强度退化时的系统时变可靠性模型 130

8.2 系统可靠度与失效率随时间的变化研究 133

8.2.1 不同强度退化规律时系统可靠度与失效率变化研究 134

8.2.2 不同概率分布类型时系统可靠度与失效率变化研究 138

8.3 以时间为寿命指标的系统时变可靠性模型试验验证 144

第9章 基于应力-强度干涉理论的失效率计算方法 146

9.1 影响机械产品失效率的四要素 146

9.2 基于应力-强度干涉的失效率计算模型 147

9.2.1 以载荷作用次数为寿命度量指标的失效率模型 148

9.2.2 以时间为寿命度量指标的失效率模型 152

9.3 失效率变化影响因素研究 154

9.3.1 强度不退化时失效率的变化规律研究 154

9.3.2 强度退化时失效率的变化规律研究 156

第10章 时变可靠性理论与方法的应用 158

10.1 时变可靠性建模理论与失效率计算方法应用研究 158

10.1.1 以载荷作用次数为寿命指标时产品失效期划分与可靠寿命确定 158

10.1.2 以时间为寿命指标时产品失效期划分与可靠寿命确定 160

10.2 增压器涡轮超速破坏失效模式可靠性评价 161

10.2.1 增压器涡轮的超速破坏失效模式 161

10.2.2 基于传统安全系数法的涡轮超速破坏评价 162

10.2.3 涡轮超速破坏失效模式的时变可靠性模型 163

10.2.4 涡轮超速破坏可靠性研究与可靠寿命确定 164

10.3 增压器涡轮轮毂疲劳寿命预测与可靠性分析 165

10.3.1 涡轮的工作状态参数分析 166

10.3.2 涡轮轮毂部位的疲劳应力分析 167

10.3.3 涡轮轮毂部位的疲劳强度确定 169

10.3.4 涡轮轮毂疲劳可靠性建模与寿命预测 170

10.4 增压器涡轮叶片的振动分析及其可靠性评价 172

10.4.1 增压器涡轮叶片振动特性分析 173

10.4.2 涡轮叶片振动失效判据建立 175

10.4.3 涡轮叶片振动失效模式可靠性建模 176

10.4.4 涡轮叶片振动可靠性研究与可靠寿命确定 178

参考文献 180

附录 192

附表1 标准正态分布表 192

附表2 X2分布表 194

附表3 t分布上侧分位数表 196

附表4 F分布表 198

附表5 Γ函数表 204