1、第四章 可靠性工程基礎(chǔ)一般的機(jī)械和電子產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)過程如下：1.方案論證階段2.調(diào)查和批準(zhǔn)階段 3.設(shè)計(jì)和研究階段4.制造和測試階段5.使用階段 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰4.1 概述概述1. 可靠度的定義 當(dāng)時間超過時，有個產(chǎn)品失效和有個產(chǎn)品正常工作,則產(chǎn)品的 可靠度可被定義如下：第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.2可靠性工程的基礎(chǔ)理論可靠性工程的基礎(chǔ)理論 NNtRtR)()(現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰2. 故障率的定義 第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.24.2可靠性工程的基礎(chǔ)理論可靠性工程的基礎(chǔ)理論 NNtQtQ)()(現(xiàn)代設(shè)計(jì)

2、方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.2可靠性工程的基礎(chǔ)理論可靠性工程的基礎(chǔ)理論 3. 產(chǎn)品失效概率密度函數(shù) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4. 產(chǎn)品的失效率，即 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰dtdNttQt)(RN1tt)(）（時刻正常工作的產(chǎn)品數(shù)在時刻失效的產(chǎn)品數(shù)從開始到4.2 可靠性工程的基礎(chǔ)理論可靠性工程的基礎(chǔ)理論 例4-1 假設(shè)有100個產(chǎn)品，在5年內(nèi)有4個產(chǎn)品失效，在6年中有7個產(chǎn)品失效，求5年后產(chǎn)品的失效概率是多少？第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.2可靠性工

3、程的基礎(chǔ)理論可靠性工程的基礎(chǔ)理論 年/0312. 01)4100(47)5(若單位時間定義為一年， 若單位時間定義為1000h，則有h1076. 813年t)10/(%36. 076. 8)4100(47)5(3h現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 5.產(chǎn)品失效模型 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰圖4-3 機(jī)電產(chǎn)品典型失效模型曲線4.2可靠性工程的基礎(chǔ)理論可靠性工程的基礎(chǔ)理論 4.2 可靠性工程的基礎(chǔ)理論可靠性工程的基礎(chǔ)理論(1).指數(shù)分布 如果產(chǎn)品的失效率是常數(shù),如圖4-3的中間部分，即現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰Ct )

4、(tdtdtteeetRtt00)()(可求得在t時刻產(chǎn)品的可靠度為:第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.24.2可靠性工程的基礎(chǔ)理論可靠性工程的基礎(chǔ)理論 (2).正態(tài)分布 其概率密度函數(shù)是： 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰22121)( utetfdtttf)(212)()(dttft其中: 第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.2可靠性工程的基礎(chǔ)理論可靠性工程的基礎(chǔ)理論 第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)圖4-4 和對正態(tài)分布曲線形狀的作用(2).正態(tài)分布4.2可靠性工程的基礎(chǔ)理論 第四章可靠性工程基礎(chǔ)第四章可靠性工程基礎(chǔ)n(2). 正態(tài)分布圖4-5 標(biāo)

5、準(zhǔn)正態(tài)分布曲線4.2 可靠性工程的基礎(chǔ)理論可靠性工程的基礎(chǔ)理論 (3).(3).威布爾威布爾WeibullWeibull分布分布 對威布爾分布失效概率密度函數(shù)是：對威布爾分布失效概率密度函數(shù)是： 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰btbetbtf 1)(第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)其中b、分別是曲線的形狀參數(shù)、尺度參數(shù)和位置參數(shù)，而上面的方程也稱三參數(shù)的產(chǎn)品故障概率密度函數(shù)。 (3).威布爾Weibull分布圖4-6 參數(shù) b和 對失效概率曲線的影響 4.2可靠性工程的基礎(chǔ)理論可靠性工程的基礎(chǔ)理論第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉

6、永峰 4.2 可靠性工程的基礎(chǔ)理論可靠性工程的基礎(chǔ)理論 6.產(chǎn)品的平均壽命 產(chǎn)品的平均壽命即故障間隔時間MTBF，是另一個評判產(chǎn)品可靠性的非常有用的定量指標(biāo)。換句話說，產(chǎn)品的平均壽命即產(chǎn)品無故障的工作時間在概率學(xué)中，隨即變量t的平均值定義為：現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰dtttft0)(第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.2可靠性工程的基礎(chǔ)理論可靠性工程的基礎(chǔ)理論(1) 正態(tài)分布： 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰 0021221dtdteMTBFtt第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.2 可靠性工程的基礎(chǔ)理論可靠性工程的基礎(chǔ)理論 (2).指數(shù)分布：

7、 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰1)(00dtedttRMTBFtt第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.2 可靠性工程的基礎(chǔ)理論可靠性工程的基礎(chǔ)理論 (3).威布爾分布： 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰11)()(00bdtttfdttRMTBFt第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.3 4.3 零件機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)零件機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)1.應(yīng)力和強(qiáng)度的干涉模型 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰圖4-8 應(yīng)力和強(qiáng)度的動態(tài)變化第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.3 零件機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)零件機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)2. 用分析法進(jìn)

8、行可靠性預(yù)計(jì) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰圖4-9 應(yīng)力和強(qiáng)度的相互干擾第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) n3 用分析法進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.3 零件機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)零件機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)例4-2 零件的強(qiáng)度和應(yīng)力服從正態(tài)分布，均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別是：， ， ， ，試預(yù)計(jì)零件的可靠度。若強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差減少到14MPa，則可靠度將變?yōu)槎嗌?？MPa180MPaS5 .22MPa130MPaS13924. 1135 .221301802222SSZR%26.979726. 0)924. 1 (R618. 2131413018022RZ%5

9、6.999956. 0)618. 2(R查附表1得到正態(tài)分布的可靠度指標(biāo)：若強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差減少為14MPa，則有現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰 4.3 零件機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)零件機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)4.可靠性工程中搜集數(shù)據(jù)的方法目前用來收集數(shù)據(jù)的方法主要有：(1).產(chǎn)品實(shí)物的測量和檢測(2).仿真測試(3).標(biāo)準(zhǔn)樣本的特殊檢測(4).從相關(guān)的手冊中查取 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.3 零件機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)零件機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)5 受拉零件的靜強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì) 靜強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)步驟如下：1)選定可靠度；2)計(jì)算零件發(fā)生強(qiáng)度

10、破壞的概率; 3)由F值查附表1取Z值;4)確定零件強(qiáng)度的分布參數(shù)，5)列入應(yīng)力的表達(dá)式;6)計(jì)算工作應(yīng)力;7)將應(yīng)力、強(qiáng)度、均代入聯(lián)結(jié)方程,求得截面積參數(shù)的均值。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.3 4.3 零件機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)零件機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)表41 獨(dú)立隨機(jī)變量的代數(shù)運(yùn)算公式現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰 4.3 零件機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)零件機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)6 梁的靜強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)梁的靜強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)步驟與上面介紹的拉桿的類似 ：1選定可靠度;2計(jì)算F=1-R;3按F

11、值查附表1，取值后得Z值;4確定強(qiáng)度分布參數(shù);5列出應(yīng)力S的表達(dá)式?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.4 機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程n 1.系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)n n對于系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)，有兩種含義：系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)和系n統(tǒng)地可靠性指標(biāo)分配。前者是根據(jù)事先已知的每個單元或子系n統(tǒng)的可靠度預(yù)計(jì)系統(tǒng)的可靠性，然后合理的分配到每個單元或子系統(tǒng)，這可稱為配置法。n應(yīng)該注意，一個系統(tǒng)的可靠度不僅僅依靠于每個單元的可靠度，也依靠于所有單元組成的形式。因此，為了指導(dǎo)產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)，零件組成形式應(yīng)該首先知道，通常使用可靠性模型描述。第四章第四章

12、 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.4 機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程2 機(jī)械和電子系統(tǒng)的可靠性模型(1).串聯(lián)系統(tǒng)模型現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰圖4-12 串聯(lián)系統(tǒng)模型第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 如果一個產(chǎn)品和系統(tǒng)有很多單元組成，每個單元的可靠性彼此間是相互獨(dú)立的，當(dāng)一個單元失效時，這個產(chǎn)品或系統(tǒng)就會失效，這樣的系統(tǒng)就叫串聯(lián)系統(tǒng)，它的可靠性模型如圖4-12所示。(2).并聯(lián)系統(tǒng)模型第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.4 機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程 若一個系統(tǒng)由若干單元組成，其中只要有一個單元正常工作，產(chǎn)品和系統(tǒng)就能繼續(xù)發(fā)揮它的作

13、用。換句話說，只有所有的單元都失效了，產(chǎn)品才會失效，這樣的系統(tǒng)稱為并聯(lián)系統(tǒng)，如圖4-14所示?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰圖4-14 并聯(lián)系統(tǒng)模型4.4 機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程(3).混合系統(tǒng) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰圖4-15 混合系統(tǒng)模型a) 串并聯(lián)系統(tǒng) b并串聯(lián)系統(tǒng)第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 混合系統(tǒng)是由一系列子系統(tǒng)串聯(lián)和并聯(lián)組成，可以分為兩類：一是串-并聯(lián)系統(tǒng)，另一種是并-串聯(lián)系統(tǒng)。前者是串聯(lián)子系統(tǒng)并聯(lián)在一起；后者并聯(lián)子系統(tǒng)串聯(lián)在一起?；旌舷到y(tǒng)模型如圖4-15所示。 4.4 機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程(4).復(fù)

14、雜系統(tǒng)模型現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰圖4-16 復(fù)雜系統(tǒng)模型第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.4 4.4 機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程3.機(jī)械和電子系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)(1).串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰niistRtR1)()(第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 串聯(lián)系統(tǒng)的特征是僅當(dāng)所有單元都正常工作，系統(tǒng)才能完成它的功能，而根據(jù)概率乘法規(guī)則，串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度： 4.4 4.4 機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程(1).串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基

15、礎(chǔ) 例4-5 一個由5個單元串聯(lián)組成的產(chǎn)品，每個單元的可靠度分別如下： ， ， ， ， 試預(yù)測系統(tǒng)的可靠度。99. 0)(1tR99. 0)(2tR98. 0)(3tR97. 0)(4tR96. 0)(5tR96. 097. 098. 099. 099. 0)()()(511iiniistRtRtR%5 .89895. 04.4 4.4 機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰(2).并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度niisstRtQtR1)(11)(1)(第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 并聯(lián)系統(tǒng)只有在所有的零件失效時才失效，根據(jù)概率的乘并聯(lián)系統(tǒng)只有在所有的

16、零件失效時才失效，根據(jù)概率的乘法規(guī)則，系統(tǒng)的失效概率是：法規(guī)則，系統(tǒng)的失效概率是：4.4 4.4 機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰(2).并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 例48 一架由三臺發(fā)動機(jī)驅(qū)動的飛機(jī)。只要有一臺發(fā)動機(jī)運(yùn)行，飛機(jī)就不會墜落。三臺發(fā)動機(jī)失效率分別是：0.0001/h，0.0002/h和0.0003/h，若一次飛行10小時，試預(yù)測飛機(jī)的可靠度。999. 0)10(100001. 01eR998. 0)10(100002. 02eR997. 0)10(100003. 03eRniisRtR1)10(11)

17、()997. 01 ()109981 ()999. 01 (199999994. 04.4 4.4 機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程(3).混合系統(tǒng)的可靠度現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰mniiStRtR1)(111)(對于圖4-15a 對于圖4-15b mjniiStRtR11)(111)(第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 混合系統(tǒng)是由串聯(lián)和并聯(lián)子系統(tǒng)組成，其可靠度可根據(jù)相應(yīng)的串聯(lián)和并聯(lián)的相關(guān)方程進(jìn)行預(yù)測。4.4 機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程4.系統(tǒng)的可靠性分配現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰(1).平均分配法這種方法是所有的零件都給分相同的可靠度指標(biāo). 對于串聯(lián)

18、系統(tǒng) :nsitRtR1)()(對于并聯(lián)系統(tǒng) :nSitRtR1)(11)(第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.4 機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰(2).根據(jù)零件失效率的比例分配niiSiititt1)()()(現(xiàn)在為分配給每個零件的失效率來定義加權(quán)系數(shù)為:第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.5 機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程1. FTA的基本概念 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 故障樹分析或失效樹分析是一種系統(tǒng)可靠性和安全性的分析工具。 故障樹分析可以分為定性分

19、析和定量分析。定性分析的目的是找出導(dǎo)致發(fā)生不可預(yù)測事件的原因，而定量分析可以得到頂事件或所有中間事件的失效概率。在系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)中，故障樹有助于查明潛在的故障從而改善產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。4.5 機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程1.FTA的基本概念 從頂事件到底事件建立故障樹的步驟如下：1)定義頂事件。頂事件是系統(tǒng)中最不希望發(fā)生的事情。2)把頂事件作為輸出事件，把所有的直接原因作為輸入事件，然后根據(jù)他們的邏輯關(guān)系連接所有的事件。3)分析上述的輸入事件，若他們是由別的原因所致，就將其作為下級別的輸出事件，而那些原因則作為相應(yīng)的輸入事件；4)重復(fù)上面的步驟，直到所有的底事件都被找出?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)

20、，孟憲頤，高振莉，劉永峰第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.5 機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程2.故障樹定性分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰圖4-17 故障樹定性分析實(shí)例定性分析是找出引起故障樹頂事件發(fā)生的所有底事件的最小割集，可根據(jù)如下規(guī)則定義最小割集：若所有的底事件同時發(fā)生，頂事件才發(fā)生，如有一個底事件不發(fā)生，則頂事件就不會發(fā)生。 第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.5 機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程3 故障樹的定量分析 定量分析是在已知底事件發(fā)生概率的條件下，求頂事件的發(fā)生概率，這種方法多用于定量分析，也是直接的概率方法。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法

21、基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.5 機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程3 故障樹的定量分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰圖4-18 邏輯“或”“與及其對應(yīng)可靠性模型a) 邏輯“或” 關(guān)系圖 b) 邏輯“與關(guān)系圖a)b)第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析1 疲勞曲線S-N曲線與P-S-N曲線）(1)S-N曲線 機(jī)械零件疲勞壽命的傳統(tǒng)計(jì)算，是以試樣由實(shí)驗(yàn)確定的疲勞曲線S-N曲線為依據(jù)。對于一般鋼材，循環(huán)次數(shù)達(dá)起開始呈水平線段，稱為疲勞循環(huán)基數(shù)，其相應(yīng)的應(yīng)力水平即為疲勞極限 。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方

22、法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析(1)S-N曲線現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰圖4-20 曲線的一般形式 第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析(1)S-N曲線 常用的疲勞極限線圖有兩種： 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰圖4-22 疲勞極限線圖一 圖4-23 疲勞極限線圖二 第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析(2)P-S-N曲線 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰圖4-26 SN

23、曲線的離散性圖 圖4-27 P-SN 曲線的基本形式第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析2 P-S-N曲線的制作原理和方法 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰(1)疲勞壽命服從對數(shù)正態(tài)分布的P-N曲線NdeIogNFIogNxpuIogNNlog21)()(21log疲勞壽命N服從對數(shù)正態(tài)分布，則其分布函數(shù)為： 第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析2 P-S-N曲線的制作原理和方法 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰(1)疲勞壽命服從對數(shù)正態(tài)分布的P-N曲線圖4-28 圖解法參數(shù)

24、估計(jì)第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰2對數(shù)正態(tài)分布P-S-N的曲線的作法第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)（1作P-N曲線（2求不同P值時每一個應(yīng)力水平的對數(shù)疲勞壽命（3作P-S-N曲線。 4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰2對數(shù)正態(tài)分布P-S-N的曲線的作法圖 4-29 對數(shù)正態(tài)分布的P-N曲線第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰3 威布爾分布P-S-N曲線的作法第四

25、章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)(1)作多個應(yīng)力水平下的多條P-N曲線(2) 求不同P值時各的疲勞應(yīng)力循環(huán)次數(shù)值。 (3) 作曲線。 4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰3 威布爾分布P-S-N曲線的作法圖 4-30 對數(shù)正態(tài)分布的P-S-N曲線 圖 4-31 威布爾分布的P-N曲線第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰3 威布爾分布P-S-N曲線的作法圖 4-32 威布爾分布的P-S-N曲線第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.6 疲勞強(qiáng)度

26、可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析最小二乘法的應(yīng)用(1) 最小二乘法與回歸系數(shù)。 (2) P-N曲線的直線擬合。 NSP (3) 曲線的直線擬合(4)相關(guān)性檢驗(yàn)。 第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析5.給定壽條件下的疲勞強(qiáng)度及其可靠度現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰(1) 可靠性設(shè)計(jì)的疲勞極限線圖 從P-S-N曲線可知，在給定應(yīng)力水平下，零件達(dá)到破壞的循環(huán)次數(shù)壽命服從一定概率分布。同樣，在給定壽命循環(huán)次數(shù)下，導(dǎo)致零件破壞的應(yīng)力水平，即疲勞強(qiáng)度也具有一定的概率分布，而且實(shí)踐證明，其

27、多數(shù)是服從正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布。 第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰(1) 可靠性設(shè)計(jì)的疲勞極限線圖圖4-33 不同r值時疲勞極限分布 圖4-34 疲勞極限線圖第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰(2) 零件的疲勞極限 在疲勞試驗(yàn)中，最好用零件做試驗(yàn)，得出數(shù)據(jù)，這樣得到的強(qiáng)度分布，不需要進(jìn)行修正，可以直接應(yīng)用于該零件的可靠性設(shè)計(jì)。但是用零件做疲勞試驗(yàn)，不僅試驗(yàn)費(fèi)用高，而且需要大型設(shè)備，有時甚至不可能。 第四章第

28、四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰(3)零件的疲勞強(qiáng)度及其可靠度圖 4-36 轉(zhuǎn)軸與光滑試樣的疲勞極限線圖 圖4-37 r為常數(shù)時零件的強(qiáng)度-應(yīng)力關(guān)系第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析6 有限壽命脈動條件下零件的疲勞壽命及其可靠度 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰(1)等幅變應(yīng)力作用下零件的疲壽命及可靠度2121exp21)(NNNnNNNf其概率密度函數(shù)為：第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)

29、方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰(2)不穩(wěn)定變應(yīng)力作用下零件的疲勞壽命1載荷應(yīng)力累積頻數(shù)分布圖。 圖 4-39 實(shí)測應(yīng)力累積頻數(shù)分布圖第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰2按疲勞損傷累積理論預(yù)測疲勞壽命圖4-40 損傷累積理論示意圖邁納Miner法 第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰2柯特-多蘭Corten-Dolan法圖 4-41 C-D變形疲勞曲線第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.6 疲勞強(qiáng)度可靠

30、性分析疲勞強(qiáng)度可靠性分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰(3) 承受多級變應(yīng)力作用的零件，在給定壽命時的可靠度 圖 4-42 多級等幅變應(yīng)力譜第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.7 可靠性試驗(yàn)可靠性試驗(yàn)1 概述現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰1 壽命試驗(yàn)2篩選試驗(yàn)3現(xiàn)場使用試驗(yàn)4、環(huán)境試驗(yàn)第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.7 可靠性試驗(yàn)可靠性試驗(yàn) 為評估、驗(yàn)證與分析產(chǎn)品可靠性而進(jìn)行的試驗(yàn)，總稱為可靠性實(shí)驗(yàn)?？煽啃栽囼?yàn)按試驗(yàn)性質(zhì)，可分為破壞性試驗(yàn)與非破壞性試驗(yàn)；按產(chǎn)品對象，可分為元件試驗(yàn)與設(shè)備試驗(yàn)；按試驗(yàn)?zāi)康?，可分為?yàn)證試驗(yàn)與鑒定試驗(yàn)；多數(shù)情況是按試驗(yàn)項(xiàng)目

31、來分，大致可分為4大類：壽命試驗(yàn)、篩選試驗(yàn)、現(xiàn)場使用試驗(yàn)及環(huán)境試驗(yàn)。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.7 可靠性試驗(yàn)可靠性試驗(yàn)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰2 壽命試驗(yàn)評價、分析新產(chǎn)品壽命特征試驗(yàn)，稱為壽命試驗(yàn)。 貯存壽命試驗(yàn)。產(chǎn)品在規(guī)定的環(huán)境條件下進(jìn)行非工作狀態(tài)在存放試驗(yàn)，稱為貯存試驗(yàn)。它的目的是了解新產(chǎn)品在特定的環(huán)境條件下貯存的可靠性。 貯存試驗(yàn)就是把樣品存放在一定的環(huán)境條件下。這些條件大體有室內(nèi)外、棚下、露天、坑道包括發(fā)射井等）、室溫、高溫、低溫等，應(yīng)視實(shí)際需要選定。然后定期測量其參數(shù)，并定期進(jìn)行必要的例行試驗(yàn)，根據(jù)參數(shù)的變

32、化和規(guī)定的失效標(biāo)準(zhǔn)，來確定產(chǎn)品的貯存壽命或失效率。由于在貯存期間，產(chǎn)品處于非工作狀態(tài)，失效率較低，通常要選取較多的樣品作較長期的試驗(yàn)，才能對新產(chǎn)品的可靠性作出比較確切的預(yù)測與評價。 第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.7 可靠性試驗(yàn)可靠性試驗(yàn)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰(2) 工作壽命試驗(yàn)。 產(chǎn)品在規(guī)定的條件下作加負(fù)荷的工作試驗(yàn)，稱為工作壽命試驗(yàn)。 工作壽命試驗(yàn)又分靜態(tài)和動態(tài)兩種試驗(yàn)。 靜態(tài)試驗(yàn)就是加額定負(fù)荷的壽命試驗(yàn)，通過它可以了解新產(chǎn)品在 額定應(yīng)力下的工作可靠性。此項(xiàng)試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備較簡單，便于確切反映產(chǎn)品在實(shí)際工作狀態(tài)下的可靠性。 動態(tài)試驗(yàn)是模擬產(chǎn)品實(shí)際工作狀態(tài)的試

33、驗(yàn)，由于這種試驗(yàn)與產(chǎn)品的實(shí)際工作狀態(tài)非常接近，所以它的準(zhǔn)確度比靜態(tài)試驗(yàn)好，但動態(tài)試驗(yàn)的設(shè)備比較復(fù)雜，費(fèi)用較高。 第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.7 可靠性試驗(yàn)可靠性試驗(yàn)(3) 加速壽命試驗(yàn) 。現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰 由于產(chǎn)品的可靠性水平迅速提高，為了縮短試驗(yàn)周期，節(jié)省樣品與費(fèi)用，快速對產(chǎn)品的可靠性作出評價，就要作加速壽命試驗(yàn)。 根據(jù)試驗(yàn)中應(yīng)力施加的方式， 加速壽命試驗(yàn)可分為：恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)、步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)和序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)三種。 第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.7 可靠性試驗(yàn)可靠性試驗(yàn)3篩選試驗(yàn)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永

34、峰 所謂篩選試驗(yàn)，就是通過各種方法，將不符合規(guī)范要求的產(chǎn)品剔除出去，將合格的產(chǎn)品保留下來的試驗(yàn)程序。從廣義上講，產(chǎn)品制造過程中，各種工藝質(zhì)量檢驗(yàn)，半成品、成品的測試，就是一種篩選過程。 第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.7 可靠性試驗(yàn)可靠性試驗(yàn)4現(xiàn)場使用試驗(yàn)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰 為評價、分析產(chǎn)品的可靠性，在使用現(xiàn)場對產(chǎn)品工作可靠性所進(jìn)行的測量、實(shí)驗(yàn)，稱為現(xiàn)場使用試驗(yàn)?，F(xiàn)場使用試驗(yàn)是最符合實(shí)際情況的試驗(yàn)，它可以真實(shí)地反映產(chǎn)品在實(shí)際使用條件下的可靠性，也可作為驗(yàn)證模擬試驗(yàn)準(zhǔn)確性的依據(jù)。因此，現(xiàn)場使用試驗(yàn)是產(chǎn)品研制過程中的一個重要程序。第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠

35、性工程基礎(chǔ)4.7 可靠性試驗(yàn)可靠性試驗(yàn)5、環(huán)境試驗(yàn)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰 為評價、分析環(huán)境條件對產(chǎn)品可靠性影響的試驗(yàn)，稱為環(huán)境試驗(yàn)。環(huán)境試驗(yàn)的目的：在研制早期，是要評價產(chǎn)品的使用參數(shù)對各種環(huán)境強(qiáng)度的敏感性，并探測可能發(fā)生的故障型式；在研制后期，用以探索并驗(yàn)證設(shè)備或系統(tǒng)環(huán)境強(qiáng)度影響下可靠性指標(biāo)的變化規(guī)律。第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) 4.7 可靠性試驗(yàn)可靠性試驗(yàn)6 指數(shù)分布壽命試驗(yàn)的分類和試驗(yàn)設(shè)計(jì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰(1)壽命試驗(yàn)的分析 按照產(chǎn)品的實(shí)際需要，一般的可靠性壽命試驗(yàn)按其停止試驗(yàn)的方式分為：定數(shù)截尾試驗(yàn)和定時截尾試驗(yàn)。 所謂定數(shù)截尾試驗(yàn)，是指試驗(yàn)達(dá)到規(guī)定的失效數(shù)rN就停止的試驗(yàn)。所謂定時截尾試驗(yàn)，是指試驗(yàn)達(dá)到規(guī)定的試驗(yàn)時間r就停止的試驗(yàn)。第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.7 可靠性試驗(yàn)可靠性試驗(yàn)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)，孟憲頤，高振莉，劉永峰(2)壽命試驗(yàn)的設(shè)計(jì)1) 明確試驗(yàn)對象。 2) 確定試驗(yàn)條件。 3) 擬定失效標(biāo)準(zhǔn)。 4)選定測試周期。 第四章第四章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ)4.7 4.7 可靠性