第 39 卷 第 6 期 2010年11月
电 子 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Electronic Science and Technology of China
Vol.39 No.6 Nov. 2010
机械电子工程
综合的结构可靠度函数预测模型
汪忠来 ,黄洪钟,王贵宝
(电子科技大学机械电子工程学院 成都 610054)
【摘要】基于结构产品的现场失效数据样本较少以及物理结构模型可靠性评估存在误差,建立了综合考虑失效数据和结 构失效模式及衰退机理的结构可靠度函数预测模型.采用一阶可靠性方法(FORM)进行物理结构可靠度评估,将失效数据方法 得到的可靠度和物理结构方法得到的可靠度作为输入进行模糊回归,估计概率分布参数.建立的可靠度函数预测模型能较精 确地预测结构产品随时间变化的可靠度,为结构产品的可靠性设计以及维修策略的制定奠定了理论基础.通过实例验证了该 模型的可行性. 关 键 词 衰退机理; 失效数据; 失效模式; 可靠度预测; 结构可靠度 中图分类号 TJ81+0.321 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1001-0548.2010.06.031
Integrated Prediction Model for Structural Reliability Function
WANG Zhong-lai, HUANG Hong-zhong, and WANG Gui-bao
(School of Mechatronics Engineering, University of Electronic Science and Technology of China Chengdu 610054)
Abstract Since the samples for some structural products are very few and the reliability obtained from the physical model has some errors, an integrated reliability function prediction model based on failure data, failure modes and degradation mechanics of the structural product is proposed. First order reliability method (FORM) is implemented to calculate the reliability based on physical model. Both the reliability from failure data and physical model are considered as fuzzy inputs to estimate the parameters in the probability distribution. The proposed reliability function prediction model can accurately predict the time-dependent reliability of the structural product. Reliability-based design and maintenance strategy can be properly made in terms of the predicted time-dependent reliability. An engineering example is used to illustrate the proposed reliability function prediction model. Key words degradation mechanics; failure data; failure mode; reliability prediction; structural reliability 可靠度预测作为可靠性工程的重要组成部分, 是可靠性优化设计和维修策略制定的前提.目前, 对于结构产品主要有两种可靠度预测方法: 根据 (1) [1-2] 失效数据进行统计分析 ;(2) 根据产品的失效模 式和衰退机理对结构在物理层面进行可靠度预测[3-4]. 在实际工程中,对很多产品来说,获取大量的失效 数据是困难的,甚至是不可能的.由于样本少,统 计分析方法预测精度比较低.而物理层面可靠度预 测方法基于产品的失效模式和衰退机理,直接与产 品的物理结构相关.通过对物理结构进行建模,利 用广义应力强度干涉模型进行可靠度函数预测.该 方法扩展了基于失效模式的静态可靠度预测[5-7],但 其预测的结果具有误差,如建模误差,计算近似误 差[8].由于随机设计变量和随机参数的分布特性很 难确定,物理方法用某种特定的概率分布近似随机 设计变量和随机参数的分布特性,从而忽略了主观 不确定性.非概率可靠度预测方法充分考虑了主观 不确定性, 并得到了广泛的关注[9-11], 但是通过非概 率方法预测到的可靠度是一个区间,不利于可靠性 设计和维修策略的制定. 到目前为止,人们习惯将统计可靠度预测方法 和物理可靠度预测方法划分为两个不同的领域.实 质上,两者是密切联系的,不同之处在于两者是从 不同的角度预测结构产品的可靠度.本文综合考虑 统计方法和物理方法得到的可靠度进行结构产品的 可靠度函数预测,以提高预测精度.由于主观因素 (如失效数据的模糊性和用某种特定的分布近似随 机变量的分布特性)对两种方法的可靠度计算的影

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