机械可靠性设计应力强度干涉模型.ppt

第一页，共三十三页，2022年，8月28日 6.1 概述 可靠性是指“机械产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力”，是衡量机械产品质量的一个重要指标。 机械可靠性设计时将概率统计理论、失效物理和机械学等相结合起来的综合性工程技术。 机械可靠性设计特点：设计变量看成随机变量 概率统计设计结构参数 第二页，共三十三页，2022年，8月28日 一般机械产品的可靠性设计程序： 1)方案论证阶段 2)审批阶段 3)设计研制阶段 4)生产及实验阶段 5)使用阶段 可靠性设计的重要内容： 可靠性预测 可靠性分配 第三页，共三十三页，2022年，8月28日 可靠性的数值标准(指标) 可靠度(Reliability) 失效率或故障率(Failure Rate) 平均寿命(Mean Life) 有效寿命(Useful Life) 维修度(Maintainability) 有效度(Availability) 重要度(Importance) 第四页，共三十三页，2022年，8月28日 6.2 可靠度(Reliability) 可靠度表示产品在规定的工作条件下和规定的时间内完成规定功能的概率。 假设有N个零件，经过时间t后有NQ(t)个零件失效，NR(t)个零件仍能正常工作，则该零件可靠度R(t)与故障(失效)概率Q(t)定义为： 第五页，共三十三页，2022年，8月28日 故在开始使用t=0 产品为NQ(0)=0; R(0)=1; Q(0)=0 NQ(∞)=N; R(∞)=0; Q(∞)=1 故在[0, +∞]区间R(t)?； Q(t)? 对Q(t)求导得失效密度函数 f(t)是故障分布函数又称故障概率密度函数，由上式知 累计失效密度函数 第六页，共三十三页，2022年，8月28日 失效率(Failure Rate) 也称故障率 定义：产品工作到t时刻后，在下一单位时间内失效的概率。 第七页，共三十三页，2022年，8月28日 例：设有100个某种器件，工作5年失效4件，工作6年失效7件。求t=5的失效率。 解：取?t=1年时，有 或： 第八页，共三十三页，2022年，8月28日 说明：N个产品t=0时开始工作，到时刻t失效数为n(t)，t时刻的残存产品数为N-n(t),在(t,t+?t)时间区间内有?n(t)个产品失效，则时刻t的失效率为 第九页，共三十三页，2022年，8月28日 6.2.2 三种失效率—失效模式 早期失效区域：试车跑合期 正常工作区域出现的失效具有随机性，故障变化率不大 功能失效区域的故障率迅速上升。零件：耗损、疲劳、老化 指数分布 韦布尔分布 正态分布 第十页，共三十三页，2022年，8月28日 平均寿命(平均失效时间, Mean Time Between Failures-MTBF)：失效的平均间隔时间，即平均无故障工作时间。 (1)正态分布的MTBF (2)指数分布时的MTBF (3)韦布尔分布时的MTBF 第十一页，共三十三页，2022年，8月28日 6.3 机械强度可靠性设计 6.3.1 机械可靠性设计原理—应力强度分布干涉理论 1、应力—强度干涉模型 机械可靠性设计就是要搞清楚载荷应力及零件强度的分布规律，合理的建立应力与强度之间的数学模型，严格控制失效概率，以满足设计要求。 下图给出了强度可靠性设计过程 第十二页，共三十三页，2022年，8月28日 载荷统计和概率分布 应力计算 应力统计和概率分布 几何尺寸分布和其他随机因素 材料机械性能统计和概率分布 强度计算 强度统计和概率分布 机械可靠性设计 f(s ) f (d ) 干涉模型 第十三页，共三十三页，2022年，8月28日 h a b 应力分布 f (s ) d t t0 tx f (s ) 强度分布 衰减曲线 g(d ) 强度变化 不安全 g(d ) 实际安全裕量 常规设计最初的安全度 第十四页，共三十三页，2022年，8月28日 零件可能出现失效的区域干涉区 (1)安全系数＞1存在不可靠度 (2)材料强度和工作应力离散程度达，干涉部分加大，不可靠度增大 (3)当材质性能好、工作应力稳定时，使两分布离散度小，干涉部分相应的减小，可靠度增大。 所以为保持产品可靠性，只进行安全系数计算是不够的，还需要进行可靠度计算。 第十五页，共三十三页，2022年，8月28日 6.3.2 求可靠度 当应力小于强度时不发生失效，应力小于强度的全部概率即为可靠度，表达为 R =P(s <d )=P[(d -s)>0] 应力超过强度，将发生失效，应力大于强度的