结构可靠性分析基础ppt课件

1、七、构造系统可靠性分析1. 引 言 构造系统可靠性分析的目的是为了预测构造系统在规定的运用条件下，在所要求的任务时间内，完成规定功能才干的高低。并且研讨能够到达的实践最高可靠度的条件。可靠性预测任务，对选择构造设计方案有很高的价值，由于决议方案选择的重要要素之一是这些方案的相对可靠度。可靠性预测也可提示降低构造系统可靠性的缘由，找到了影响构造系统可靠性的主要缘由之后，便可采用必要的改良措施，以提高构造系统的可靠性。 构造系统的可靠性取决于构成构造系统的一切零、部件的可靠性和各零、部件的衔接方法。2. 构造系统可靠性框图分析法 构造系统是由相互作用的零、部件组成，研讨构造系统可靠性时，最重要的任

2、务就是建立构造可靠性模型。这种可靠性模型通常用可靠性框图表示，它是一种显示构造系统可靠或失效的诸零、部件之间的逻辑关系的表示图。绘制这些框图的原那么是有利于对构造系统可靠或失效的逻辑关系迅速而有效地作出判别。2.1 串联构造 串联构造指的是，构造系统种各零、部件从功能和逻辑关系上看，好像许多链环衔接成的一个链条。图7-1表示 n 个零部件的串联构造逻辑框图。 这种串联构造的特点是： ( a ) 假定构造系统中 n 个零(部)件相互独立，即其中任何一个零(部)件12n 图7-1 串联构造可靠性框图的失效都与其它零(部)件的失效无关。 ( b ) 构造系统中任何一个零(部)件失效，都引起整个构造系

3、统失效；反之，构造系统假设能正常任务，就必需每个零(部)件都处于可靠形状。 设构造系统中各零(部)件的可靠度分别为 ，那么根据概率乘法定理，串联构造的可靠度为假设各零(部)件的寿命都服从指数分布，即(7.1)其中 为第 个零(部)件的失效率，那么构造系统的可靠度为因此，构造系统的失效率为构造系统的平均寿命为(7.2)(7.3)nRRR , , ,21niinStRtRtRtRtR121)()()()()(0 ,)(tetRtiiiittnitSSniiieeetR11)(niiS1niiSim111 以上结果阐明，在串联构造中串联的零(部)件数 n 愈大，那么该构造系统的可靠度 和平均寿命就愈

4、小。从设计方面思索，为提高串联络统的可靠性，可从以下三方面思索： 1尽能够减少串联单元个数 n ； 2提高单元可靠性，降低其失效率 ； 3缩短任务时间 。2.2 并联构造 并联构造的特点是，构造系统中一切零(部)件都失效时，构造系统才失效，只需其中一个零(部)件能任务，构造系统仍处于任务形状。图7-2是 n 个零(部)件并联构造的功能逻辑框图。 设该构造系统中各零(部)件的可靠度为 ，不可靠度即破坏概率为 ，假设并联构造中各零(部)件失效相互独立，那么根据概率乘法定理，其不可靠度为12n 图7-2 并联构造可靠性框图)(tRS)(titnRRR , , ,21nFFF , , ,21(7.4)

5、(7.5)并联构造的可靠度为 从以上结果可以看出，并联构造的可靠度 随零(部)件数 n 和零(部)件可靠度 的添加而添加。2.3 串并联构造 许多构造系统是由串联构造和并联构造组合而成的，称为串并联构造。串并联组合构造的方式很多，它可以是由一组串联子构造与另一组串联子构造组成的并联构造，也可以是由两个或更多的并联子构造串联成的构造系统；还可以是混合串并联的组合构造系统。图7-3(a)是串并联构造逻辑框图。其可靠度的计算方法，是先将构造系统中相应的串、并联子构造归并起来，简化为一个等效的串联构造或并联构造，然后计算等效构造系统的可靠度，即为原构造系统的可靠度。niiniiStRtFtF11)(1

6、 )()(niiSStRtFtR1)(1 1)(1)()(tRS)(tRi123456781234567812345678abc图7-3 串并联构造可靠性框图及简化过程 图7-3所例如子的计算步骤如下： 1求出串联单元1，2，3和串联单元4，5及并联单元6，7三个子系统的可靠度 ， ， 。 2求出并联单元123，45子系统的可靠度 。 3最后求等效的串联络统，即图7-3(c)的可靠度 ，得123R45R67R321123RRRR5445RRR)1)(1 (17667RRR12345R)1)(1 RRSR8765432186712345)1)(1 (1)1)(1 (1

7、RRRRRRRRRRRRS2.4 r/n 构造的可靠性 从逻辑功能关系上看，串联构造是非冗余的构造系统，并联构造是完全冗余的构造系统，许多构造系统并不一定是这两种极端情况，而是部分冗余的构造系统，即由 n 个零部件组成的构造系统中有 r 个或 r 个以上零部件正常任务时，构造系统才干正常任务1rn，记作 r/n ，或 r-out-of-n 。为了研讨问题方便起见，先讨论由三个零部件并联的构造系统中至少要求两个零部件正常任务，构造系统才干正常任务的情况。如图7-4所示。 此构造系统正常运转有四种情况： (a) 1、2、3三个零部件均正常； (b) 零部件 1 失效，2、3 正常； (c) 零部件

8、 2 失效，1、3 正常； (d) 零部件 3 失效，1、2 正常。根据概率的加法定理和乘法定理，构造系1232/3图7-4 2/3构造可靠性框图统的可靠度为： 当各零部件可靠度一样，即 ，那么 假设各零部件的失效时间服从指数分布，且失效率 为常数，那么构造系统的平均任务时间为(7.6)(7.7)(7.8)3213132213213213213212)1 ()1 ()1 (RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRSRRRR3213223RRRS653223)23()()MTBF(MTTF0 320 dteedttRtt或 普通情况，r/n 表决系统的数学模型为：式中： 系统的可靠度； 系统

9、组成单元各单元一样的可靠度； 表决器的可靠度。 当表决器的可靠度为1，各单元均服从失效率为 的指数分布时，r/n 系统的可靠度为：(7.9)(7.10)系统的平均任务时间为：(7.11) 当r = 1，1/n 即为并联络统；当r = n， n/n 即为串联络统。 r/n 系统的平均任务时间比并联络统小，比串联络统大。ininriinmStRtRCRtR)(1 )()()(tRS)(tRmRnriinttiinSeeCtR)1 ()(0 1)(MTTFnriSidttR2.5 贮备构造的可靠性 图7-5所示为由 n 个零部件组成的贮备构造的逻辑框图。贮备构造系统又称为旁联构造系统，其特征是：其中

10、一个零部件任务，其他 n-1 个零部件处于非任务形状的贮备，当任务的零部件发生缺点时，经过转换安装使贮备的零部件逐个地去交换，直到一切的零部件都发生缺点时，那么该贮备构造失效。 贮备构造应该有监测安装及转换安装。监测安装的作用是当任务的零部件一旦失效时，监测安装及时发现这一缺点并发出信号，使转换安装及时任务。转换安装的作用就是及时的使贮备零部件逐个地去顶替失效的零部件，保证贮备构造系统正常任务。 在飞机上起落架的应急放下构造是典型的贮备构造。图7-5 贮备构造可靠性框图12n K缺点监测和转换安装 在由 n 个单元构成的贮备系统中，假设缺点检查器与转换开关可靠度很高即接近100%，使其不影响系

11、统可靠度，那么在给定的时间 t 内，只需累积的失效单元数不多于 (n-1) 个，那么系统均不会失效。 假设各单元的失效率 ，那么贮备系统的可靠度可用泊松分布的部分求和公式来计算：(7.12)当 时，那么这时，贮备系统的平均寿命为)()()(21tttn)!1()(! 3)(! 2)(1)(132nttttetRntS2n)1 (teRtSttdtdRRSSS1122211)(MTTF0 0 0 dttedtedttRttS3. 缺点方式影响及危害性分析FMECA Failure Mode Effect and Criticality Analysis 缺点方式影响及危害性分析是分析系统中每一产

12、品一切能够产生的缺点方式及其对系统呵斥的一切能够影响，并按每一个缺点方式的严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法。 缺点方式影响分析FMEA是缺点方式分析FMA和缺点影响分析FEA的综合。而缺点方式影响及危害性分析FMECA是缺点方式影响分析FMEA及缺点危害性分析FCA的综合。即FMECA包括三个内容：缺点方式分析、缺点影响分析和影响的危害性又称“严重性或“致命性分析。 目前在航空、航天、兵器、舰船、电子、机械、汽车、家用电器等工业领域， FMECA方法均获得了一定程度的普及，为保证产品的可靠性发扬了重要作用。可以说该方法经过长时间的开展与完善，已获得了广泛的运用与认可，成为在系统的

13、研制中必需完成的一项可靠性分析任务。4. 缺点失效树分析法FTA 缺点树分析Fault Tree AnalysisFTA法是在构造系统设计过程中，对能够呵斥构造系统失效的各种要素进展分析，画出逻辑框图即缺点树，从而确定构造系统失效缘由的各种能够组合方式或其发生概率，以计算构造系统失效概率，采取相应纠正措施，以提高构造系统可靠性的一种分析方法。 缺点树分析的特点是： a缺点树分析是一种图形演绎方法，是失效事件在一定条件下的逻辑推理方法。它可以围绕特定的失效形状作层层深化的分析，因此在明晰的缺点树图形下，表达了构造系统的内在联络，并指出零部件失效与构造系统失效之间的逻辑关系，从而可找出构造系统的全

14、部缺点谱，找出构造系统的薄弱环节。 b它能思索能够呵斥构造系统失效的各种要素，不仅可以分析某些零部件失效对构造系统的影响，还可以思索软件的、环境的和人的行为等要素。 c缺点树建成后，对不曾参与构造系统设计分析的管理和维修人员来说相当于一个笼统的管理、维修指南，因此可用于培训运用构造系统的人员和用于检查事故发生的缘由。 d经过缺点树分析，可以定量的计算复杂构造系统的失效概率和有关可靠性参数，为改善和评价构造系统可靠性提供定量数据。 e缺点树分析比较复杂，任务量大，必需运用计算机。 缺点树分析的缺陷是：建树时需求思索的要素太多，耗费人力和时间，而且容易失察和出错，往往缺乏所需原始数据。 缺点树分析法虽然目前已获得了广泛的运用，但该方法本身仍需求进一步开展和完善。 缺点树分析的主要步骤如下：选择和确定顶事件；自上而下地建造缺点树；缺点树的定性分析；缺点树的定量计算。顶事件TM1M2M3M4M5M63x7x6x1x4x8x5x6x2x缺点树例如缺点树的定性分析缺点树的定性分析 缺点树定性分析的目的在于寻觅导致顶事件发生的缘由事件及缘由事件的组合，即识别导致顶事件发生的一切缺点方式集合；协助分析人员发现潜在的缺点，发现设计的薄弱环节，以便改良设计；还可用于指点缺点诊断，改良运用和维修方案。 在进展缺点树定性分析之