結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎

1、結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎2結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎授課提綱結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎授課提綱第一章第一章 緒論緒論 + + 結(jié)構(gòu)的失效結(jié)構(gòu)的失效第二章第二章 常用概率分布及次序量統(tǒng)計常用概率分布及次序量統(tǒng)計第三章第三章 統(tǒng)計失效模型統(tǒng)計失效模型第四章第四章 可靠性試驗中的統(tǒng)計方法可靠性試驗中的統(tǒng)計方法第五章第五章 基于疲勞安全壽命的可靠性分析基于疲勞安全壽命的可靠性分析第六章第六章 估計問題中子樣容量的確定估計問題中子樣容量的確定第七章第七章 強度問題可靠性研究概述強度問題可靠性研究概述第八章第八章 影響飛機結(jié)構(gòu)可靠性的主要因素影響飛機結(jié)構(gòu)可靠性的主要因素第九章第九章 概率斷裂力學與概率損傷容限

2、概率斷裂力學與概率損傷容限/ /耐久性專題耐久性專題結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎3第一章第一章 緒論緒論 可靠性問題的提出與發(fā)展可靠性問題的提出與發(fā)展 可靠性的定義及研究的主要內(nèi)容可靠性的定義及研究的主要內(nèi)容 結(jié)構(gòu)可靠性研究的內(nèi)容與特點結(jié)構(gòu)可靠性研究的內(nèi)容與特點 可靠性的度量可靠性的度量結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎4可靠性問題的提出與發(fā)展可靠性問題的提出與發(fā)展“可靠性可靠性” - - 衡量產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要指標。衡量產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要指標。 定性理解評價定性理解評價 定量分析度量定量分析度量 可靠性的研究始于第二次世界大戰(zhàn)；可靠性的研究始于第二次世界大戰(zhàn)； 電子設備的可靠性問題電子設備的可靠性問題 德國德國V-2

3、V-2火箭誘導裝置火箭誘導裝置 5050年代初期開始，更多地引入統(tǒng)計方法和概率概念以后，定年代初期開始，更多地引入統(tǒng)計方法和概率概念以后，定量的可靠性才得到廣泛應用，可靠性問題才作為一門新的學科被量的可靠性才得到廣泛應用，可靠性問題才作為一門新的學科被系統(tǒng)地加以研究。系統(tǒng)地加以研究。19501950年，美國成立了海陸空三軍的年，美國成立了海陸空三軍的“國防部電子設備的可靠性專國防部電子設備的可靠性專門 工 作 組門 工 作 組 ” ， 1 9 5 21 9 5 2 年 改 名 為年 改 名 為 “ 電 子 設 備 可 靠 性 顧 問 團電 子 設 備 可 靠 性 顧 問 團（AGREEAGRE

4、E）”。19571957年該組織發(fā)表了著名的年該組織發(fā)表了著名的“軍用電子設備的可軍用電子設備的可靠性靠性”報告，成為可靠性研究的奠基性文獻。其內(nèi)容包括九個方報告，成為可靠性研究的奠基性文獻。其內(nèi)容包括九個方面：面：結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎5 （1 1）確定各種軍用電子設備可靠性的最低要求，并根據(jù)系統(tǒng)各）確定各種軍用電子設備可靠性的最低要求，并根據(jù)系統(tǒng)各部件的重要性、技術水平等來分配系統(tǒng)的可靠性。部件的重要性、技術水平等來分配系統(tǒng)的可靠性。 （2 2）建立研制樣機的可靠性評估方法、平均無故障工作時間）建立研制樣機的可靠性評估方法、平均無故障工作時間（MTBFMTBF）的測量方法及基于指數(shù)分布的序貫試

5、驗計劃，以證明研制樣）的測量方法及基于指數(shù)分布的序貫試驗計劃，以證明研制樣機滿足最低的可靠性要求。機滿足最低的可靠性要求。 （3 3）制定試生產(chǎn)及批生產(chǎn)產(chǎn)品的可靠性評估程序和基于指數(shù)分）制定試生產(chǎn)及批生產(chǎn)產(chǎn)品的可靠性評估程序和基于指數(shù)分布的布的MTBFMTBF壽命試驗計劃。壽命試驗計劃。 （4 4）制定電子設備研制程序，以保證研制的設備具有合同所要）制定電子設備研制程序，以保證研制的設備具有合同所要求的固有可靠性。求的固有可靠性。 （5 5）基于失效率，制訂電子元部件可靠性的分析方法及準則。）基于失效率，制訂電子元部件可靠性的分析方法及準則。 （6 6）確定已有的采購及合同的條例與可靠性文件的

6、相容性，提）確定已有的采購及合同的條例與可靠性文件的相容性，提出必要的修改建議。出必要的修改建議。 （7 7）確定運輸、包裝對產(chǎn)品可靠性的影響，提出改進措施。）確定運輸、包裝對產(chǎn)品可靠性的影響，提出改進措施。 （8 8）確定儲存對設備可靠性的影響，提出改進措施。）確定儲存對設備可靠性的影響，提出改進措施。結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎6 美國對于機械可靠性的研究，開始于美國對于機械可靠性的研究，開始于6060年代初期，其發(fā)展與航天年代初期，其發(fā)展與航天計劃有關。當時在航天方面由于機械故障引起的事故多，損失大。計劃有關。當時在航天方面由于機械故障引起的事故多，損失大。于是美國宇航局（于是美國宇航局（NASA

7、NASA）從）從19651965年起開始進行機械可靠性研究，年起開始進行機械可靠性研究，例如：用超載負荷進行機械產(chǎn)品的可靠性試驗驗證；在隨機動載荷例如：用超載負荷進行機械產(chǎn)品的可靠性試驗驗證；在隨機動載荷下研究機械結(jié)構(gòu)和零件的可靠性；將預先給定的可靠度目標值直接下研究機械結(jié)構(gòu)和零件的可靠性；將預先給定的可靠度目標值直接落實到應力分布和強度分布都隨時間變化的機械零件的設計中去，落實到應力分布和強度分布都隨時間變化的機械零件的設計中去，等等。等等。 （9 9）確定在使用中如何保持設備固有的設計可靠性水平的方法）確定在使用中如何保持設備固有的設計可靠性水平的方法及程序。及程序。 日本在日本在1956

8、1956年從美國引進可靠性技術。年從美國引進可靠性技術。19581958年日本科學技術聯(lián)盟設年日本科學技術聯(lián)盟設立了可靠性研究委員會。立了可靠性研究委員會。19601960年成立了可靠性及質(zhì)量控制專門小組。年成立了可靠性及質(zhì)量控制專門小組。19711971在日本召開了第一屆可靠性學術討論會。日本將可靠性技術推在日本召開了第一屆可靠性學術討論會。日本將可靠性技術推廣應用到民用工業(yè)部門取得了很大成功，使其高可靠性產(chǎn)品暢銷到廣應用到民用工業(yè)部門取得了很大成功，使其高可靠性產(chǎn)品暢銷到全世界，帶來巨大的經(jīng)濟效益。全世界，帶來巨大的經(jīng)濟效益。結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎7 英國于英國于19621962年出版了年出版

9、了可靠性與微電子學可靠性與微電子學（Reliability Reliability and Microelectronicsand Microelectronics）雜志。法國國立通訊研究所也在同一）雜志。法國國立通訊研究所也在同一年成立了年成立了“可靠性中心可靠性中心”，進行數(shù)據(jù)的收集與分析，并于，進行數(shù)據(jù)的收集與分析，并于19631963年出版了年出版了可靠性可靠性雜志。雜志。 前蘇聯(lián)在前蘇聯(lián)在5050年代就開始了對可靠性理論及應用的研究。年代就開始了對可靠性理論及應用的研究。19641964年，年，當時的蘇聯(lián)及東歐各國在匈牙利召開了第一屆可靠性學術會議，當時的蘇聯(lián)及東歐各國在匈牙利召開了

10、第一屆可靠性學術會議，至至19771977年已先后召開了四次這樣的會議。年已先后召開了四次這樣的會議。 國際電子技術委員會（國際電子技術委員會（IECIEC）于）于19651965年設立了可靠性技術委員年設立了可靠性技術委員會，會，19771977年改名為可靠性與維修性技術委員會。它對可靠性方年改名為可靠性與維修性技術委員會。它對可靠性方面的定義、用語、書寫方法、可靠性管理、數(shù)據(jù)收集等方面，面的定義、用語、書寫方法、可靠性管理、數(shù)據(jù)收集等方面，進行了國際間的協(xié)調(diào)工作。進行了國際間的協(xié)調(diào)工作。結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎8 結(jié)構(gòu)體系可靠性結(jié)構(gòu)體系可靠性(structural system reliabil

11、ity)(structural system reliability)于于6060年代中年代中后期才有所研究，至后期才有所研究，至7070年代末、年代末、8080年代才加快發(fā)展起來；結(jié)構(gòu)可年代才加快發(fā)展起來；結(jié)構(gòu)可靠性的另一分支靠性的另一分支-結(jié)構(gòu)運動部件的可靠性研究（主要包括機構(gòu)結(jié)構(gòu)運動部件的可靠性研究（主要包括機構(gòu)可靠性與可分離連接的可靠性研究）也于可靠性與可分離連接的可靠性研究）也于7070年代很快發(fā)展起來年代很快發(fā)展起來。 世界各先進工業(yè)國家對產(chǎn)品可靠性的研究越來越深入，涉及的世界各先進工業(yè)國家對產(chǎn)品可靠性的研究越來越深入，涉及的范圍也越來越廣。紛紛建立了研究可靠性的專門機構(gòu)，制定并范

12、圍也越來越廣。紛紛建立了研究可靠性的專門機構(gòu)，制定并逐步修改完善有關產(chǎn)品可靠性管理、可靠性試驗、可靠性設計、逐步修改完善有關產(chǎn)品可靠性管理、可靠性試驗、可靠性設計、可靠性預計與評估的大量標準、手冊和指南。并積極開展了人可靠性預計與評估的大量標準、手冊和指南。并積極開展了人為因素對可靠性的影響、軟件可靠性及可靠性與維修性相互關為因素對可靠性的影響、軟件可靠性及可靠性與維修性相互關系的研究。系的研究。 我國的可靠性研究從我國的可靠性研究從6060年代已經(jīng)開始，年代已經(jīng)開始，7070年代和年代和8080年代得到了年代得到了很大發(fā)展。很大發(fā)展。結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎9 在現(xiàn)代生產(chǎn)中，可靠性研究已經(jīng)深入到航

13、空航天、核工業(yè)、電力在現(xiàn)代生產(chǎn)中，可靠性研究已經(jīng)深入到航空航天、核工業(yè)、電力工業(yè)、船舶、建筑、計算機等各個領域?？煽啃约夹g已貫穿于產(chǎn)工業(yè)、船舶、建筑、計算機等各個領域?？煽啃约夹g已貫穿于產(chǎn)品的開發(fā)研制、設計、制造、試驗、使用、運輸、保管及維修保品的開發(fā)研制、設計、制造、試驗、使用、運輸、保管及維修保養(yǎng)等各個環(huán)節(jié)。養(yǎng)等各個環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎102. 2. 可靠性的定義及研究的主要內(nèi)容可靠性的定義及研究的主要內(nèi)容可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力?？煽啃裕寒a(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。19571957年，年，AGREEAGREE；19661966

14、年，年，MIL-STD-721BMIL-STD-721B； 國標國標 GB3187-82GB3187-82任務可靠性和基本可靠性之分任務可靠性和基本可靠性之分19801980年，年，MIL-STD-785BMIL-STD-785B；國軍標；國軍標 GJB450-88GJB450-88，GJB451-90GJB451-902.1 2.1 可靠性的定義可靠性的定義任務可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的任務剖面內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。任務可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的任務剖面內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。它反映了產(chǎn)品的執(zhí)行任務成功的概率，只統(tǒng)計危及任務成功的致命故障。它反映了產(chǎn)品的執(zhí)行任務成功的概率，只統(tǒng)計危及任務成功的致命故障。*

15、 *任務剖面：產(chǎn)品在完成規(guī)定任務這段時間內(nèi)所經(jīng)歷的事件和環(huán)境的時序描述。其任務剖面：產(chǎn)品在完成規(guī)定任務這段時間內(nèi)所經(jīng)歷的事件和環(huán)境的時序描述。其中包括任務成功或致命性故障的判斷標準。中包括任務成功或致命性故障的判斷標準?；究煽啃裕寒a(chǎn)品在規(guī)定條件下，無故障的持續(xù)時間或概率?；究煽啃裕寒a(chǎn)品在規(guī)定條件下，無故障的持續(xù)時間或概率。它包括了全壽命單位的全部故障，反映產(chǎn)品維修人力和后勤保障等要求。它包括了全壽命單位的全部故障，反映產(chǎn)品維修人力和后勤保障等要求。產(chǎn)品的可靠性可用可靠度來衡量?？煽慷仁怯酶怕时硎镜漠a(chǎn)品的可產(chǎn)品的可靠性可用可靠度來衡量?？煽慷仁怯酶怕时硎镜漠a(chǎn)品的可靠性程度。顯見，可靠度是可靠

16、性的定量表示?？啃猿潭?。顯見，可靠度是可靠性的定量表示。結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎11在可靠性的上述定義中，含有以下因素：在可靠性的上述定義中，含有以下因素： 對象對象 可靠性問題的研究對象是產(chǎn)品，它是泛指的，可以是元件、組件、零可靠性問題的研究對象是產(chǎn)品，它是泛指的，可以是元件、組件、零件、部件、機器、設備，甚至整個系統(tǒng)。研究可靠性問題時首先要明確對象。件、部件、機器、設備，甚至整個系統(tǒng)。研究可靠性問題時首先要明確對象。不僅要確定具體的產(chǎn)品，而且還應明確它的內(nèi)容和性質(zhì)。如果研究對象是一不僅要確定具體的產(chǎn)品，而且還應明確它的內(nèi)容和性質(zhì)。如果研究對象是一個系統(tǒng)，則不僅包括硬件，而且也包括軟件和人的判斷和

17、操作等因素在內(nèi)，個系統(tǒng)，則不僅包括硬件，而且也包括軟件和人的判斷和操作等因素在內(nèi)，需要以人需要以人- -機系統(tǒng)的觀點去觀察和分析問題。機系統(tǒng)的觀點去觀察和分析問題。 使用條件使用條件 包括運輸條件、儲存條件、使用時的環(huán)境條件（如溫度、壓力、濕度、包括運輸條件、儲存條件、使用時的環(huán)境條件（如溫度、壓力、濕度、載荷、振動、腐蝕、磨損等等）、使用方法、維修水平、操作水平等預期的載荷、振動、腐蝕、磨損等等）、使用方法、維修水平、操作水平等預期的運輸、儲存及運行條件，對其可靠性都會有很大影響運輸、儲存及運行條件，對其可靠性都會有很大影響。結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎12 規(guī)定時間規(guī)定時間 與可靠性關系非常密切的是

18、關于使用期限的規(guī)定，因為可靠度與可靠性關系非常密切的是關于使用期限的規(guī)定，因為可靠度是一個有時間性的定義。對時間性的要求一定要明確。時間可以是是一個有時間性的定義。對時間性的要求一定要明確。時間可以是區(qū)間（區(qū)間（0 0，T T）或區(qū)間（）或區(qū)間（T1T1，T2T2）。有時對某些產(chǎn)品給出相對于時間）。有時對某些產(chǎn)品給出相對于時間的一些其它指標會更明確，例如里程（距離）、周期、次數(shù)等等。的一些其它指標會更明確，例如里程（距離）、周期、次數(shù)等等。 規(guī)定功能規(guī)定功能 要明確產(chǎn)品的規(guī)定功能的內(nèi)容。一般來說，所謂要明確產(chǎn)品的規(guī)定功能的內(nèi)容。一般來說，所謂“完成規(guī)定功完成規(guī)定功能能”是指在規(guī)定的使用條件下能

19、維持所規(guī)定的正常工作而不失效是指在規(guī)定的使用條件下能維持所規(guī)定的正常工作而不失效（或發(fā)生故障），指研究對象（產(chǎn)品）能在規(guī)定的功能參數(shù)下正常（或發(fā)生故障），指研究對象（產(chǎn)品）能在規(guī)定的功能參數(shù)下正常運行。應注意運行。應注意“失效失效”不一定僅僅指產(chǎn)品不能工作，因為有些產(chǎn)品不一定僅僅指產(chǎn)品不能工作，因為有些產(chǎn)品雖然還能工作，但由于其功能參數(shù)已漂移到規(guī)定界限之外了，即不雖然還能工作，但由于其功能參數(shù)已漂移到規(guī)定界限之外了，即不能按照規(guī)定正常工作，也視為能按照規(guī)定正常工作，也視為“失效失效”。即要弄清該產(chǎn)品的功能是。即要弄清該產(chǎn)品的功能是什么，其失效或故障（喪失規(guī)定功能）又是怎樣定義的。什么，其失效或

20、故障（喪失規(guī)定功能）又是怎樣定義的。結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎13 概率概率 “可靠度可靠度”是可靠性的概率表示。把概念性的可靠性用具體的是可靠性的概率表示。把概念性的可靠性用具體的教學形式教學形式概率表示，這就是可靠性技術發(fā)展的出發(fā)點。因為用概概率表示，這就是可靠性技術發(fā)展的出發(fā)點。因為用概率來定義可靠度后，對元件、組件、零件、部件、總成、機器、設率來定義可靠度后，對元件、組件、零件、部件、總成、機器、設備、系統(tǒng)等產(chǎn)品的可靠程度的測定、比較、評價、選擇等等才有了備、系統(tǒng)等產(chǎn)品的可靠程度的測定、比較、評價、選擇等等才有了共同的基礎，對產(chǎn)品可靠性方面的質(zhì)量管理才有了保證。共同的基礎，對產(chǎn)品可靠性方面的質(zhì)

21、量管理才有了保證。 如上所述，討論產(chǎn)品的可靠性問題時，必須明確對象、使用條如上所述，討論產(chǎn)品的可靠性問題時，必須明確對象、使用條件、使用期限、規(guī)定的功能等因素，而用概率來度量產(chǎn)品的可靠性件、使用期限、規(guī)定的功能等因素，而用概率來度量產(chǎn)品的可靠性時就是產(chǎn)品的可靠度?？煽啃远勘硎镜牧硪惶攸c是其隨機性。因時就是產(chǎn)品的可靠度?？煽啃远勘硎镜牧硪惶攸c是其隨機性。因此，廣泛采用概率論和數(shù)理統(tǒng)計方法來對產(chǎn)品的可靠性進行定量計此，廣泛采用概率論和數(shù)理統(tǒng)計方法來對產(chǎn)品的可靠性進行定量計算。算。 還要注意產(chǎn)品的功能有主次之分，故障也有主次之分。有時次還要注意產(chǎn)品的功能有主次之分，故障也有主次之分。有時次要的故

22、障不影響主要功能，因而也不影響完成主要功能的可靠性。要的故障不影響主要功能，因而也不影響完成主要功能的可靠性。結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎142.2 2.2 可靠性研究的主要內(nèi)容可靠性研究的主要內(nèi)容 可靠性研究貫穿于產(chǎn)品的預研、分析、設計、制造、裝配、試驗、使可靠性研究貫穿于產(chǎn)品的預研、分析、設計、制造、裝配、試驗、使用和管理等整個過程和一切方面，內(nèi)容極其豐富。在其發(fā)展過程中形成了用和管理等整個過程和一切方面，內(nèi)容極其豐富。在其發(fā)展過程中形成了三個主要領域或三個方面：三個主要領域或三個方面：1 1）可靠性數(shù)學）可靠性數(shù)學 可靠性數(shù)學是可靠性研究的最重要的基礎理論之一，它主要是研究與可靠性數(shù)學是可靠性研究

23、的最重要的基礎理論之一，它主要是研究與解決各種可靠性問題的數(shù)學方法與數(shù)學模型，研究可靠性的定量規(guī)律。它解決各種可靠性問題的數(shù)學方法與數(shù)學模型，研究可靠性的定量規(guī)律。它屬于應用數(shù)學范疇，涉及到概率論、數(shù)理統(tǒng)計、隨機過程、運籌學及拓撲屬于應用數(shù)學范疇，涉及到概率論、數(shù)理統(tǒng)計、隨機過程、運籌學及拓撲學等數(shù)學分支。它應用于可靠性的數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)設計及壽命學等數(shù)學分支。它應用于可靠性的數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)設計及壽命試驗等方面。試驗等方面。2 2）可靠性物理）可靠性物理 可靠性物理又稱失效物理，是研究失效的物理原因與數(shù)學物理模型及可靠性物理又稱失效物理，是研究失效的物理原因與數(shù)學物理模型及檢

24、測方法與糾正措施的一門可靠性理論。它使可靠性工程從數(shù)理統(tǒng)計方法檢測方法與糾正措施的一門可靠性理論。它使可靠性工程從數(shù)理統(tǒng)計方法結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎15發(fā)展到以理化分析為基礎的失效分析方法。它是從本質(zhì)上、從機理方發(fā)展到以理化分析為基礎的失效分析方法。它是從本質(zhì)上、從機理方面探究產(chǎn)品的不可靠因素，從而為研制、生產(chǎn)高可靠性產(chǎn)品提供科學面探究產(chǎn)品的不可靠因素，從而為研制、生產(chǎn)高可靠性產(chǎn)品提供科學的依據(jù)。的依據(jù)。3 3）可靠性工程）可靠性工程 可靠性工程是對產(chǎn)品的失效及其發(fā)生的概率進行統(tǒng)計、分析，對可靠性工程是對產(chǎn)品的失效及其發(fā)生的概率進行統(tǒng)計、分析，對產(chǎn)品進行可靠性設計、可靠性預測、可靠性試驗、可靠性評

25、估、可靠產(chǎn)品進行可靠性設計、可靠性預測、可靠性試驗、可靠性評估、可靠性管理、可靠性檢驗、可靠性控制、可靠性生產(chǎn)、可靠性維修及失效性管理、可靠性檢驗、可靠性控制、可靠性生產(chǎn)、可靠性維修及失效分析的一門包含了許多工程技術的邊緣性工程學科。分析的一門包含了許多工程技術的邊緣性工程學科。 它是立足于系統(tǒng)工程方法，運用概率論與數(shù)理統(tǒng)計等數(shù)學工具它是立足于系統(tǒng)工程方法，運用概率論與數(shù)理統(tǒng)計等數(shù)學工具（屬可靠性數(shù)學），對產(chǎn)品的可靠性問題進行定量的分析；采用失效（屬可靠性數(shù)學），對產(chǎn)品的可靠性問題進行定量的分析；采用失效分析方法（可靠性物理）和邏輯推理對產(chǎn)品故障進行研究，找出薄弱分析方法（可靠性物理）和邏輯推

26、理對產(chǎn)品故障進行研究，找出薄弱環(huán)節(jié)，確定提高產(chǎn)品可靠性的途徑，并綜合地權(quán)衡經(jīng)濟、功能等方面環(huán)節(jié)，確定提高產(chǎn)品可靠性的途徑，并綜合地權(quán)衡經(jīng)濟、功能等方面的得失，將產(chǎn)品的可靠性提高到滿意的程度的一門學科。的得失，將產(chǎn)品的可靠性提高到滿意的程度的一門學科。結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎16 它包括了對產(chǎn)品可靠性進行工作的全過程，即從對零件、部件它包括了對產(chǎn)品可靠性進行工作的全過程，即從對零件、部件和系統(tǒng)等產(chǎn)品的可靠性方面的數(shù)據(jù)進行收集與分析做起，對失效機和系統(tǒng)等產(chǎn)品的可靠性方面的數(shù)據(jù)進行收集與分析做起，對失效機理進行研究，在此基礎上對產(chǎn)品進行可靠性設計；采用能確?？煽坷磉M行研究，在此基礎上對產(chǎn)品進行可靠性設計；

27、采用能確?？煽啃缘闹圃旃に囘M行制造；完善質(zhì)量管理與質(zhì)量檢驗以保證產(chǎn)品的可性的制造工藝進行制造；完善質(zhì)量管理與質(zhì)量檢驗以保證產(chǎn)品的可靠性；進行可靠性試驗來證實和評估產(chǎn)品的可靠性；以合理的包裝靠性；進行可靠性試驗來證實和評估產(chǎn)品的可靠性；以合理的包裝和運輸方式來保持產(chǎn)品的可靠性；指導用戶對產(chǎn)品的正確使用、提和運輸方式來保持產(chǎn)品的可靠性；指導用戶對產(chǎn)品的正確使用、提供優(yōu)良的維修保養(yǎng)和社會服務來維持產(chǎn)品的可靠性。即可靠性工程供優(yōu)良的維修保養(yǎng)和社會服務來維持產(chǎn)品的可靠性。即可靠性工程包括了產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)的收集與分析、研制、分析設計、生產(chǎn)制造、包括了產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)的收集與分析、研制、分析設計、生產(chǎn)制造、試

28、驗、管理、運輸儲存、使用維護、信息反饋、設計更改全過程中試驗、管理、運輸儲存、使用維護、信息反饋、設計更改全過程中的可靠性技術工作，是一項真正的系統(tǒng)工程。的可靠性技術工作，是一項真正的系統(tǒng)工程。 在可靠性工程中，很重視對現(xiàn)場使用的數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)的收集在可靠性工程中，很重視對現(xiàn)場使用的數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)的收集與交換。許多國家都有全國性的數(shù)據(jù)收集與交換組織，建立有各種與交換。許多國家都有全國性的數(shù)據(jù)收集與交換組織，建立有各種數(shù)據(jù)庫。因為數(shù)據(jù)是可靠性設計和可靠性研究的基礎。在可靠性工數(shù)據(jù)庫。因為數(shù)據(jù)是可靠性設計和可靠性研究的基礎。在可靠性工程中，都是通過可靠性數(shù)據(jù)和信息反饋來改進產(chǎn)品的可靠性。程中，都是

29、通過可靠性數(shù)據(jù)和信息反饋來改進產(chǎn)品的可靠性。結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎173. 3. 結(jié)構(gòu)可靠性研究的內(nèi)容與特點結(jié)構(gòu)可靠性研究的內(nèi)容與特點 就結(jié)構(gòu)可靠性分析而言，它包括了主要失效模式的確定、主要就結(jié)構(gòu)可靠性分析而言，它包括了主要失效模式的確定、主要影響因素及其統(tǒng)計特性的描述、數(shù)學模型的建立及可靠度的計算方影響因素及其統(tǒng)計特性的描述、數(shù)學模型的建立及可靠度的計算方法等，是結(jié)構(gòu)可靠性研究的最基本的問題。法等，是結(jié)構(gòu)可靠性研究的最基本的問題。可靠性研究可靠性研究電子產(chǎn)品可靠性電子產(chǎn)品可靠性非電產(chǎn)品可靠性非電產(chǎn)品可靠性機械可靠性機械可靠性結(jié)構(gòu)可靠性結(jié)構(gòu)可靠性機構(gòu)可靠性機構(gòu)可靠性可靠性按研究對象的分類可靠性按研

30、究對象的分類結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎18機械可靠性的特點機械可靠性的特點機械產(chǎn)品可靠性與電子產(chǎn)品可靠性相比，具有許多不同的特點，了機械產(chǎn)品可靠性與電子產(chǎn)品可靠性相比，具有許多不同的特點，了解分析這些特點，對于開展機械可靠性設計與分析具有重要意義?，F(xiàn)將解分析這些特點，對于開展機械可靠性設計與分析具有重要意義?，F(xiàn)將主要特點綜述如下：主要特點綜述如下： （a a）電子產(chǎn)品的失效模式比較簡單，而機械產(chǎn)品的失效模式比較）電子產(chǎn)品的失效模式比較簡單，而機械產(chǎn)品的失效模式比較復雜。復雜。 （b b）電子產(chǎn)品使用過程發(fā)生的故障主要是由于偶然因素造成的，）電子產(chǎn)品使用過程發(fā)生的故障主要是由于偶然因素造成的，而機械產(chǎn)品

31、故障原因主要是疲勞、老化、磨損、腐蝕等，因而主要是耗而機械產(chǎn)品故障原因主要是疲勞、老化、磨損、腐蝕等，因而主要是耗損型故障。損型故障。 （c c）電子產(chǎn)品的應力易于預計，而機械產(chǎn)品的應力難于準確預計。）電子產(chǎn)品的應力易于預計，而機械產(chǎn)品的應力難于準確預計。 （d d）電子產(chǎn)品可以通過篩選等排除早期失效，在經(jīng)濟上是合理和）電子產(chǎn)品可以通過篩選等排除早期失效，在經(jīng)濟上是合理和有效的，而機械產(chǎn)品要開展這項工作在經(jīng)濟上通常是十分昂貴和困難的。有效的，而機械產(chǎn)品要開展這項工作在經(jīng)濟上通常是十分昂貴和困難的。結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎19 （e e）電子產(chǎn)品一般都是由標準的電子元器件組成的，而標準的電）電子產(chǎn)品一

32、般都是由標準的電子元器件組成的，而標準的電子元器件的基本失效率一般可看作常數(shù)。機械產(chǎn)品的功能零部件多是子元器件的基本失效率一般可看作常數(shù)。機械產(chǎn)品的功能零部件多是非標準件，而且一種零部件常常要完成多種功能，使用環(huán)境又惡劣，非標準件，而且一種零部件常常要完成多種功能，使用環(huán)境又惡劣，因此，像電子產(chǎn)品一樣統(tǒng)計其失效率是很困難的。目前已有的失效率因此，像電子產(chǎn)品一樣統(tǒng)計其失效率是很困難的。目前已有的失效率統(tǒng)計模型及手冊中的數(shù)據(jù)都不足以作為機械產(chǎn)品可靠性預計的直接依統(tǒng)計模型及手冊中的數(shù)據(jù)都不足以作為機械產(chǎn)品可靠性預計的直接依據(jù)。據(jù)。 （g g）機械產(chǎn)品的壽命和可靠性試驗一般是小子樣的，而且，為）機械產(chǎn)

33、品的壽命和可靠性試驗一般是小子樣的，而且，為了檢測耗損型故障模式，所要求的試驗時間較長，采用電子產(chǎn)品的可了檢測耗損型故障模式，所要求的試驗時間較長，采用電子產(chǎn)品的可靠性鑒定試驗統(tǒng)計方案往往是研制方無法接受和難于實現(xiàn)的，當然很靠性鑒定試驗統(tǒng)計方案往往是研制方無法接受和難于實現(xiàn)的，當然很多機械產(chǎn)品壽命分布不服從指數(shù)分布，因此，指數(shù)分布的統(tǒng)計試驗方多機械產(chǎn)品壽命分布不服從指數(shù)分布，因此，指數(shù)分布的統(tǒng)計試驗方案也無法使用。案也無法使用。 （f f）電子產(chǎn)品推薦的維修主要是以更換元器件為主，而機械產(chǎn)品）電子產(chǎn)品推薦的維修主要是以更換元器件為主，而機械產(chǎn)品推薦的維修是修復和更換并重。推薦的維修是修復和更換

34、并重。結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎20 （h h）電子產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)已經(jīng)形成了若干手冊或文件，而機械）電子產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)已經(jīng)形成了若干手冊或文件，而機械產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)還十分缺乏。產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)還十分缺乏。 （i i）機械產(chǎn)品可靠性要考慮載荷、幾何尺寸、材料性能數(shù)據(jù)等因）機械產(chǎn)品可靠性要考慮載荷、幾何尺寸、材料性能數(shù)據(jù)等因素的分散性和隨機性。涉及很多學科，如力學、摩擦學、電化學等，素的分散性和隨機性。涉及很多學科，如力學、摩擦學、電化學等，這無疑給研究機械可靠性帶來很大的困難。這無疑給研究機械可靠性帶來很大的困難。 機械產(chǎn)品的上述特點導致了其可靠性工作與電子產(chǎn)品的可靠性工機械產(chǎn)品的上述特點導致了其

35、可靠性工作與電子產(chǎn)品的可靠性工作之間的差異?，F(xiàn)行的可靠性設計、試驗、技術與標準的部分內(nèi)容不作之間的差異?，F(xiàn)行的可靠性設計、試驗、技術與標準的部分內(nèi)容不能完全適用于機械產(chǎn)品，必須對其進行適當?shù)募舨?、增補和修改。能完全適用于機械產(chǎn)品，必須對其進行適當?shù)募舨?、增補和修改。 當然，機械產(chǎn)品可靠性與電子產(chǎn)品可靠性的工作目標是一致的，當然，機械產(chǎn)品可靠性與電子產(chǎn)品可靠性的工作目標是一致的，都是要在有限經(jīng)費和有限時間內(nèi)，獲得使用戶盡可能滿意的高可靠性都是要在有限經(jīng)費和有限時間內(nèi)，獲得使用戶盡可能滿意的高可靠性產(chǎn)品。可靠性工程的基本原理對機械產(chǎn)品同樣適用，其中的許多方法產(chǎn)品?？煽啃怨こ痰幕驹韺C械產(chǎn)品同樣

36、適用，其中的許多方法都可直接用于機械產(chǎn)品的可靠性工作。都可直接用于機械產(chǎn)品的可靠性工作。結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎214.4.可靠性的度量可靠性的度量1 1）破壞（失效）概率）破壞（失效）概率 按定義，結(jié)構(gòu)壽命按定義，結(jié)構(gòu)壽命 的概率分布函數(shù)的概率分布函數(shù) 為為即即 是結(jié)構(gòu)壽命是結(jié)構(gòu)壽命 不超過不超過 的概率，也就是在時刻的概率，也就是在時刻 之前結(jié)構(gòu)的之前結(jié)構(gòu)的破壞概率。因此，結(jié)構(gòu)壽命破壞概率。因此，結(jié)構(gòu)壽命 的分布函數(shù)就是結(jié)構(gòu)破壞概率的分布函數(shù)就是結(jié)構(gòu)破壞概率 。而。而結(jié)構(gòu)壽命結(jié)構(gòu)壽命 的概率密度函數(shù)的概率密度函數(shù)就是結(jié)構(gòu)的破壞（失效）概率密度。就是結(jié)構(gòu)的破壞（失效）概率密度。)(tF)(tF)(

37、tF)(tFdttdFtf)()()(tTPtF1)(tF)(tfttTTTTtt結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎222 2）存活率（可靠度）存活率（可靠度） 按定義，存活率或可靠度按定義，存活率或可靠度 是結(jié)構(gòu)使用到是結(jié)構(gòu)使用到 時刻不破壞（不時刻不破壞（不失效）的概率，于是有失效）的概率，于是有)(tR)(tR1)()(tFtR)(1)(tFtRt1)(tR3 3）危險率（失效率）危險率（失效率） 結(jié)構(gòu)破壞概率（失效概率）或存活率（可靠度）都是反映原結(jié)構(gòu)母結(jié)構(gòu)破壞概率（失效概率）或存活率（可靠度）都是反映原結(jié)構(gòu)母體中任一結(jié)構(gòu)從開始使用到體中任一結(jié)構(gòu)從開始使用到 時為止的整個期間內(nèi)的安全性或可靠性的時為止

38、的整個期間內(nèi)的安全性或可靠性的高低。為了深入研究結(jié)構(gòu)的安全性或可靠性，有時需要知道：使用到某高低。為了深入研究結(jié)構(gòu)的安全性或可靠性，有時需要知道：使用到某一時刻一時刻 未破壞的結(jié)構(gòu)，再繼續(xù)使用下去時的破壞風險或破壞危險性大未破壞的結(jié)構(gòu)，再繼續(xù)使用下去時的破壞風險或破壞危險性大小。這就要用所謂的危險率或失效率小。這就要用所謂的危險率或失效率 來表示。來表示。 描述的是，使用描述的是，使用到到 時刻時未破壞的結(jié)構(gòu)，再繼續(xù)使用下去，在隨后的單位時間內(nèi)的時刻時未破壞的結(jié)構(gòu)，再繼續(xù)使用下去，在隨后的單位時間內(nèi)的)(tr)(tr)(trtttt結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎23破壞（失效）概率。破壞（失效）概率。 即

39、它是結(jié)構(gòu)在即它是結(jié)構(gòu)在 時刻以前未破壞的條件下，在時刻以前未破壞的條件下，在 時刻的條件破壞概率密度。前面講的時刻的條件破壞概率密度。前面講的 是結(jié)構(gòu)在是結(jié)構(gòu)在 時刻的無條件破壞時刻的無條件破壞概率密度，于是有概率密度，于是有 與與 、 、 的關系的關系 根據(jù)定義根據(jù)定義 ， 可得可得即即上式兩端分別對上式兩端分別對 從從 0 到到 積分，注意積分，注意 ，可得，可得)(tf)(1)()()()(tFtftRtftr)(tr)(tR)(tF)(tf)()()(tRtftrdttdRtf)()(dttdRtRtr)()(1)(dttrtRtdR)()()(1)0(Rttttt結(jié)構(gòu)可靠性分析基礎24tdttretR0)()(用用 代替上式中的代替上式中的 得到得到上式兩端分別對上式兩端分別對 求導