機械可靠性設(shè)計技術(shù)-副本

1機械可靠性設(shè)計2可靠性定義可靠性：規(guī)定時間內(nèi)、規(guī)定條件下，完成規(guī)定功能的能力。規(guī)定條件：環(huán)境條件、使用條件、維護條件、操作條件等；規(guī)定時間：是指動作次數(shù)、循環(huán)次數(shù)、運行周期；規(guī)定功能：是技術(shù)性能、使用要求；3應用分類定義在標準條件下，設(shè)計和生產(chǎn)中采用的元器件和材料、及由此形成的設(shè)備整機中能控制的故障事件所達到的水平。用于描述元器件和整機的制造水平。指應用可靠性設(shè)計技術(shù)在綜合考慮產(chǎn)品設(shè)計、制造安裝環(huán)境、維修策略和修理等因素后，產(chǎn)品所達到的水平；用于描述產(chǎn)品在計劃的環(huán)境中使用的可靠性水平。4實際使用條件下，產(chǎn)品機械材料、元器件、整機、配附件的可靠性指標；失效模式與可靠性指標；預示環(huán)境條件下，產(chǎn)品機械材料、元器件、整機、配附件的可靠性指標；失效模式與可靠性指標；基礎(chǔ)可靠性5關(guān)注點與度量指標考慮要求保障的所有故障的影響，用于度量產(chǎn)品無需保障的工作能力，包括與維修和供應有關(guān)的可靠性通常用MTBF表示。僅考慮造成任務失敗的故障影響，用于描述產(chǎn)品完成任務的能力；常用任務可靠度（MR）和致命性故障間隔任務時間（MTBCF）來度量。6建模特點基本可靠性基于維修指標的可靠性度量,對于基本可靠性而言,所有構(gòu)成系統(tǒng)的組成單元,均需采用串聯(lián)模式任務可靠性基于特定任務剖面的可靠性度量,通常采用冗裕方式提高制定任務剖面的可靠性,一般都包含并聯(lián)模式7

可靠性設(shè)計準則的制定◆設(shè)計準則建立原則◆設(shè)計準則內(nèi)容◆按技術(shù)分類可靠性設(shè)計準則

①簡化設(shè)計

②冗余設(shè)計

③熱設(shè)計

④環(huán)境防護設(shè)計

⑤抗沖擊、振動和噪聲設(shè)計

⑥穩(wěn)定性設(shè)計

⑦安裝設(shè)計原材料、零部件和元器件選用

⑧包裝、貯存、裝卸與運輸設(shè)計◆基于典型失效模式和失效機理的可靠性設(shè)計準則

①抗疲勞設(shè)計準則

②抗磨損設(shè)計

③抗腐蝕設(shè)計

④防斷裂設(shè)計

⑤防松動設(shè)計◆典型零件可靠性設(shè)計準則

①軸的可靠性設(shè)計

②齒輪可靠性設(shè)計

③緊固件可靠性設(shè)計◆

設(shè)計準則的貫徹流程與符合性檢查

8基本原理任務可靠性指標特性：故障模式（信息來源、失效分析技術(shù)與故障再現(xiàn)）環(huán)境條件（預示環(huán)境、實際環(huán)境以及環(huán)境的可控制特性）轉(zhuǎn)移特性與控制技術(shù)（繼承性技術(shù)及其設(shè)備的客觀可靠性指標與故障轉(zhuǎn)移頻率特性、新技術(shù)與新設(shè)備的設(shè)計可靠性與故障轉(zhuǎn)移頻率特性；總體布局、設(shè)備安裝、細節(jié)設(shè)計、氣動作用、動力學特性、控制方式、環(huán)境設(shè)計以及特殊的措施9可靠性設(shè)計規(guī)范

EMC設(shè)計規(guī)范熱設(shè)計規(guī)范降額設(shè)計規(guī)范結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計規(guī)范環(huán)境設(shè)計規(guī)范防爆設(shè)計規(guī)范可靠性測試技術(shù)規(guī)范物料編碼管理及物料圖文檔工具軟件……結(jié)構(gòu)設(shè)計基本準則防腐蝕設(shè)計準則鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計準則焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計準則符合公差原則要求的結(jié)構(gòu)設(shè)計準則遵循力學原理的結(jié)構(gòu)設(shè)計準則軸支承結(jié)構(gòu)設(shè)計準則塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計準則切削件結(jié)構(gòu)設(shè)計準則鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計準則陶瓷件設(shè)計準則熱脹冷縮的結(jié)構(gòu)設(shè)計準則薄板件的結(jié)構(gòu)設(shè)計準則可靠性要求的結(jié)構(gòu)設(shè)計準則符合裝配要求的結(jié)構(gòu)設(shè)計準則10高溫測試（高溫運行、高溫貯存）；低溫測試（低溫運行、低溫貯存）；高低溫交變測試（溫度循環(huán)測試、熱沖擊測試）；高溫高濕測試（濕熱貯存、濕熱循環(huán)）；機械振動測試（隨機振動測試、掃頻振動測試）；汽車運輸測試（模擬運輸測試、碰撞測試）；機械沖擊測試；開關(guān)電測試；電源拉偏測試；冷啟動測試；鹽霧測試；淋雨測試；塵砂測試；接口輸入輸出極限條件測試可靠性測試項目11可靠性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的質(zhì)與量真實性（對產(chǎn)品故障的描述、故障發(fā)生的時機、原因、故障現(xiàn)象及造成的影響均應有明確地記錄；連續(xù)性（產(chǎn)品在工作中所有事件發(fā)生的時間記錄及過程的描述）完整性（故障產(chǎn)品本身的使用情況及該產(chǎn)品的歷史及送修、報廢等應盡可能清楚12產(chǎn)品故障失效殘骸及

斷口處理程序與保護準則故障現(xiàn)場失效殘骸醋酸纖維脂斷口保護斷口形貌能譜失效部位樣品保管13

不同載荷環(huán)境作用的

失效特征、模式與機理探討時間特征,形貌特征,標本特征,獨立特征,關(guān)聯(lián)特征,檢測特征,影響特征等宏觀破壞,局部損傷,功能下降,功能完全喪失過載,超壓,疲勞,蠕變,老化,腐蝕變質(zhì)等

第一章機械可靠性設(shè)計基本依據(jù)1.1干涉模型1.2大數(shù)定律與中心極限定理1.3基本載荷形式1.4綜合作用類型1.5主要失效模式1.6系統(tǒng)功能關(guān)系14151.1干涉模型廣義強度—載荷干涉模型σp0強度應力失效161.2大數(shù)定律與中心極限定理事件發(fā)生的的頻率具有穩(wěn)定性，即隨著試驗次數(shù)的增加，事件發(fā)生的頻率逐漸穩(wěn)定于某個常數(shù)，在實踐中人們還意識到大量測量的算術(shù)平均值也具有穩(wěn)定性這種穩(wěn)定性就是大數(shù)定律的客觀背景。定理一：契比雪夫定理的特殊形式設(shè)隨機變量相互獨立，且具有相同的有限數(shù)學期望和方差：，作前n個隨機變量的算術(shù)平均則對任意整數(shù)ε有。17定理1公式18定理1定理一表明，當n很大時，隨機變量的算術(shù)平均接近于數(shù)學期望，這種接近是概率意義上的接近。通俗地說，在定理的條件下，n個隨機變量的算術(shù)平均，當n無限增加時將幾乎變成一個常數(shù)。定理二：貝努利定理設(shè)是n次獨立試驗中事件A發(fā)生的次數(shù)，p是事件A在每次試驗中發(fā)生的概率，則對于任意正數(shù)ε有：19定理2公式20伯奴里定律貝努利定理表明，事件發(fā)生的頻率依概率收斂于事件概率p,這個定理以嚴格的數(shù)學形式表達了頻率的穩(wěn)定性。就是說當n很大時，事件發(fā)生的頻率與概率有較大偏差的可能性很小，由實際推斷原理，在實際應用中，當試驗次數(shù)很大時，便可以用事件發(fā)生的頻率代替事件概率。21中心極限定理在客觀實踐中有許多隨機變量，他們是由大量的相互獨立的隨機因數(shù)的綜合影響所形成的，而其中每一個別因數(shù)在總的影響中所起的作用都是微小的，這種隨機變量往往近似地服從正態(tài)分布，這種現(xiàn)象就是中心極限定理的客觀背景。22定理三同分布的中心極限定理設(shè)隨機變量相互獨立，服從同一分布，且具有有限的數(shù)學期望和方差：，則隨機變量的分布函數(shù)對于任意x，滿足:23定理四李雅普諾夫定理設(shè)隨機變量相互獨立且具有有限的數(shù)學期望和方差：記若存在正數(shù)δ，使得當則隨機變量的分布函數(shù)對于任意x，滿足:24說明定理表明，在定理的條件下，隨機變量當n很大時，近似服從正態(tài)分布（0，1）。由此，當n很大時近似服從正態(tài)分布:這就是說，無論隨機變量具有怎樣的分布，只要滿足定理條件，那么他們的和當n很大時，就近似服從正態(tài)分布。25結(jié)論很多問題中，所考慮的隨機變量，可以表示成很多個隨機變量之和。如在任何指定時刻，一個城市的耗電量，是大量用戶耗電量的總和。一個物理實驗的測量誤差是由許多觀察不到的可加微小誤差所合成的，他們往往近似服從正態(tài)分布。1.3基本載荷形式軸向載荷彎曲載荷扭轉(zhuǎn)載荷剪切載荷接觸載荷2627

載荷作用機械產(chǎn)品所承受的載荷大都是一種不規(guī)則的、不能重復的隨機性載荷；零件的失效通常是由于其所承受的載荷超過了零件在當時狀態(tài)下的極限承載能力的結(jié)果；零件的受力狀況包括：載荷類型、載荷性質(zhì)，以及載荷在零件中引起的應力狀態(tài)。28載荷類型軸向載荷——力作用在零件的軸線上，大小相等，方向相反，包括軸向拉伸和軸向壓縮（表1(a)）載荷在軸向載荷作用下，應力沿橫截面的分布式均勻的。零件上主應力與最大切應力的關(guān)系為彎曲載荷——垂直于零件軸線的載荷（有時還有力偶），它使零件產(chǎn)生彎曲變形。在彎曲載荷作用下，零件橫截面上的主應力分布的規(guī)律是：從表面應力最大改變到中性軸線處應力為零。并且，中性軸線一側(cè)為拉伸應力，另一側(cè)為壓縮應力。29載荷類型扭轉(zhuǎn)載荷——作用在垂直于零件軸線平面內(nèi)的力偶，它使零件發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。在扭轉(zhuǎn)載荷作用下，橫截面上切應力的分布規(guī)律是：從表面最大到橫截面中心處為零（這里講的“中心點”，是指扭轉(zhuǎn)中心軸線與橫截面的交點）剪切載荷——使零件內(nèi)相鄰兩截面發(fā)生相對錯動的作用力。表1（d）表示螺栓在連接接合面處受剪切，并與被連接孔壁互壓。螺桿還受彎曲，但在各接合面貼緊的情況下可以不考慮。在剪切載荷作用下，力大小沿平行于最小切應力的橫截面上均勻的。30載荷類型接觸載荷——兩個零件表面間的接觸有點接觸、線接觸和面接觸。零件受載后在接觸部位的正交壓縮載荷稱為接觸載荷（表1（e））例如，滾動軸承工作時，滾子與滾道之間，齒輪傳動中輪齒與輪齒之間的壓力都是接觸載荷。在接觸載荷作用下，主應力與最大切應力之比是不定。31表1載荷基本類型32表1載荷基本類型33載荷性質(zhì)載荷的性質(zhì)可以分為以下幾種：靜載荷——緩緩地施加于零件上的載荷，或恒定的載荷。沖擊載荷——以很大速度作用于零件上的載荷，沖擊載荷往往表現(xiàn)為能量載荷。交變載荷——載荷的大小、方向隨時間變化的載荷，其變化可以是周期性的，也可以是無規(guī)則的。34載荷的性質(zhì)

交變應力的形式對稱循環(huán)應力——等值交變的拉伸、壓縮和剪切應力（圖1(a)）。脈動循環(huán)應力——單向應力，其應力值從零變化到最大，r=0，如圖1(b)所示。非對稱循環(huán)應力——應力值由最小到最大變化，最小應力既可能是正值（圖1(c)），也可能負值。隨機循環(huán)應力——實際運轉(zhuǎn)的機器，由于服役條件可能發(fā)生變化35圖1交變應力的類型36交變載荷作用的疲勞可靠性設(shè)計準則◆變應力和變載荷的類型及疲勞強度

◆p-S-N曲線的內(nèi)涵

◆疲勞壽命可靠性預計

1.4綜合作用類型熱力聯(lián)合載荷-腐蝕復合作用振動-熱熱-濕371.5主要失效模式疲勞斷裂龜裂快速斷裂腐蝕斷裂結(jié)構(gòu)干涉性能退化3839產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可靠性失效摸式應力疲勞損傷與疲勞破壞應變疲勞破壞白點與氫脆應力腐蝕斷裂高溫疲勞熱疲勞與龜裂蠕變與老化剝離雷擊損傷接觸疲勞與微動磨損靜載破壞與結(jié)構(gòu)失穩(wěn)安全裂紋尺寸與裂紋失穩(wěn)擴展40常見故障從故障統(tǒng)計來看，主要表現(xiàn)在早期故障和責任故障兩類電子器件、電氣設(shè)備、液壓系統(tǒng)的故障都基本屬于單元級帶到系統(tǒng)的早期故障；控制系統(tǒng)屬于責任故障，也存在一些設(shè)計故障41故障判據(jù)產(chǎn)品或其中一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿深A定功能的事件或狀態(tài)稱為故障；42典型的故障模式緊固件的松動、結(jié)構(gòu)件和電路板的變形、破裂及失效聯(lián)結(jié)器、繼電器、傳感器、閥門及開關(guān)的瞬間斷開電子器件、固定電路、微電子元件的引線、管腳和導線的磨損和折斷電子插件的性能下降、電器功能下降、粘層、鍵合點斷開、電路瞬間短路和斷路陀螺漂移增大、精度降低、甚至發(fā)生故障控制失靈、結(jié)構(gòu)損傷43結(jié)構(gòu)故障管路系統(tǒng)異常、電纜拉斷、結(jié)構(gòu)失效；管路系統(tǒng)的故障形式是泄露和堵塞；泄漏（焊縫破裂、焊縫缺陷導致強度降低、密封部位缺陷導致密封缺陷、過熱破壞等）堵塞（燃氣雜質(zhì)沉積過多或管路有多余物）44故障分析的兩個模型物論性模型：關(guān)注發(fā)生故障的部位、形式及其成因，手段是從物理、化學和材料等方面，從微觀角度進行機理的模式；概率論模型：注重故障和時間的關(guān)系，用數(shù)理統(tǒng)計的方法，研究其故障時間的概率分布，是宏觀模式。45故障的影響工作能力下降或功能的喪失昂貴的保障費用安全問題高頻發(fā)生故障對有冗余設(shè)計和替代工作模式的設(shè)計需要考慮雙重故障模式的影響，如應急裝置同時故障造成的后果46主次分析主次分析是用統(tǒng)計的方法找出所分析對象影響最大的因素從故障頻數(shù)、故障原因、故障后果、責任、發(fā)現(xiàn)時間等進行分析；故障頻數(shù)：組成產(chǎn)品的各系統(tǒng)，按主次排列，找出故障最多的系統(tǒng)，以系統(tǒng)為對象，按故障頻數(shù)做主次分析，找出故障最多的分系統(tǒng)；依次逐級分析，直到找出故障頻數(shù)最多的設(shè)備和單元；確定薄弱環(huán)節(jié)。通過主次分析找到影響產(chǎn)品故障的主要原因和責任；將故障影響后果與發(fā)生頻數(shù)綜合一起得到主次分析結(jié)果，可以確定故障頻數(shù)并非最高但造成的影響卻很大的關(guān)鍵系統(tǒng)和設(shè)備47故障影響層次自身影響：產(chǎn)品有故障征候，產(chǎn)品功能下降，到產(chǎn)品功能完全喪失；對上一級的影響：無影響，由故障征候，系統(tǒng)功能下降，到系統(tǒng)功能完全喪失；最終影響：影響執(zhí)行任務，一般等級事故到嚴重等級事故。48關(guān)系可靠性控制的故障應當計入系統(tǒng)可靠性評估的故障包括組成系統(tǒng)后發(fā)生的一切故障；可控故障是可靠性控制的主要對象；可靠性控制設(shè)計的目標是把故障水平和轉(zhuǎn)移概率控制到系統(tǒng)能接受的水平。49指數(shù)分布：具有恒定故障率的部件和設(shè)備，無余度的復雜系統(tǒng)，經(jīng)老練試驗并經(jīng)定期維修的部件和設(shè)備威布爾分布：某些電容、繼電器、開關(guān)、斷路器、電子管、電位計、陀螺、電動機、電纜、電池、材料疲勞、滾珠軸承等對數(shù)正態(tài)分布：電機繞組絕緣、半導體器件、晶體管、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和金屬疲勞正態(tài)分布：輪胎磨損、機械產(chǎn)品等符合典型分布的產(chǎn)品類型返回目錄1.6系統(tǒng)功能關(guān)系獨立故障關(guān)聯(lián)故障致命故障5051第二章基于載荷環(huán)境的材料工藝準則2.1廣義載荷2.2環(huán)境類形2.3材料類型2.4毛坯工藝2.5加工準則522.1廣義載荷靜載交變載荷隨機載荷熱負荷電磁力腐蝕應力532.2環(huán)境類形常溫高溫低溫潮濕電磁環(huán)境其它腐蝕2.3材料類型金屬材料非金屬材料復合材料542.4毛坯工藝鑄造鍛造焊接擠壓成型纏繞編織粉末冶金552.5加工準則可靠夾緊準則最小加工量準則一次夾便于退刀準則便利切削準則減少缺口效應準則避免斜面開孔準則貫通孔優(yōu)先準則孔周邊條件相近準則5657

第三章結(jié)構(gòu)可靠性技術(shù)準則3.1優(yōu)化設(shè)計3.2余度設(shè)計3.3防錯設(shè)計3.4環(huán)境適應性設(shè)計3.5維修性設(shè)計3.1優(yōu)化設(shè)計從失效模式和機理入手，確定機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計應遵循的準則5859系統(tǒng)可靠性串聯(lián)模型和并聯(lián)模型導通為正常截流為正常603、偶然出現(xiàn)的外界應力造成失效1、失效件的設(shè)計、材料、工藝、檢驗。失效的性質(zhì)是個別（偶然的）的還是批次性（可再現(xiàn)）的？2、誤用是不按規(guī)定條件使用產(chǎn)品引起的失效；占的比例較大4、供應商出廠檢驗合格，客戶篩選入庫驗收時卻不合格，可能的原因是客戶在入檢過程篩選中將產(chǎn)品損壞3.2余度設(shè)計（裕度準則）安全系數(shù)方法，通常加大構(gòu)件尺寸，工程上很多因素自身并無一個絕對的數(shù)值，而是一個分布范圍，裕度設(shè)計是解決問題的根本。斷裂破壞、熱應力破壞等因材料特性引起的問題，在構(gòu)件尺寸上加強裕度設(shè)計無效3.3防錯設(shè)計接口顯著差異準則標志標識明確操作規(guī)程編制細則雙崗制及三檢制62

3.4環(huán)境適應性設(shè)計材料選擇優(yōu)化環(huán)境應力控制環(huán)境試驗3.5維修性設(shè)計經(jīng)濟合理準則空間可達性準則安全閥、保險絲、可更換零件方便拆卸準則軸承安裝拆裝準則不能將軸承安裝途徑處的直徑設(shè)計的大于軸承座處的直徑配合公差不能太緊采用剖分式軸承座、可分離軸承軸軸邊開槽，利用拉拔工具軸承座斷面開孔，用螺拴旋擠需液壓擠撐拆裝，要留液壓通道

3.6簡單準則最少數(shù)量、最簡形狀、最少工藝步驟、最簡加工裝配工藝、最普通材料、最簡工具、最簡拆卸步驟…結(jié)合零部件特點，設(shè)定量化評估指標67第四章機械可靠性設(shè)計數(shù)學模型4.1應力強度干涉模型4.2靜載荷作用的可靠性設(shè)計準則4.3交變載荷作用的疲勞可靠性設(shè)計準則4.4壓力容器的可靠性設(shè)計準則4.5交變溫度作用的熱負荷可靠性準則4.6腐蝕與磨損條件下構(gòu)件可靠性準則

684.1應力強度干涉模型◆原理介紹

◆應力強度確定方法◆常見分布的可靠度計算公式

◆數(shù)值積分的可靠度計算69應力－強度干涉理論應力－強度干涉模型在機械產(chǎn)品中，零件（部件）是正常還是失效決定于強度和應力的關(guān)系。當零件（部件）的強度大于應力時，其能夠正常工作；當零件（部件）的強度小于應力時，其發(fā)生失效。因此，要求零件（部件）在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)能夠承載，必須滿足以下條件S——零件（部件）的強度；s——零件（部件）的應力。70應力－強度干涉模型實際工程中的應力和強度都是呈分布狀態(tài)的隨機變量，把應力和強度的分布在同一座標系中表示（如圖3所示）當強度的均值大于應力的均值時，在圖中陰影部分表示的應力和強度“干涉區(qū)”內(nèi)就可能發(fā)生強度小于應力——即失效的情況這種根據(jù)應力和強度干涉情況，計算干涉區(qū)內(nèi)強度小于應力的概率（失效概率）的模型，稱為應力——強度干涉模型。在應力——強度干涉模型理論中，根據(jù)可靠度的定義，強度大于應力的概率可表示為71圖3應力－強度干涉模型72可靠度的一般表達式根據(jù)以上干涉模型計算在干涉區(qū)內(nèi)強度大于應力的概率——可靠度。如圖4所示，當應力為時，強度大于應力的概率為

——

強度分布密度函數(shù)應力處于區(qū)間內(nèi)的概率為

——

應力分布密度函數(shù)；73圖4概率密度函數(shù)聯(lián)合積分求可靠度74可靠度的一般表達式假設(shè)與為兩個獨立的隨機事件，因此兩獨立事件同時發(fā)生的概率為因為上式為應力區(qū)間內(nèi)的任意值，現(xiàn)考慮整個應力區(qū)間內(nèi)的情況，有強度大于應力的概率（可靠度）為當已知應力和強度的概率密度函數(shù)時，根據(jù)以上表達式即可求得可靠度。75

4.2靜載荷作用的可靠性設(shè)計準則

受拉應力的靜強度可靠性設(shè)計

受轉(zhuǎn)矩的靜強度可靠性設(shè)計受彎扭聯(lián)合作用的靜強度可靠性設(shè)計

受彎剪聯(lián)合作用的靜強度可靠性設(shè)計76應力分析計算77應力分布的確定用FMEA確定需要進行可靠度計算的重要失效模式，如：靜強度斷裂、屈服、失穩(wěn)、變形過大、疲勞、磨損、腐蝕等；針對不同的失效模式確定相應的失效判據(jù)，如最大正應力、最大剪應力、最大變形能、最大應變、最大磨損量等；針對不同失效判據(jù)，應用相關(guān)專業(yè)（如材料力學、彈塑性理論、有限元分析、斷裂力學和實驗應力分析等）知識進行應力分析計算；78應力分布的確定確定采用的修正系數(shù)對計算的名義應力進行適當?shù)男拚玫较鄳獞Ψ至康淖畲笾?。常用的應力修正系?shù)有：應力集中系數(shù)、載荷系數(shù)、溫度系數(shù)、表面處理等；計算主應力或復合應力，并確定應力方程中每個參數(shù)和系數(shù)的分布，通過概率運算、矩法或蒙特卡羅法得到相應的應力分布。79強度分布的確定建立與失效應力判據(jù)相對應的強度判據(jù)，常用的強度判據(jù)有最大正應力強度判據(jù)、最大剪應力強度判據(jù)、最大變形能強度判據(jù)等。確定名義強度。名義強度指在標準試驗條件下確定的試件強度，常用名義強度有強度極限、屈服極限、疲勞極限、變形、變形能和磨損（腐蝕）量等。用適當?shù)男拚禂?shù)修正名義強度，通?？紤]的修正系數(shù)有尺寸系數(shù)、表面質(zhì)量系數(shù)、應力集中系數(shù)等。確定強度方程中所有參數(shù)和系數(shù)的分布，通過概率運算、矩法或蒙特卡落法得到相應的強度分布。80通過泰勒級數(shù)展開，用矩法近似確定隨機變量的函數(shù)的均值及標準差。分兩種情況：一維隨機變量與多維隨機變量。一維隨機變量設(shè)y為正態(tài)分布隨機變量X的函數(shù)，X的均值和方差已知，用泰勒級數(shù)展開近似求解y的均值和方差?，F(xiàn)將在處展開，得

用矩法確定應力和強度的分布參數(shù)81用矩法確定應力和強度的分布參數(shù)對上式兩邊取數(shù)學期望，取線性近似解82

用矩法確定應力和強度的分布參數(shù)若很小，則有。對上式兩邊取方差，取線性近似解因為為常量，所以83

用矩法確定應力和強度的分布參數(shù)

對上式兩邊取數(shù)學期望，取線性近似解若很小，則有對上式兩邊取方差，取線性近似解84可靠度的計算方法應力和強度均為正態(tài)分布利用強度應力干涉理論，可靠度定義為強度大于應力的概率：

當應力和強度均為正態(tài)分布時，有式中Ｚ——

安全余量，由于應力和強度均為正態(tài)分布，根據(jù)正態(tài)分布的和（差）仍為正態(tài)分布的性質(zhì)，安全余量也為正態(tài)分布。

85可靠度的計算方法

式中：，可靠度：

將上式化為標準正態(tài)分布形式

86

式中：可靠度的計算方法

從（1）式可知，當已知應力和強度的分布參數(shù)后，就可算得，從正態(tài)分布表就可查得可靠度。因此，（1）式把應力分布參數(shù)、強度分布參數(shù)和可靠度直接聯(lián)系起來，稱之為“連接方程”，稱之為連接系數(shù)，也稱為可靠性系數(shù)。

（1）87定義稱為可靠度指標，根據(jù)（1）和（2）式得式（3）即強度與應力是正態(tài)分布時，可靠度的計算式。其它分布類型常用概率分布的可靠度計算公式參見表3?？煽慷鹊挠嬎惴椒?/p>

（2）

（3）88表3常用概率分布的可靠度計算公式89表3常用概率分布的可靠度計算公式4.3交變載荷作用的疲勞可靠性設(shè)計準則載荷譜測量疲勞強度實驗有限壽命設(shè)計應變疲勞準則無限壽命設(shè)計應力疲勞準則工藝強化抗疲勞準則904.4壓力容器的可靠性設(shè)計準則韌性材料準則幾何止裂準則平面應力準則914.5交變溫度作用的熱負荷可靠性準則控制溫度梯度冷卻設(shè)計材料抗熱疲勞準則熱應力設(shè)計準則924.6腐蝕與磨損條件下構(gòu)件可靠性準則防護設(shè)計準則配合面準則潤滑劑準則環(huán)境匹配準則表面技術(shù)9394

第五章機械可靠性設(shè)計準則5.1基于材力三大假設(shè)的靜載設(shè)計5.2基于交變載荷或譜載荷作用的抗疲勞設(shè)計5.3基于當量初始缺陷分布的概率斷裂控制5.4基于壓力容器快速斷裂控制的損傷容限5.5基于交變溫度作用的熱疲勞特性5.6構(gòu)件防腐蝕和耐磨損設(shè)計955.1傳統(tǒng)靜強度設(shè)計準則及其局限性圣維南原理：如果把物體的一小部分邊界上的面里,變換為分布不同但靜力等效的面力(主矢量相同,對于同一點的主矩也相同),那么,近處的應力分布將有顯著的改變,但是遠處所受的影響可以不計.注意:圣維南原理絕不能離開“靜力等效”幾何、物理、相容96四個強度理論第一類強度理論(斷裂破壞理論)第一強度理論—最大拉應力理論第二強度理論最大伸長線應變理論97四大強度理論第二類強度理論:流動破壞理論第三強度理論:最大剪應力理論第四強度理論:形狀改變比能理論98平面應力

99平面應變當應變發(fā)生在一個應力為0的正交平面時,發(fā)生平面應變

100一般三維空間應力狀態(tài)一般應力狀態(tài)

1015.2基于交變載荷或譜載荷作用的抗疲勞設(shè)計不同載荷形式疲勞問題對稱彎曲疲勞拉壓疲勞扭轉(zhuǎn)疲勞熱疲勞高溫疲勞腐蝕疲勞1021035.3基于當量初始缺陷分布的概率斷裂控制基于初始缺陷的斷裂分析斷裂韌性分布特征應力強度應子分布形式概率斷裂控制5.4基于壓力容器快速斷裂控制的損傷容限壓力容器平面應力設(shè)計平面應變實驗條件損傷容限張開形斷裂控制剪切形斷裂控制反平面剪切斷裂控制104105齒輪斷裂控制1065.5基于交變溫度作用的熱疲勞特性散熱設(shè)計溫度梯度控制幾何連續(xù)性準則熱疲勞失效模式熱強性材料均勻變形準則107過熱108力熱聯(lián)合作用與高溫疲勞1095.6構(gòu)件防腐蝕和耐磨損設(shè)計電偶序及其相容性準則表面防護準則潤滑油匹配準則校核準則綜合試驗熱/化學/氣候復合環(huán)境下工作的構(gòu)件,使用壽命和服役期間,應不出現(xiàn)影響其良好工作狀態(tài)的腐蝕,損傷,磨蝕坑,應力腐蝕裂紋,剝蝕等5.6.1避免大面積疊焊準則是否存在大面積的疊焊、縫隙中的殘留物可能導致零件生銹確認腐蝕環(huán)境條件：兩個不同電化學位勢的電極分別是什么？兩個電極通過何方式實現(xiàn)電接觸？浸泡兩電極的電解質(zhì)是什么？如何形成的？確定是面腐蝕還是點腐蝕如果是面腐蝕，選擇增加板的厚度，按照預期設(shè)計壽命留出板厚余量。選擇其中一種防護層工藝方法：電鍍、噴涂、浸漬上漆、滲透、滾壓、化學轉(zhuǎn)換等金屬濃度不同，間隙內(nèi)腐蝕產(chǎn)物經(jīng)水解化作用酸化，氧氣擴散困難，發(fā)生間隙腐蝕的可能性大得多，例如支承結(jié)構(gòu)、鋼架結(jié)構(gòu)、點焊、單側(cè)焊、容器襯板中。避免間隙結(jié)構(gòu)出現(xiàn)；將間隙密封，使腐蝕性物質(zhì)無法進入；將狹窄空間設(shè)計成較大空間，不停的對流使電解質(zhì)平衡。5.6.2避免間隙腐蝕準則不同金屬是否有電接觸？通過加絕緣措施使不同金屬沒有電接觸；有電接觸的不同金屬，哪是賤金屬，哪是貴金屬？如有螺栓、螺釘連接的結(jié)構(gòu)確定賤金屬是不是要保護的防腐蝕部件（賤金屬充當陽極被腐蝕），如果是則采取系列措施，如果不是，則貴金屬是被保護部件，犧牲賤金屬（陽極）被腐蝕，保護貴金屬（陰極），則不必作技術(shù)處理金屬是否被電解質(zhì)包圍；5.6.3避免局部微觀腐蝕環(huán)境準則結(jié)構(gòu)上保證停車期間，管道中的介質(zhì)能空干，否則溫度下降，殘留介質(zhì)在器壁上濃縮結(jié)殼，再啟動后壁受熱，粘結(jié)在器壁上的結(jié)殼成為應力裂紋腐蝕源5.6.4防止流體通道淤積原則防止大的溫度和濃度梯度，否則會引起沉淀物、冷凝物、局部勢差；高溫度、高濃度也會加速腐蝕過程；局部高溫引起結(jié)殼，結(jié)殼反過來加劇局部過熱；局部低溫會導致冷凝5.6.5避免大溫度和濃度梯度差準則5.6.6防止高速流體準則常出現(xiàn)在高湍流區(qū)；確認結(jié)構(gòu)系統(tǒng)里是否存在高湍流區(qū)？1、結(jié)構(gòu)改進，增大彎管彎曲半徑；2、過濾和離心分離流體，消除固體粒子和氣泡；3、陰極保護或加防腐劑；4、在危險壁面電鍍或加涂層；5、選擇具有堅硬保護層不易腐蝕的材料。對腐蝕速率較慢、均勻的面腐蝕適用；腐蝕速率和設(shè)備的設(shè)計壽命確定壁厚5.6.7腐蝕裕度準則在容積相等的前提下，使受腐蝕的表面最小，比表面積=表面積/體積六面體>正方體>圓柱體>橢圓體>球體5.6.8最小比表面積準則某儲液罐，10立方米容積，是用一個大罐還是用十個小罐減少腐蝕更好一點？不能通過結(jié)構(gòu)措施消除的腐蝕損壞，可設(shè)計上為后續(xù)更換腐蝕部件或加防護措施提供便利1、易于觀察腐蝕損壞；2、易于更換腐蝕嚴重的構(gòu)件；3、易于上涂層，易于電鍍5.6.9便利后繼措施準則5.6.10良好力學狀態(tài)準則類似于焊接件里的強度要求設(shè)計規(guī)范，讓焊縫處于較好的受力狀態(tài)；拉應力會加劇腐蝕；裂紋應力同時存在時，可能產(chǎn)生應力裂紋腐蝕123

第六章機械可靠性應用準則6.1沖擊載荷與霍普金圣效應6.2各態(tài)遍歷的隨機振動6.3隨機振動試驗準則6.4沖擊載荷作用的設(shè)計準則6.5結(jié)構(gòu)柔性與變形協(xié)調(diào)設(shè)計準則6.6壓力容器與動載作用設(shè)計準則6.7振動環(huán)境作用的可靠性準則6.8復合載荷環(huán)境材料匹配準則第六章機械可靠性應用準則6.9載荷環(huán)境毛坯匹配準則6.10減振器與結(jié)構(gòu)阻尼準則6.11潤滑與降噪準則6.12表面技術(shù)與潤滑匹配準則6.13箱座、支架類零部件材料阻尼準則6.14鑄件減震設(shè)計準則6.15鍛件、焊接件抗沖擊設(shè)計準則1241256.1沖擊載荷與霍普金圣效應

吊索、吊具霍普金森實驗宏觀運動振動響應局部效應6.10減振器與結(jié)構(gòu)阻尼準則1266.2各態(tài)遍歷的隨機振動無明顯周期特性，服從均值為零的正態(tài)分布波恩-馮-卡門邊界條件波恩-馮-卡門把N個原子構(gòu)成的鏈看著無限長原子鏈中的一段，線晶格的振動方式數(shù)等于其原子數(shù)。線晶格中，每個原子的振動自由度為1，晶格的獨立方式數(shù)等于晶體自由度數(shù)。三維晶體中獨立的振動方式數(shù)為3N。1276.3隨機振動試驗準則產(chǎn)品和元器件標準篩選試驗產(chǎn)品驗收試驗鑒定試驗例行試驗等采用梯形譜，主要控制指標為：試驗頻帶、功率譜密度水平和總均方根grms1286.4沖擊載荷作用的設(shè)計準則半正弦沖擊:適用于普通碰撞及發(fā)動機點火過程的沖擊描述作用時間幅值控制精度沖擊響應譜:適用于爆炸、分離等作用過程的環(huán)境描述1296.5結(jié)構(gòu)柔性與變形協(xié)調(diào)設(shè)計準則有沖擊載荷的情況下，加大柔性，避免沖擊，但快速響應特性會下降。載荷特征、失效模式、作用機理、宏觀形態(tài)、微觀損傷、細節(jié)設(shè)計與協(xié)調(diào)準則柔性準則的措施：增加等截面桿的長度；避免截面突變；安裝緩沖器；選用彈性模量小的材料。130變形協(xié)調(diào)準則在力的傳遞中，構(gòu)件會發(fā)生變形，變形不對稱、接觸面變形不匹配等都會引起走偏、應力集中等問題；解決措施：在接觸面處，降低構(gòu)件在力流方向上的剛度，以便減少對另一構(gòu)件變形的阻礙，使變形同步；如：軸承的軸固定架、天車的導軌1316.6壓力容器與動載作用設(shè)計準則靜強度傳力路徑損傷容限耐久性與剩余壽命PHM管理KY≤KIC1326.7振動環(huán)境作用的可靠性準則模態(tài)控制激勵控制減振控制聲源控制133簡諧振動運動方程:通解:134有阻尼振動運動方程通解:臨界阻尼:135有阻尼周期振動通解136強迫振動運動方程通解:當發(fā)生共振時避免共振:或137有阻尼強迫振動運動方程:通解:問題:138一般系統(tǒng)示意圖自由振動當q=ω時的強迫振動xt01396.8復合載荷環(huán)境材料匹配準則齒輪運轉(zhuǎn)時主要受力部分是輪齒，齒面承受接觸應力和摩擦力，要求輪齒表面有足夠的強度和硬度同時，齒根部分要承受彎曲應力齒輪運轉(zhuǎn)過程中有時還受到?jīng)_擊力，因此齒輪本體要有一定的強度和韌性140續(xù)一般中小型齒輪應選用綜合機械性能良好的中碳結(jié)構(gòu)鋼，重要的齒輪應選用合金滲碳鋼。其毛坯生產(chǎn)方法采用型材經(jīng)鍛造而結(jié)構(gòu)復雜的大型齒輪，其毛坯可用鑄鋼或球墨鑄鐵鑄造而成在單件生產(chǎn)的條件下，也可用焊接方法制造大型齒輪的毛坯低速運轉(zhuǎn)受力不大的齒輪，可用灰鑄鐵件為毛坯高速輕載的普通小齒輪，為減小噪聲也可用非金屬材料(如尼龍等)制造對要求傳動精確、結(jié)構(gòu)小巧的儀表齒輪，可用板料沖裁而成有些齒輪也可用壓鑄、粉末冶金等方法制成1416.9載荷環(huán)境毛坯匹配準則載荷類型環(huán)境特征工件形狀結(jié)構(gòu)尺寸規(guī)模1426.10減振器與結(jié)構(gòu)阻尼準則減振器諧振特性及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量、阻尼決定的儀器、設(shè)備動力學常數(shù)運動方程通解:臨界阻尼:1436.11潤滑與降噪準則1446.12表面技術(shù)與潤滑匹配準則齒面嚴重膠合現(xiàn)象145A金屬化學處理鋼鐵的化學氧化（0.5~1.5μm）有色金屬的化學氧化(0.5~4μm)鋁及鋁合金的陽極氧化可控制在幾十~幾百微米(鋁自然氧化膜層厚0.010~0.015μm)磷化處理(5~20μm)鉻酸鹽膜(0.8~2μm)146B表面覆蓋技術(shù)準則涂料涂裝(有機涂料：酚醛樹脂、醇酸樹脂、氨基樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨基甲酸樹脂及光固化涂料等)粘涂（加入二硫化鉬、金屬粉末、陶瓷粉末和纖維等特殊材料的膠粘劑直接涂敷于零件表面）堆焊熱噴涂熱浸鍍（將工件浸在熔融的液態(tài)金屬中形成的鍍層）搪瓷、陶瓷、塑料涂敷147C表面改性技術(shù)準則表面形變強化（噴丸等）表面熱處理（感應、火焰、浴爐、電解液及高密度能量表面淬火）表面化學熱處理（滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲金屬）等離子體表面處理激光、電子束、高密度太陽能表面處理離子注入表面改性148D表面沉積技術(shù)準則真空鍍膜濺射鍍膜離子鍍化學氣相沉積CVD分子束外延離子束合成薄膜149E配合偶件腐蝕防護設(shè)計準則保護層緩蝕劑鈍化經(jīng)重鉻酸鹽處理的硫酸陽極化膜層電火花涂附硬度匹配準則電化學防護準則1506.13箱座、支架類零部件

材料阻尼準則根據(jù)這類零件的結(jié)構(gòu)特點和使用要求，通常采用鑄鐵以鑄造方法制成毛坯鑄鐵能制造結(jié)構(gòu)比較復雜的毛坯，具有良好的耐壓、耐磨和減振性，價格便宜對受力大、復雜的零件毛坯，則采用鑄鋼件在單件生產(chǎn)或工期緊迫時，也可采用焊接件制造毛坯，它的優(yōu)點可減輕零件重量，但減振性不如鑄鐵件1516.14鑄件減震設(shè)計準則根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點和使用要求，通常采用鑄鐵以鑄造方法制成毛坯鑄鐵能制造結(jié)構(gòu)比較復雜的毛坯，具有良好的耐壓、耐磨和減振性，價格便宜對受力大、復雜的零件毛坯，則采用鑄鋼件在單件生產(chǎn)或工期緊迫時，也可采用焊接件制造毛坯，它的優(yōu)點可減輕零件重量，但減振性不如鑄鐵件有些異形斷面或彎曲軸線的軸，如凸輪軸、曲軸等，材料采用球墨鑄鐵，其毛坯選用鑄造成形方法。在某些情況下，零件毛坯成形方法可選用鍛-焊、鑄-焊結(jié)合的方法例如：汽車排氣閥零件，可將合金耐熱鋼的閥帽與普通碳素鋼的閥桿焊成一體，以節(jié)約耐熱鋼材料。有些大型軸桿類零件的毛坯，例如我國自行設(shè)計制造的12000t水壓機的立柱，即采用鑄焊結(jié)構(gòu)；該立柱長18m，直徑1m，壁厚0.3m，重80t，采用ZG270—500，分六段鑄造，以焊接方法焊成整體毛坯1526.15鍛件、焊接件抗沖擊設(shè)計準則一般的軸類零件若各段臺階直徑相差不大，可直接選用型材；若直徑相差較大，則可采用鍛件。大型零件只能采用自由鍛件、砂型鑄件或焊接件。軸桿類零件一般都是重要的受力和傳動零件用于中等載荷或一般要求的軸，主要選用中碳調(diào)質(zhì)鋼用于重載、沖擊及耐磨的軸，主要選用合金結(jié)構(gòu)鋼用這類材料制造的軸，其毛坯均采用鍛造成形加工方法153

第七章受熱結(jié)構(gòu)影響因素7.1總體熱慣性與最高溫度7.2比熱容與高溫持續(xù)時間7.3表面輻射系數(shù)7.4熱阻與熱循環(huán)周期數(shù)7.5熱絕緣部位7.6耐熱限制7.7主動冷卻技術(shù)1547.1熱負荷分類設(shè)計準則熱循環(huán)熱沖擊熱力學疲勞氧化性和腐蝕性氣體脆性（吸氫）侵蝕性燃料1557.2受熱結(jié)構(gòu)失效模式高溫蠕變熱疲勞高溫疲勞裂紋擴長斷裂（玻璃及陶瓷基耐熱材料）粘接開裂（纖維與基體界面）高溫脆性破壞老化失效（密封件與電子器件）1567.3結(jié)構(gòu)散熱與冷卻控制自然冷卻強風冷卻液體冷卻蒸發(fā)冷卻熱電冷卻熱管傳熱耗散的熱量決定系統(tǒng)的穩(wěn)升，即設(shè)備的工作溫度1577.4受熱結(jié)構(gòu)選材準則顆粒增強性材料晶須增強性材料高性能金屬合金彌散增強凈尺寸成型工藝與準凈尺寸成型工藝超塑性成型和擴散焊接（鈦合金復雜構(gòu)型）樹脂或溶膠、凝膠工藝（陶瓷符合材料）氣相沉積1587.5高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計準則載荷特征失效機理選材準則材料宏觀特征與微觀結(jié)構(gòu)熱強性,熱硬性熱疲勞設(shè)計準則零部件間熱膨脹系數(shù)及其差異連接準則配合耦件配合準則組裝準則密封準則受力準則1597.6熱平衡與熱電模擬即將熱流量（功耗）模擬為電流、溫差模擬為電壓、熱阻模擬為電阻、傳導模擬為電導熱沉等效于大地這種模擬方法使用于各種傳熱方式，尤其是導熱的傳熱對流換熱的模擬比傳導要困難一些輻射換熱模擬誤差會更大一些1607.7溫度測量和高溫試驗設(shè)備一次儀表：熱電偶、熱電阻、變色涂料等二次儀表：變換器、放大器、溫度補償、熱像儀數(shù)據(jù)采集記錄與處理設(shè)備測試電纜供電電源等1617.8材料耐熱性能分析合理布局開孔形狀避免出現(xiàn)多重應離集中合理的過度圓角和凸臺半徑避免結(jié)構(gòu)偏心避免在缺口敏感材料和高應力區(qū)打檢驗印1627.9結(jié)構(gòu)耐熱設(shè)計傅立葉傳熱基本定律牛頓對流換熱基本定律任意物體輻射能力自然對流換熱準則強迫對流換熱準則兩物體間輻射換熱1637.10雙層結(jié)構(gòu)散隔熱結(jié)構(gòu)準則為防止內(nèi)蒙皮鼓動及殘余變形,設(shè)計時在內(nèi)蒙皮與框連接處,要采用補償措施,避免由于熱變形時將內(nèi)蒙皮或框緣損壞.結(jié)構(gòu)補償一般采用如下措施:1、在內(nèi)蒙皮和框緣連接處采用過度件連接形式，不宜直接連接。2、過度件與蒙皮之間采用螺釘連接，不能用鉚接。1647.11影響設(shè)計和材料選擇的因素表面催化作用氧化性物質(zhì)材料導熱特性使用壽命要求聲響應1657.12高溫合金處理設(shè)備準則氧、氫、碳對工件氧化、污染控制真空爐或保護氣氛爐（氬或氮），氬氣氣體純度不低于99.99%，氮氣氣體純度不低于99.995%。爐壁結(jié)構(gòu)與設(shè)備耐熱、耐蝕準則工裝耐熱、耐蝕準則真空度控制準則（去應力退火、固溶處理真空度一般不大于13.3pa）不同材料工件不能同爐處理1667.13熱影響區(qū)防護設(shè)計準則降低應力水平，使應力分布均勻避免使用應力、裝配應力與殘余應力在同一方向上疊加防止不同材料接觸避免強制裝配，銼修后要補涂防蝕材料1677.14熱結(jié)構(gòu)連接設(shè)計準則減少局部偏心與質(zhì)量結(jié)構(gòu)不對稱避免單側(cè)連接采用干涉配合耐蝕結(jié)構(gòu)一般不進行表面處理鋼、鋁件與銅接觸時鍍鎘鍍鎘零件溫度在百忙之中232℃以下鍍鎘的緊固件不能用于與鈦合金的連接1687.15不同材料的許用溫度限碳-碳復合材料2000℃，最高可達2500℃碳化硅-碳化硅復合材料1600℃鈮合金1400℃鈦合金1000℃銅合金540℃高溫合金600℃~1200℃第八章機械可靠性工程實施8.1可靠性預計和分配8.2可靠性設(shè)計8.3可靠性試驗8.4可靠性管理1698.1可靠性預計和分配總體可靠性指標壽命周期費用任務剖面FMEAFMECAFTA170171壽命周期費用產(chǎn)品全壽命周期內(nèi)，為其論證、研制、使用和保障，至產(chǎn)品生命周期終結(jié)所付出的一切費用之和。使用與保障在LCC中所占的比例最大，約占60%研制費用、生產(chǎn)費用運輸費用、運行費用、維護費用、備件費用、訓練費用、技術(shù)數(shù)據(jù)費用退役費用返回目錄172產(chǎn)品任務剖面從產(chǎn)品交付到壽命終結(jié)所經(jīng)歷的關(guān)注條件173產(chǎn)品生命周期過程設(shè)計（出廠后）174產(chǎn)品生命周期過程設(shè)計（出廠前）返回目錄175產(chǎn)品環(huán)境適應性分析載荷性質(zhì)與作用時空特征：物體運動、結(jié)構(gòu)響應和局部損傷的載荷性質(zhì)；環(huán)境適應性設(shè)計專題：緊固件環(huán)境適應性設(shè)計返回目錄1768.2可靠性設(shè)計系統(tǒng)可靠性設(shè)計結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計環(huán)境特征載荷類別材料選擇設(shè)計準則177準則：將可靠性設(shè)計要求及使用中的約束條件轉(zhuǎn)換為可靠性設(shè)計的邊界條件；簡化設(shè)計：余度設(shè)計：用多于一種的途徑來完成規(guī)定的功能米高產(chǎn)品的任務可靠性和安全性；降額設(shè)計：降低元器件、零部件的故障率，提高產(chǎn)品的基本、任務可靠性和安全性；制定和實施元器件可靠性大綱可靠性定性設(shè)計要求（1）178確定關(guān)鍵件和重要件環(huán)境防護設(shè)計熱設(shè)計軟件可靠性設(shè)計包裝、裝卸、運輸儲存等設(shè)計工程保證及生產(chǎn)質(zhì)量保證可靠性定性設(shè)計要求（2）179基本可靠性：MTBF平均維修間隔時間：MTBM任務可靠性：任務可靠度（MR）致命故障間的任務時間（MTBCF）耐久性：首期翻修期限（TTO）儲存壽命（STL）定量要求180綜合性：有些參數(shù)使用可靠性+維修性表示的；相關(guān)性：使用、合同可靠性參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的，可以按照一定規(guī)則進行轉(zhuǎn)換；階段性：為充分利用有限資金，在規(guī)定時間內(nèi)達到要求的指標，在產(chǎn)品研制、生產(chǎn)、使用過程中采取改進措施，使可靠性不斷增長；可靠性參數(shù)與指標特點181故障機理（故障的環(huán)境條件與可控性）及其需要的專門分析技術(shù)與分析手段，包括路圖分析、故障樹、微細觀分析、菊池圖分析和故障再現(xiàn)試驗；相關(guān)分析技術(shù)（底事件的后效特性，主要考慮關(guān)聯(lián)故障及其危害程度）關(guān)鍵技術(shù)182可靠性設(shè)計可靠性試驗技術(shù)試驗分析技術(shù)（破壞性實驗、失效分析、單元試驗、組合試驗、部件試驗、系統(tǒng)試驗）過程實施1838.3可靠性試驗篩選試驗可靠性摸底試驗可靠性增長試驗鑒定試驗驗收試驗例行試驗返回目錄可靠性測試問題：時間樣本量設(shè)備定量指標實驗方法184如何制訂試驗要求用途（任務剖面）控制的期望目標相關(guān)產(chǎn)品的研制水平標準條件下的特性參數(shù)使用環(huán)境下的可能問題和故障模式實驗類型與研制階段匹配了解產(chǎn)品制訂試驗試驗要求：試驗種類、試驗設(shè)備、量程、精度、控制方式、載荷水平等185環(huán)境應力篩選受篩產(chǎn)品的組裝等級（單元、分組件、模件），技術(shù)狀態(tài)，物理尺寸重量，復雜程度等設(shè)備及狀態(tài)說明檢測儀器及精度說明方法（應力類型、應力參數(shù)、通電斷電要求、檢測要求、故障界定等）性能檢測項目（前、中、后）篩選過程及故障記錄要求詳細的操作規(guī)程186應力篩選原則每增加一道工序就會引入新的缺陷；高一級的篩選可以代替低一級的篩選，低一級的不能代替高一級的；印制電路板進行不通電的溫度循環(huán)可篩選出大部分元器件缺陷；從技術(shù)效果、故障可探測性、費效比等方面進行評估187篩選試驗要求環(huán)境應力篩選是一種工藝，而不是一種試驗；明顯缺陷、潛在缺陷明顯缺陷通過常規(guī)檢測手段和相應的質(zhì)量工序即可排除；潛在缺陷不能通過常規(guī)檢測手段發(fā)現(xiàn)和排除，會在實際使用中以早期故障的形式暴露，因此要求100%篩選試驗188組件級篩選優(yōu)點：缺陷篩選成本低；不通電即可批篩選，效率高；熱慣性小，能以較高的溫變率進行篩選，篩選效率高；缺點：因為不通電，篩選尋找故障效率低；可以發(fā)現(xiàn)的缺陷：漏檢的元器件缺陷；組裝工藝缺陷、剝離、破裂；元器件與電路板焊點分離；焊接缺陷（開口、裂縫）參數(shù)漂移、超出容差189單元級篩選篩選期間進行通電和檢測；檢測效率高；能篩選出各種類型的潛在缺陷包括單元各級間的接口；發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷；篩選效率較低，成本較高；190單元級篩選可篩選缺陷印制電路板組件連接缺陷（接點松動、彎曲、裂口、污染和連接器碎裂）導線連接缺陷（連接松動、插針彎曲、導線絕緣受損及多余殘留物）輸入輸出連接缺陷但愿內(nèi)部電纜敷設(shè)缺陷；組裝中使用了未經(jīng)篩選組件而引入缺陷191篩選類型選擇溫度循環(huán)和隨機載荷篩選應力組合有振動——溫度循環(huán)——振動，第一次振動后必須有5個循環(huán)的溫度篩選篩選應力擬選用加速應力，但不超過設(shè)計的極限應力；溫度循環(huán)合理確定參數(shù)（低溫極值、高溫極值、溫度變化速率、極限溫度上的停留時間、循環(huán)次數(shù)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測性能等）192準則選擇溫度極限的關(guān)鍵：考慮儲存溫度和最高工作溫度，達到析出缺陷又不損壞好的產(chǎn)品，溫度極限一般低于上述溫度；溫變率以復雜的方式影響篩選效果，其選擇取決于受篩產(chǎn)品的特性和預期的缺陷性質(zhì)；溫變率不小于5℃/min;溫度達到穩(wěn)定的時間（D1）取決于選用的準則，浸泡時間（D2）一是保證發(fā)生蠕變和完成功能測試，找出一般溫度下不會顯示的故障。釬料松弛所需的時間一般5min，功能測試的時間取決于測試的參數(shù)量；溫度循環(huán)次數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、無故障循環(huán)次數(shù)、隨即振動譜形、量值、振動軸向要求、檢測儀表測試設(shè)備參照標準和產(chǎn)品特性制定。193環(huán)境應力容差箱內(nèi)溫度梯度應小于1℃/m；箱內(nèi)溫度不超過篩選溫度的±2℃；振動試驗控制點譜形和按功率譜計算的容差分貝數(shù)應按照環(huán)境預示的譜形執(zhí)行，一般為±3dB，高頻部分±6dB，計算公式：dB=10lgW/W0；均方根加速度容差不大于1.5dB（dB=20lgGRMS/GRMS0）；試驗時間的允差為標稱值的±1%.194常規(guī)篩選用于可靠性增長、鑒定驗收試驗的預處理手段和生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制定量ESS是篩選的高級階段（對產(chǎn)品提出定量的可靠性目標要求，對篩選后產(chǎn)品中無可篩選卻顯得概率和置信度提出定量要求；對篩選成本提出閾值要求，并且要求具備定量ESS所必需的數(shù)據(jù)）篩選功用195主要變量：引入缺陷密度、篩選檢出度、缺陷析出密度、殘留缺陷密度引入缺陷密度（DIN）決定于制造過程中從元器件和制造工藝兩方面引入的潛在缺陷密度；篩選檢出度（TS）決定于篩選所選用的應力把引入的潛在的缺陷加速發(fā)展成故障的能力（已與該應力對應的篩選度SS度量）和所用監(jiān)測儀表把這些故障檢測出來的能力（以檢出效率DE度量）；殘留缺陷度（DR）和缺陷析出密度（F）取決于引入缺陷密度和篩選檢出度；定量篩選196可靠性驗證試驗包括可靠性鑒定試驗及可靠性驗收試驗；（摸底和可靠性試驗）可靠性篩選試驗的基礎(chǔ)環(huán)境適應性的依據(jù)驗證試驗197由于產(chǎn)品的復雜性和新技術(shù)的應用，產(chǎn)品設(shè)計需要一個不斷深化的過程設(shè)計和工藝的缺陷導致試驗和初始使用中，故障和問題較多，需要有計劃針對性地采取糾正措施，根除隱患，實現(xiàn)可靠性增長，貫穿于產(chǎn)品的壽命周期內(nèi)；可靠性增長試驗198通過分析和試驗發(fā)現(xiàn)故障源（在研制階段產(chǎn)品性能基本達到規(guī)定要求之后進行暴露缺陷的試驗和分析）發(fā)現(xiàn)問題的反饋根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題，所采取的行之有效的措施概括為：試驗——分析——改進（TAAF）過程。實現(xiàn)可靠性增長的三個因素199依靠分析、設(shè)計實施可靠性增長；依靠試驗實施可靠性增長（專門安排在實驗室中所作的可靠性增長試驗；利用性能試驗、功能試驗、環(huán)境試驗、環(huán)境應力篩選等實驗發(fā)現(xiàn)問題；內(nèi)場試驗和外場試驗相結(jié)合）；依靠生產(chǎn)經(jīng)驗實施可靠性增長；依靠使用經(jīng)驗實施可靠性增長；可靠性增長的方法200故障≠缺陷；即使是合格品，也可能存在缺陷；故障缺陷的關(guān)系和區(qū)別：NASA規(guī)定空間項目的器件管理和控制要求的標準中規(guī)定，不作特殊說明時，用于壽命保證和任務完成所不可缺少的或關(guān)鍵性應用場合的么一批元器件類型，都應做DPA；歐洲空間局（ESA）在ESA空間系統(tǒng)的器件選型、采購和控制的標準中規(guī)定，承包商應對器件按統(tǒng)一日期代號的種類各取3只做DPA，承包商不得委托生產(chǎn)廠承擔DPA或者委托有資質(zhì)的第三方獨立實驗室。DPA201歐洲檢測項目14個：外部目檢、機械性能電性能測試、X射線照相、密封性檢測、可焊性、抗溶性、引線牢固性、開帽、微剖面、內(nèi)部目檢、鍵合強度、掃描電子顯微鏡、芯片剪切（美標增加：顆粒碰撞噪聲檢測、內(nèi)部水汽含量監(jiān)測和內(nèi)部結(jié)構(gòu)）DPA項目增刪的依據(jù)是出現(xiàn)問題的頻率和用較少的樣品獲得較多的質(zhì)量和可靠性信息；DPA要求202簡化、普通、壽命試驗和全項四個等級；簡化級項目占普通級的75%，占壽命試驗級的69%，占全項的56%，提高等級的原則是以簡化級項目為基礎(chǔ)，再增加新的項目，不是任意組合項目達到一定數(shù)量后等級就提高。IC簡化級包括7個項目（必做外部目測、開帽、內(nèi)部目檢、鍵合強度、芯片剪切；選做機械和電測）DPA等級返回目錄8.4可靠性管理可靠性設(shè)計評審各階段過程質(zhì)量控制通過審查分析，發(fā)現(xiàn)疑點和薄弱環(huán)節(jié)，糾正潛在設(shè)計缺陷，為設(shè)計改進指明方向，加速設(shè)計成熟推行三化設(shè)計203

可靠性管理作用：評價設(shè)計是否滿足合同要求，是否符合可靠性規(guī)范、標準和準則；發(fā)現(xiàn)和確定設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)可高風險區(qū)域；對研制試驗、檢查程序、維修資源預先考核；檢查和監(jiān)督可靠性保障大綱的實施；減少設(shè)計修改，縮短研制周期，降低生命周期費用。204

可靠性管理原材料、元器件及工藝的失效模式與基于失效機理的設(shè)計準則電氣裝置的機械可靠性與安全防護機械加工工藝、裝配、安裝、使用與維護質(zhì)量控制205206低級故障（責任故障、軟硬件技術(shù)狀態(tài)管理失誤、崗位檢查不到位、檢查項目有遺漏或信息傳遞不暢通或文件管理上的脫節(jié)現(xiàn)象）重復性故障（主要在故障原因查明之前，對待故障設(shè)備或系統(tǒng)單元的狀態(tài)控制所出現(xiàn)的問題或重新又投入使用導致的故障）可靠性管理207在任一時刻當任務需要時，系統(tǒng)處于可工作狀態(tài)的概率；在可用度模型中，只要系統(tǒng)處于維修狀態(tài)就認為系統(tǒng)是不可用的；在設(shè)備完好率模型中，即使系統(tǒng)因故障處于維修狀態(tài)，只要其維修的時間在系統(tǒng)戰(zhàn)備允許的范圍內(nèi)，認為該次維修不影響戰(zhàn)備完好；可用度與設(shè)備完好率208裝備在任一時刻需要和開始執(zhí)行任務時，處于可工作或可使用狀態(tài)的程度；可用形式構(gòu)成裝備效能的關(guān)鍵要素之一，同時又是影響裝備作戰(zhàn)能力的主要特性，他把裝備的可靠性、維修性、測試性和保障性綜合成為使用部門所關(guān)心的各種裝備使用參數(shù)；可用性通常使用可用度（A0）、能執(zhí)行任務率（MCR）、儲存可用度（SA）、能工作時間比（UTR）、在軌可用度（OA）等參數(shù)度量?？捎眯?09

僅與工作時間和修復維修時間有關(guān)的一種可用性參數(shù)；可達可用度使用可用度儲存可用度在軌可用度固有可用度210裝備效能是系統(tǒng)可用性、可信性和固有能力的綜合反映；可用性（可靠性、維修性、測試性、人為因素、保障資源）可信性（任務可靠性、任務維修性、安全性、生存性）固有能力（運輸能力、發(fā)射能力、運載能力、精度）效能211定費用設(shè)計的概念（DTC）是用于保障的DTC指標一般以使用與保障費用的主宰參數(shù)表示；控制住這些費用的主宰參數(shù)就可控制住使用與保障費用；裝備的RandMandS是影響使用與保障費用的主宰因素，提高武器裝備的RandMandS是降低LCC的有效途徑?？刂茐勖芷谫M用的方法212可靠性與維修性系數(shù)（MTBF、MTTR）備件數(shù)量維修工時保障設(shè)備的工作時間人員數(shù)量與勞動力價格其他消耗性資源的數(shù)量為降低使用保障費用和LCC，必須在裝備研制中充分重視RandMandS的設(shè)計與管理工作主宰參數(shù)213控制用于產(chǎn)品硬件、軟件、人為因素對產(chǎn)品可靠性造成的影響，預防設(shè)計缺陷、選擇不恰當?shù)脑骷驮牧弦约皽p少生產(chǎn)過程中的波動等；采用可靠性增長與控制技術(shù)；采用規(guī)范化的工程途徑，開展有效的可靠性工程活動；可靠性工程的工作重點214第九章典型結(jié)構(gòu)可靠性分析與設(shè)計9.1彈簧疲勞與老化機理9.2彈簧抗疲勞設(shè)計9.3橡膠耐磨性分析9.4小子樣產(chǎn)品可靠性評價9.5結(jié)構(gòu)成型與力流匹配設(shè)計9.6結(jié)構(gòu)變形與失穩(wěn)分析9.7產(chǎn)品安全系數(shù)與可靠性參數(shù)9.8機械結(jié)構(gòu)典型壽命分布9.9含