機械動態(tài)與漸變可靠性理論與技術(shù)淺析

王姜萍

摘要：隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展以及科技的日新月異，對機械產(chǎn)品性能的要求也不斷提高，而由于機械工作環(huán)境的復(fù)雜性，產(chǎn)品的可靠性與性能問題日益突出，嚴(yán)重制約了工業(yè)的發(fā)展。對于機械產(chǎn)品的設(shè)計而言，其主要是以規(guī)定的工作條件為依據(jù)，對產(chǎn)品運行的壽命、狀態(tài)和能力進(jìn)行預(yù)測估計，在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)與排除產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)，提高機械產(chǎn)品的可靠性，保證產(chǎn)品的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。本文就對機械動態(tài)與漸變可靠性理論與技術(shù)進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：機械；動態(tài)與漸變可靠性；理論；技術(shù)

對于機械產(chǎn)品的可靠性而言，其與社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和人身安全具有十分緊密的關(guān)系，因此在工程設(shè)計過程中需要保證機械產(chǎn)品的可靠性與安全性。一般機械產(chǎn)品的可靠性技術(shù)涉及到產(chǎn)品的保養(yǎng)、維修、運輸、使用、試驗、裝配、研制和設(shè)計等環(huán)節(jié)，需要對可靠性設(shè)計方法加以大力推廣，從而促進(jìn)產(chǎn)品成本的降低，提高產(chǎn)品的質(zhì)量、作業(yè)效率和可靠性。

一、機械動態(tài)與漸變可靠性概述

對于機械動態(tài)與漸變可靠性的設(shè)計而言，其屬于機械設(shè)計范疇，因此可靠性設(shè)計應(yīng)以動力概率學(xué)為依據(jù)，深入研究運動和振動情況下的可靠性指標(biāo)。一般機械可靠性主要是指機械在運動的情況下，能夠在預(yù)期時間內(nèi)執(zhí)行相應(yīng)功能的能力。大部分機械產(chǎn)品在安裝、制造與設(shè)計等環(huán)節(jié)會存在一定的偏差，在很大程度上影響機械系統(tǒng)的參數(shù)，因此需要進(jìn)行機械產(chǎn)品的可靠性分析。而以機械可靠性為基礎(chǔ)的動態(tài)可靠性則是結(jié)合機械產(chǎn)品的設(shè)計目標(biāo)和動態(tài)特性，詳細(xì)分析產(chǎn)品運動情況下展現(xiàn)的物理特性和幾何特性，從而目標(biāo)修改與預(yù)測[1]。同時動態(tài)可靠性強調(diào)了動力行為對機械失效率與可靠性的影響、影響機械動力學(xué)特征的損傷因素以及機械動態(tài)行為等，如果沒有充分考慮動態(tài)特性，機械系統(tǒng)在實際投入使用過程中，則會出現(xiàn)信息失真現(xiàn)象，降低可靠性。此外，對于漸變可靠性而言，需要將漸變失效的理念加以引入，主要是指產(chǎn)品受外界物化因素的影響，在性能和外形尺寸等方面發(fā)生變化，從而導(dǎo)致產(chǎn)品功能的失效。從形式層面來說，機械產(chǎn)品的漸變失效可分為變形失效、斷裂和表面損傷等，而漸變可靠性則是以失效情況為依據(jù)來分析產(chǎn)品的可靠性。機械動態(tài)與漸變可靠性的研究需要以機械產(chǎn)品為基礎(chǔ)，結(jié)合沖擊與振動環(huán)境來分析機械產(chǎn)品的可靠性能，研究影響產(chǎn)品可靠性及漸變性能的因素，并在此基礎(chǔ)上整合隨機過程和可靠性水、統(tǒng)計概率及動力學(xué)，從而改進(jìn)機械設(shè)計，實現(xiàn)機械的數(shù)字化，提高經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

二、機械動態(tài)與漸變可靠性的發(fā)展趨勢

對于機械動態(tài)與漸變可靠性的發(fā)展而言，其主要可從以下三個方面進(jìn)行分析：一是基于概率信息缺失的可靠性設(shè)計。在機械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計過程中，需要對機械零部件及其系統(tǒng)的隨機參數(shù)的概率分布信息加以準(zhǔn)確了解與掌握，但是在實際過程中，由于數(shù)據(jù)和資料的缺乏，往往難以對隨機參數(shù)的概率分布加以確定。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，機械產(chǎn)品在可靠性設(shè)計方法方面得到了較大的突破，但是這些方法都是要求設(shè)計參數(shù)服從于正態(tài)分布，而由于統(tǒng)計數(shù)據(jù)缺乏和工程實際復(fù)雜性等因素的限制，相關(guān)設(shè)計參數(shù)多是服從于不同形式的概率分布，甚至不服從正態(tài)分布[2]。由此可知，如果單純采用正態(tài)分布的方法來進(jìn)行機械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計，往往會存在一定的誤差，難以達(dá)到理想的設(shè)計效果。基于機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計的難題，要想在數(shù)據(jù)資料和概率信息缺失的情況下解決該問題，需要科學(xué)應(yīng)用機械動態(tài)與漸變可靠性理論及技術(shù)。

二是動態(tài)與漸變機械耦合失效的可靠性設(shè)計。目前機械動態(tài)與漸變可靠性理論及技術(shù)的研究方面，多是分析動態(tài)與漸變耦合機械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計，但是沒有涉及因振動導(dǎo)致的隨機耦合、動態(tài)漸變、相互耦合、漸變失效以及靜態(tài)失效等可靠性問題。當(dāng)前需要重點解決的問題就是如何解決各失效類型間的耦合問題以及機械可靠性制造、預(yù)測和設(shè)計問題。這些問題的解決會對機械產(chǎn)品的可靠性發(fā)展產(chǎn)生直接影響，關(guān)系到機械產(chǎn)品的社會價值與科學(xué)價值。

三是漸變機械體系與非線性隨機動態(tài)的可靠性設(shè)計。在機械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計過程中，需要對非線性多自由度隨機體系的漸變失效和動態(tài)行為進(jìn)行綜合考慮。就機械產(chǎn)品而言，其部分參數(shù)的劣化會對其動態(tài)行為產(chǎn)生一定影響，嚴(yán)重時會導(dǎo)致其失效，當(dāng)然產(chǎn)品的動態(tài)行為也會對參數(shù)的劣化過程產(chǎn)生影響，因此對可靠性模型加以構(gòu)建時需要將兩種耦合因素進(jìn)行科學(xué)考慮。一般來說，參數(shù)的劣化過程往往具有一定的隨機性，從而使得機械產(chǎn)品動力學(xué)方程的參數(shù)也具有隨機性，由此可知構(gòu)建的動態(tài)力學(xué)與漸變耦合模型具有多自由和非線性特點，其荷載與參數(shù)也帶有隨機性質(zhì)[3]。目前，漸變耦合與動態(tài)的多自由度非線性隨機系統(tǒng)的可靠性設(shè)計與動力學(xué)分析方面的文獻(xiàn)較少，在很大程度上影響了機械產(chǎn)品的長遠(yuǎn)發(fā)展。

結(jié)束語

總而言之，機械動態(tài)和漸變可靠性理論進(jìn)一步深化和升華了典型可靠性理論，其理論與技術(shù)的應(yīng)用能夠推動機械產(chǎn)品的研制及開發(fā)，保證產(chǎn)品運行的安全性和可靠性。機械動態(tài)與漸變可靠性的深入研究，是對漸變可靠性理論及技術(shù)的充分體現(xiàn)，能夠為機械設(shè)施提供重要的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

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