基于Monte Carlo算法的復雜機械系統共因失效研究

葉建飛 趙飛豹 張 焱 李 超 王燁君

(西安電子工程研究所 西安 710100)

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共因失效是一種源于機械載荷、振動、溫度、腐蝕等共同因素導致系統內部多個零件發生同時失效的現象。經典可靠度計算方法在計算系統可靠度時作獨立不相關假設即假設各個零件之間失效彼此獨立，而實際上以載荷為代表的共因失效廣泛存在并且會使可靠度計算值出現誤差。從20世紀70年代至今,國內外可靠性研究人員對共因失效進行了大量研究，提出包括全概率模型方法、GO法、MCS-CA法、PMS方法等在內的共因失效可靠度建模或仿真方法。其中謝里陽等人針對機械系統共因失效系統可靠度計算問題，在系統層面應用應力-強度干涉理論，結合條件概率方法建立串聯、并聯系統可靠度全概率計算模型。對于簡單串并聯系統，該方法性能良好，但是當零件數量較多時存在多重積分計算難度大的問題，此外若系統串并聯關系比較復雜甚至無法利用全概率模型方法建模。元胞自動機是Ulam與Von Neumann在20世紀50年代提出的一種用于模擬動態離散系統行為的方法。近年來被廣泛應用于如通訊系統、電力傳輸系統、交通運輸系統等復雜二終端二態網絡可靠性評估，具備有效判斷網絡連通性的優勢。本文針對全概率模型方法處理復雜機械系統可靠度時的缺陷，從Monte Carlo數值仿真的角度出發，在對全概率模型方法進行分析總結的基礎上將復雜機械系統轉化為二終端網絡，結合元胞自動機思想構建存在共因失效的串聯、并聯和復雜混聯機械系統可靠度算法，并就共因失效對不同類型機械系統可靠度具體影響展開研究。……