必威体育精装版结构可靠性分析基础.pptVIP

* 七、结构系统可靠性分析 1. 引 言 结构系统可靠性分析的目的是为了预测结构系统在规定的使用条件下，在所要求的工作时间内，完成规定功能能力的高低。并且研究可能达到的实际最高可靠度的条件。可靠性预测工作，对选择结构设计方案有很高的价值，因为决定方案选择的重要因素之一是这些方案的相对可靠度。可靠性预测也可揭示降低结构系统可靠性的原因，找到了影响结构系统可靠性的主要原因之后，便可采用必要的改进措施，以提高结构系统的可靠性。 结构系统的可靠性取决于构成结构系统的所有零、部件的可靠性和各零、部件的连接方法。 2. 结构系统可靠性框图分析法 结构系统是由相互作用的零、部件组成，研究结构系统可靠性时，最重要的工作就是建立结构可靠性模型。这种可靠性模型通常用可靠性框图表示，它是一种显示结构系统可靠或失效的诸零、部件之间的逻辑关系的示意图。绘制这些框图的原则是有利于对结构系统可靠或失效的逻辑关系迅速而有效地作出判断。 2.1 串联结构 串联结构指的是，结构系统种各零、部件从功能和逻辑关系上看，如同许多链环连接成的一个链条。图7-1表示 n 个零（部）件的串联结构逻辑框图。 这种串联结构的特点是： ( a ) 假定结构系统中 n 个零(部)件相互独立，即其中任何一个零(部)件 1 2 n · · · 图7-1 串联结构可靠性框图 的失效都与其它零(部)件的失效无关。 ( b ) 结构系统中任何一个零(部)件失效，都引起整个结构系统失效；反之，结构系统若能正常工作，就必须每个零(部)件都处于可靠状态。 设结构系统中各零(部)件的可靠度分别为 ，则根据概率乘法定理，串联结构的可靠度为 如果各零(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，则结构系统的可靠度为 因此，结构系统的失效率为 结构系统的平均寿命为 (7.2) (7.3) 以上结果说明，在串联结构中串联的零(部)件数 n 愈大，则该结构系统的可靠度 和平均寿命就愈小。从设计方面考虑，为提高串联系统的可靠性，可从以下三方面考虑： （1）尽可能减少串联单元个数 n ； （2）提高单元可靠性，降低其失效率 ； （3）缩短工作时间 。 2.2 并联结构 并联结构的特点是，结构系统中所有零(部)件都失效时，结构系统才失效，只要其中一个零(部)件能工作，结构系统仍处于工作状态。图7-2是 n 个零(部)件并联结构的功能逻辑框图。 设该结构系统中各零(部)件的可靠度为 ，不可靠度即破坏概率为 ，若并联结构中各零(部)件失效相互独立，则根据概率乘法定理，其不可靠度为 1 2 n · · · 图7-2 并联结构可靠性框图 (7.4) (7.5) 并联结构的可靠度为 从以上结果可以看出，并联结构的可靠度 随零(部)件数 n 和零(部)件可靠度 的增加而增加。 2.3 串—并联结构 许多结构系统是由串联结构和并联结构组合而成的，称为串—并联结构。串—并联组合结构的形式很多，它可以是由一组串联子结构与另一组串联子结构组成的并联结构，也可以是由两个或更多的并联子结构串联成的结构系统；还可以是混合串并联的组合结构系统。图7-3(a)是串—并联结构逻辑框图。其可靠度的计算方法，是先将结构系统中相应的串、并联子结构归并起来，简化为一个等效的串联结构或并联结构，然后计算等效结构系统的可靠度，即为原结构系统的可靠度。 1 2 3 4 5 6 7 8 123 45 67 8 12345 67 8 （a） （b） （c） 图7-3 串—并联结构可靠性框图及简化过程 图7-3所示例子的计算步骤如下： （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）最后求等效的串联系统，即图7-3(c)的可靠度 ，得 2.4 r/n 结构的可靠性 从逻辑功能关系上看，串联结构是非冗余的结构系统，并联结构是完全冗余的结构系统，许多结构系统并不一定是这