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機械可靠性設(shè)計與應(yīng)用

作者：楊瑞剛
出版社：冶金工業(yè)出版社出版時間：2008-04-01
開本： 32開 頁數(shù)： 183 頁
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機械可靠性設(shè)計與應(yīng)用 版權(quán)信息

機械可靠性設(shè)計與應(yīng)用 目錄

1　緒論
　1.1　研究可靠性的重要意義
　1.2　機械可靠性學(xué)科發(fā)展歷史回顧
　1.3　可靠性學(xué)科研究的范疇
1.3.1　可靠性數(shù)學(xué)
1.3.2　可靠性物理
1.3.3 可靠性工程
1.4　可靠性定義及其特征量
1.4.1 可靠性的定義
1.4.2　可靠性的特征量
2　可靠性數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
2.1　可靠度計算的概率基礎(chǔ)
2.1.1　隨機事件的概率
2.1.2　概率論的公理與事件的獨立性
2.1.3　概率運算的基本公式
2.2　失效分布函數(shù)及其特征量
2.2.1　失效分布函數(shù)
2.2.2　失效分布的特征量
2.3　隨機變量的概率分布
2.3.1 常用的離散型隨機變量分布
2.3.2 常用的連續(xù)型隨機變量分布
3　可靠性設(shè)計原理
3.1　應(yīng)力－強度干涉模型及可靠度計算
3.1.1 應(yīng)力－強度干涉模型
3.1.2 解析法求可靠度
3.1.3　用數(shù)值積分法求可靠度
3.2　設(shè)計變量的統(tǒng)計處理與計算
3.2.1　設(shè)計變量的隨機性
3.2.2 材料力學(xué)性能的統(tǒng)計處理
3.2.3 工作載荷的統(tǒng)計分析
3.2.4　幾何尺寸的分布與統(tǒng)計偏差
3.2.5 數(shù)均值與方差的近似計算
3.3　變差系數(shù)、安全系數(shù)
3.3.1 隨機變量函數(shù)的變差系數(shù)
3.3.2　安全系數(shù)的統(tǒng)計分析
4　系統(tǒng)可靠性設(shè)計與分析
4.1　系統(tǒng)可靠性預(yù)測
4.1.1 系統(tǒng)可靠性框圖
4.1.2 串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度
4.1.3　并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度
4.1.4 儲備系統(tǒng)的可靠度
4.1.5　表決系統(tǒng)的可靠度
4.2　一般系統(tǒng)可靠性分析
4.2.1路集、*小路集與割集、*小割集
4.2.2 對偶函數(shù)
4.2.3　*小路集法求系統(tǒng)可靠度
4.2.4 *小割集法求系統(tǒng)可靠度
4.2.5　狀態(tài)枚舉法
4.2.6　全概率分析法
4.2.7 概率圖法
4.2.8　布爾展開定理的應(yīng)用
4.3　可靠性分配
4.3.1 等分配法
4.3.2 按相對失效率來分配可靠度
4.3.3 按子系統(tǒng)的復(fù)雜度來分配可靠度
4.3.4 按復(fù)雜度與重要度來分配可靠度
4.3.5 花費*小的*優(yōu)化分配方法
4.3.6 用動態(tài)規(guī)劃法分配貯備度
4.4 修復(fù)系統(tǒng)的可靠性
4.4.1 維修度
4.4.2 有效度
4.4.3 串聯(lián)系統(tǒng)的有效度
4.4.4 并聯(lián)系統(tǒng)的有效度
4.4.5 維修方針
4.4.6 系統(tǒng)預(yù)防維修周期的確定
5 故障樹分析法
5.1 概述
5.1.1 故障樹分析法簡介
5.1.2 FTA的步驟和注意事項
5.1.3 FTA的名詞術(shù)語和符號
5.1.4 故障樹的規(guī)范化和簡化
5.2 故障樹的定性分析
5.3 故障樹的定量分析
5.3.1 頂事件發(fā)生概率的精確計算
5.3.2 頂事件發(fā)生概率的近似計算
5.4　重要度分析
5.4.1 基本概念
5.4.2 單元的概率重要度
5.4.3 單元的結(jié)構(gòu)重要度
5.4.4　單元的關(guān)鍵重要度
6 模糊可靠性計算方法
6.1 模糊集合及模糊事件的概率
6.2 模糊統(tǒng)計和常用的隸屬函數(shù)
6.2.1 模糊統(tǒng)計方法
6.2.2 幾種常用的戒上型隸屬函數(shù)
6.2.3 幾種常用的中間型隸屬函數(shù)
6.3　模糊可靠度計算公式
6.3.1　論域中變數(shù)服從指數(shù)分布
6.3.2　論域中變數(shù)服從正態(tài)分布
6.3.3　論域中變數(shù)服從對數(shù)正態(tài)分布
6.3.4　論域中變數(shù)服從威布爾分布
6.4　模糊可靠度的應(yīng)用及計算舉例
6.4.1　磨損的模糊可靠性設(shè)計
6.4.2　腐蝕的模糊可靠性設(shè)計
6.4.3 剛度的模糊可靠性設(shè)計
6.4.4　壓力容器安全保護裝置的模糊可靠性設(shè)計
6.4.5 壽命的模糊可靠性設(shè)計
6.4.6 系統(tǒng)功能失效的模糊可靠性設(shè)計
6.4.7 機械強度可靠性的近似計算
6.5 *大應(yīng)力和*小強度組合的模糊可靠度
7 鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性分析及其應(yīng)用
7.1 識別結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要失效模式的算法
7.1.1 β-unzipping法
7.1.2 分枝限界法
7.1.3 優(yōu)化準則法
7.2 確定結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要失效模式安全余量方程的方法
7.3 系統(tǒng)模式失效概率的計算方法
7.3.1 模式失效概率計算的一次二階矩陣
7.3.2 模式失效概率計算的改進的一次二階矩法
7.3.3 非正態(tài)隨機變量矢量的正態(tài)化和當(dāng)量正態(tài)化方法
7.3.4 相關(guān)隨機矢量條件下可靠度指數(shù)的計算方法
7.4 系統(tǒng)綜合失效概率計算的理論與方法
7.4.1 系統(tǒng)失效事件和系統(tǒng)失效概率的表示方法
7.4.2 串并聯(lián)混合模式的失效概率計算的理論與方法
7.5 立體車庫鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性計算方法
7.5.1 對立體車庫的假設(shè)
7.5.2 立體車庫鋼結(jié)構(gòu)失效路徑的概率計算
7.5.3 立體車庫鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性分析與計算
參考文獻

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機械可靠性設(shè)計與應(yīng)用 節(jié)選


    隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在設(shè)計領(lǐng)域，可靠性技術(shù)日益
受到各行各業(yè)人們的關(guān)注。目前，可靠性技術(shù)已經(jīng)成為科研和
生產(chǎn)不可缺少的內(nèi)容。
    可靠性工程是以產(chǎn)品壽命特征為研究對象的一門新興的
邊緣學(xué)科？煽啃岳碚撛谠S多領(lǐng)域都得到廣泛的發(fā)展和應(yīng)用，
并成為產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)和管理的質(zhì)量指南，可靠性也日漸成為
工科學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容。    、
    本書共分為7章。第1章介紹了可靠性的基本概念、定
義、基本特征等。第2章介紹了可靠性的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及常用概
率分布。第3章介紹了可靠性的基本原理及干涉模型、設(shè)計變
量的統(tǒng)計原理與方法。第4章介紹系統(tǒng)可靠性設(shè)計與分析，從
系統(tǒng)的角度進行可靠性預(yù)測和可靠性分配。第5章主要介紹
故障樹分析的有關(guān)內(nèi)容以及故障樹的定量分析與定性分析。
第6章主要介紹模糊可靠性方法。第7章是作者近幾年來的
有關(guān)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)可靠性的應(yīng)用實例的研究結(jié)果。
    在編寫過程中，參閱了大量文獻并引用了部分文獻的研究
成果，特此向相關(guān)作者致謝。
    本書的主要讀者對象是工科本科生，也可供工程技術(shù)人員
和科研人員參考。限于水平，不妥之處，熱忱希望廣大讀者批
評指正。
    作者
    2008年1月于太原

 故障樹分析法
5．1概述
5．1．1故障樹分析法簡介
    故障樹分析法簡稱FTA(fault tree analysis)，是與可靠性框
圖法等價的系統(tǒng)可靠性分析方法？驁D法分析的著眼點是系統(tǒng)的
可靠性，而故障樹分析法考察系統(tǒng)可靠性時，則是從系統(tǒng)的不可靠
(即故障)人手的。
    20世紀60年代，人們主要采用框圖分析法對系統(tǒng)進行可靠
性分析。但是隨著大型復(fù)雜系統(tǒng)的建立(如洲際導(dǎo)彈、宇航、核電
站等)，對系統(tǒng)的可靠性要求愈來愈高。要對大型復(fù)雜系統(tǒng)作出可
靠性分析，建立邏輯框圖成了十分困難的事？驁D分析法只能求
出一些簡單系統(tǒng)的某特定時刻的工作概率，同時框圖分析法很難
清楚地把人的影響和環(huán)境的影響表示出來。于是人們?nèi)ふ倚碌?br /> 途徑，努力研究簡便易行的新的分析方法。
    1961年美國貝爾實驗室首先開始使用故障樹分析法，用于民
兵導(dǎo)彈的發(fā)射控制系統(tǒng)可靠性研究中，取得了很大成功。研究報
告在1965年波音公司系統(tǒng)安全年會上發(fā)表，引起了學(xué)術(shù)界的重
視。其后波音公司研制出了FTA的計算機程序，進一步推動了
它的發(fā)展。美國洛克希德公司又將FTA應(yīng)用于大型客機L一1011
的安全J生可靠性評價中，建立了30余棵故障樹，大大提高了客機
的安全性。到20世紀60年代中期，F(xiàn)TA從宇航領(lǐng)域進入核工業(yè)
和其他領(lǐng)域。1974年美國原子能委員會發(fā)表了WASH一1400反
應(yīng)堆安全分析報告(即《美國商用核電站事故風(fēng)險評價報告(草
案)》)，報告中應(yīng)用了事件樹和故障樹分析法，取得了很大的成功，
使故障樹分析法在全世界范圍內(nèi)得到了普遍重視。近30年來
 FTA發(fā)展十分迅速，其理論日趨完善，其應(yīng)用已從宇航、核能等領(lǐng)
域進人到了一般電子、電力、交通、化工、機械等各個領(lǐng)域，同時在
社會安全、經(jīng)濟管理領(lǐng)域也開始得到應(yīng)用，F(xiàn)在國際上已公認故
障樹分析法是可靠性、安全性分析的一種簡單、有效、有發(fā)展前途
的方法？萍脊ぷ髡咭灿鷣碛嗟夭捎肍TA作為評價系統(tǒng)可靠
性和安全性的手段，用FTA來預(yù)測和診斷故障、分析系統(tǒng)的薄弱
環(huán)節(jié)、指導(dǎo)使用和維修、實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計的*優(yōu)化等等。
    故障樹分析法是一種圖形演繹方法，是故障事件在一定條件
下的邏輯方法。它是用一種特殊的倒立樹狀邏輯因果關(guān)系圖，清
晰地說明系統(tǒng)是怎樣失效的。故障樹分析法的基本思想是：
    把系統(tǒng)故障作為頂端事件，然后沿著這樣的思路進行分析：首
先分析人員應(yīng)該提出并回答“哪些直接因素能夠造成頂事件的出
現(xiàn)”，并羅列出來A、B、C等等，其次針對羅列出來的因素A、B、C
等，再找出它們中每一個發(fā)生的下一級因素是哪些，按照這個線索
步步深入下去，一直追溯到系統(tǒng)的*基本事件為止。將上述各種
級別的事件和誘發(fā)因素通過邏輯關(guān)系聯(lián)系起來，就形成了一個樹
狀邏輯圖，稱為故障樹(FT)。根據(jù)故障樹，分析系統(tǒng)發(fā)生故障的
各種原因和系統(tǒng)可靠性特征量，就是故障樹分析法——FTA。
    故障樹分析法的主要特點如下：
    (1)故障樹分析是一種圖形演繹法，是故障事件在一定條件
下的邏輯推理方法。它不局限對系統(tǒng)作一般的可靠性分析，它可
以圍繞一個或一些特定的故障狀態(tài)，作層層深入的分析。因而能
在清晰的圖形下表達出系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系，并指出單元故障與系統(tǒng)
故障之間的邏輯關(guān)系。其直觀性強。
    (2)故障樹分析能反映出系統(tǒng)的外部因素(環(huán)境因素、人為決
策錯誤等)對系統(tǒng)故障的影響，應(yīng)用起來比較靈活。
    (3)故障樹分析法把系統(tǒng)的故障與組成系統(tǒng)各單元的故障有
機地聯(lián)系在一起，可以找出系統(tǒng)的全部可能的失效狀態(tài)。故障樹
本身也是一種形象化的技術(shù)資料，在它建成以后，對系統(tǒng)的管理和
運行人員也起到了直觀教學(xué)和維修指南的作用。
     (4)故障樹分析法常用于分析復(fù)雜系統(tǒng)，因此它離不開計算
機軟件，目前應(yīng)用于故障樹分析方面的軟件，從定性、定量、圖形化
等方面都取得很大發(fā)展。
    (5)FTA要比可靠性框圖更實用、靈活、直觀，它可以表示人
為因素及環(huán)境的影響、多狀態(tài)系統(tǒng)、非單調(diào)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)、相依關(guān)系等。
它的困難在于在建故障樹時，需找出系統(tǒng)單元的所有故障模式，往
往難免會有遺漏。
    FTA在以下幾方面尚待深入研究：自動建樹、非單調(diào)關(guān)聯(lián)系
統(tǒng)FTA、多狀態(tài)系統(tǒng)FTA、相依底事件FTA、FTA的組合爆炸困
難(計算量隨故障樹規(guī)模按指數(shù)增長)、可修系統(tǒng)首次故障時間分
布和平均壽命計算及數(shù)據(jù)庫等。
5．1．2 FrA的步驟和注意事項
    建樹工作要求建樹者對于系統(tǒng)及其各個組成部分有透徹的了
解，應(yīng)由系統(tǒng)設(shè)計人員親自建樹，同時與其他方面專家密切合作。
建樹是一個多次反復(fù)、逐步深入完善的過程。
    5．1．2．1故障樹分析法的步驟  ．
    (1)選擇合理的頂事件，確定系統(tǒng)的邊界條件。若FTA的任
務(wù)是分析已發(fā)生的故障的原因，則頂事件是給定的，無需選擇；若
FTA是預(yù)測系統(tǒng)會發(fā)生何種故障，并分析造成故障的原因時，就
要正確地選擇頂事件。選擇時應(yīng)認真分析，不能遺漏重大故障。
同時還要確定出系統(tǒng)的各種邊界條件，以利正確建樹。
    (2)建造故障樹。對于復(fù)雜系統(tǒng)，建樹時應(yīng)按系統(tǒng)層次由上
至下逐級展開。
    (3)簡化故障樹。在明確定義系統(tǒng)接口和進行合理假設(shè)的情
況下，可以對所建故障樹進行必要的簡化。對于復(fù)雜龐大的故障
樹可應(yīng)用模塊分解法、邏輯簡化法和早期不交化方法等進行合理
的簡化。



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