基于贝叶斯更新的飞机结构腐蚀可靠度模型

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSin／caJul252014Vol35No71931—1940ISSN1000—6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaaeducnhkxb@buaaeducn基于贝叶斯更新的飞机结构腐蚀可靠度模型张春晓+，周美茵，王志平中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室，天津300300摘要：民用飞机结构腐蚀发展的时变性和样本采集的局限性，给腐蚀检测数据分布函数的确定及参数的估计带来了很大的不确定性。针对这一问题，给出了基于贝叶斯公式的合理分布函数选取及参数估计方法。为满

2、足在役飞机结构可靠性动态管理的需求，基于贝叶斯更新思路，将反映结构性能退化共性规律的预测模型视为先验模型，沿着具体结构生命周期不断挖掘利用新信息，建立具体飞机结构腐蚀失效概率和可靠度的动态预测模型。算例采用某型民用飞机地板梁结构腐蚀的无损检测数据，结果显示：腐蚀深度的合理分布为双参数威布尔分布，基于贝叶斯更新后的腐蚀失效概率计算得到的结构可靠度与未更新的显著不同。表明更新后的可靠度因为既考虑了模型参数的历史先验信息，又利用了当前数据实时更新了预测模型，从而有效地降低了有限样本带来的不确定性，使得预测值稳健且具有时变性，更符合工程实际。关键词：飞机结构；腐蚀；

3、不确定性；贝叶斯更新；可靠度中图分类号：V250．2；0213．2文献标识码：A文章编号：10006893(2014)07193110由于飞机机体的主要材料为铝合金材料，大气环境中的卤化物、硫化物等容易破坏铝表面的氧化膜而使飞机结构件发生腐蚀口]；同时由于机舱内部的人为因素，如海鲜等货物在飞机货舱里的装卸不当，导致货舱内结构件与海水发生反应产生腐蚀。2]。因此，腐蚀损伤是飞机结构损伤的主要形式之一。而且腐蚀和疲劳的相互作用会使飞机结构性能发生退化，严重时可导致结构件突然断裂等飞机结构安全问题口1，给民航企业造成严重的经济损失。随着我国民航业的快速发展，老龄飞

4、机的大量出现，使得飞机结构腐蚀进一步加剧‘“，导致飞机结构可靠性低和维护费用增加等问题。如某航空公司对老龄飞机进行腐蚀防护的费用是飞机维修费用的50％[5]。在民航业起步早的国家或地区，由腐蚀引发的飞行事故屡见不鲜，已造成了严重的人员伤亡。如2008年8月，西班牙等3个国家接连发生3起重大飞行安全事故，出事飞机皆已超过设计寿命但仍在运营‘⋯。因此，对国内民用飞机尤其是老龄飞机易受腐蚀损伤结构进行周期性无损检测及可靠性评估，对减少民航企业经济损失、降低维修成本、更好地确保飞机结构件安全运行有着重要的工程实践意义。对于飞机结构腐蚀的可靠性评估，选择合理的腐蚀损伤

5、数据分布模型是至关重要的前提口]。由于无损检测设备测量误差、工作环境及人为因素差异，飞机结构件腐蚀损伤的检测数据存在相当程度的不确定性。忽视这些不确定性不仅会导致分布模型的决策失误，而且可能导致可靠性模型精度低，增加不必要的检测和维修费用。收稿日期：2013—08—29；退修日期：2013—09—16；录用日期：2013—11—28；网络出版时间：2013—12—2005：57网络出版地址：wwwcnkinet／kcms／detail／111929V201312200557003html基金项目：中央高校基本科研业务费中国民航大学专项资金(3122013D0

6、04)；国家自然科学基金青年基金项目(21303261)*通讯作者Tel：022—24092054E-mail：cxzhang@cauceducn现属格式ZhangcX，ZhouMY，WangZPReliabilitymodalofaircraftstructurecorrosionbasedonBayesianupdatedrJIActaAeronau．ticaetAstronauticaSin／ca，2014，35(7)：1931—1940张春晓，局美茵，王志平基于贝叶斯更新的飞祝结构霭蚀可靠毖模型!Jj航空学搬，2014，35(7)：1931．1940

7、航空学报通常描述腐蚀检测数据的分布函数有多个，如威布尔分布、指数分布及对数正态分布等口]，它们都是不同的研究人员根据无损检测试验数据得出的经验分布模型。对某一具体飞机结构腐蚀数据究竟该选择哪一种分布模型，这就需要分析腐蚀损伤数据带来的不确定性，并且解决分布模型选择和参数估计问题。传统的概率论方法[91和专家判断法‘”1经常被用于解决腐蚀模型的不确定性，然而概率统计方法要受到样本规模、采样时问和条件的限制，甚至在某些场合由于样本量太少而无法得到概率分布函数；基于主观信度的专家判断法也因为易受人为因素影响，常常导致结果的不精确。据笔者掌握的文献来看，现有的飞机结

8、构腐蚀失效预测和可靠性评估模型未充分考虑工程实践的时