飞机结构可靠性设计.ppt

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1、飞机结构可靠性设计王晓军航空科学与工程学院固体力学研究所<<飞机结构强度>>引言人们对客观世界中物质的认识，总是逐渐由确定性的值向不确定性的分布过渡。结构工程中对于不确定性的研究，也随着概率与数理统计和随机过程理论的日益完善，以及数学领域中新兴学科的发展而日益深入和广泛。随着现代科学技术的不断发展，大型工程结构系统（如飞机结构系统）越来越庞大，越来越复杂，各种不确定性的表现也随之越来越突出。实际结构可靠性工程中经常广泛存在随机、模糊、未知然而有界等多种不确定性信息，可靠性问题的提出，就是源于这些不确定性的存在。随着人们对产品质量要求的日益提高，

2、可靠性逐步成为科学和工程中一个非常重要的概念。可靠性的定义产品、系统在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的能力称为可靠性。这里的产品可以泛指任何系统、设备和元器件。产品可靠性定义的要素是三个“规定”：“规定条件”、“规定时间”和“规定功能”。“规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件；例如同一型号的汽车在高速公路和在崎岖的山路上行驶，其可靠性的表现就不大一样，要谈论产品的可靠性必须指明规定的条件是什么。“规定时间”是指产品规定了的任务时间；随着产品任务时间的增加，产品出现故障的概率将增加，而产品的可靠性将是下降的。因此，谈论产品的可靠性离

3、不开规定的任务时间。例如，一辆汽车在在刚刚开出厂子，和用了5年后相比，它出故障的概率显然大了很多。“规定功能”是指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。所要求产品功能的多少和其技术指标的高低，直接影响到产品可靠性指标的高低。例如，电风扇的主要功能有转叶，摇头，定时，那么规定的功能是三者都要，还是仅需要转叶能转能够吹风，所得出的可靠性指标是大不一样的。可靠性的重要性调查结果显示（如某公司市场部2001年调查记录）：“对可靠性的重视度，与地区的经济发达程度成正比”。例如，英国电讯（BT）关于可靠性管理/指标要求有产品寿命、MTBF(平均无故障时间

4、)报告、可靠性框图、失效树分析（FTA）、可靠性测试计划和测试报告等；泰国只有MTBF和MTTF（平均寿命时间）的要求；而厄瓜多尔则未提到，只是提出环境适应性和安全性的要求。可靠性的重要性产品的可靠性很重要，它不仅影响生产公司的前途，而且影响到使用者的安全（前苏联的“联盟11号”宇宙飞船返回时，因压力阀门提前打开而造成三名宇航员全部死亡）。可靠性好的产品，不但可以减少公司的维修费用，而且可以很快就打出品牌，大幅度提升公司形象，增加公司收入。可靠性指标衡量产品可靠性水平有好几种标准，有定量的，也有定性的，有时要用几种标准（指标）去度量一种产品的可

5、靠性，但最基本最常用的有以下几种标准。1.可靠度R（t）；它是产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。一批产品的数量为N，从t=0时开始使用，随着时间的推移，失效的产品件数逐渐增加，而正常工作的产品件数n(t)逐渐减少，用R(t)表示产品在任意时刻t的可靠度。可靠性指标2.可靠寿命[CR(tr)]；它与一般理解的寿命有不同含义，概念也不同，设产品的可靠度为R(t)，使可靠度等于规定值r时的时间tr的，即被定义为可靠寿命。3.失效率（故障率）λ（t）；它是指某产品（零部件）工作到时间t之后，在单位时间△t内发生失效的概率。可靠性指标4.有效

6、寿命与平均寿命；有效寿命一般是指产品投入使用后至达到某规定失效率水平之前的一段工作时间。而平均寿命MTTF对于不可修复产品，指从开始使用直到发生失效这一段工作时间的平均值；对于可修复的产品，是指在整个使用阶段和除维修时间之后的各段有效工作时间的平均值。可靠性指标5.平均无故障工作时间MTBF；是指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障间隔。它仅适用于可维修产品。同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBF。其他如有效度、维修度、平均维修时间等也是衡量产品可靠性水平的一种标准重点指标1.平均故障间隔时间；可维修的产品

7、，其可靠性主要的参数是MTBF（MeanTimeBetweenFail），即平均故障间隔时间，也就是两次维修间的平均时间；不可维修的产品，用MTTF（MeanTimeToFail）；两个参数的计算没有区别，下文只提到MTBF。MTBF越大，说明产品的可靠性越高。重点指标可以用以下理想测试来精确测试一批产品的MTBF；即将该批产品投入使用，当该批产品全部出现故障以后（假如第1个产品的故障时间为t1，第2个产品的故障时间为t2，第n个产品的故障时间为tn），计算发生故障的平均时间，则有公式如下：重点指标2、失效率λ另外一个常用的参数是λ，它是指在产

8、品在t时刻失效的可能性，是失效间隔时间的倒数，也就是：λ＝1/MTBF。对某一类产品而言，产品在不同的时刻有不同的失效率（也就是失效率是时间的函数），