考虑失效相关的柴油机曲柄连杆机构可靠性分析

摘要

发动机作为车辆的动力来源，其可靠性水平直接影响车辆整体可靠性。失效相关作为机械系统普遍存在的特征，在柴油机系统中同样存在，如果忽略系统中的失效相关性，会使系统可靠性估计出现大的误差。本文以柴油机曲柄连杆机构为研究对象，充分考虑系统中零件各失效模式之间的相关性和系统中各零件之间的相关性，以寿命作为衡量零件之间相关关系的变量，结合Copula函数理论，对柴油机曲柄连杆机构进行可靠性分析。论文主要工作如下： （1）对柴油机故障数据进行统计分析。首先分析了柴油机可靠性数据的主要来源及不同来源数据的特点，然后介绍了柴油机整机可靠性指标并给出相应分析图表加以说明。最后对某型号柴油机维修反馈数据进行统计分析，并给出了零部件寿命分布函数的概率图法和相关系数法，确定裂纹失效模式下活塞寿命分布服从威布尔分布。 （2）选择合适的Copula模型。对Copula函数的概念、性质及其在相关性分析中的特点进行介绍分析，并给出了选择Copula函数的步骤。根据确定的零件寿命分布函数，作出相应的二元频率直方图，根据二元频率直方图形状对比Copula密度函数图形特征初步选择Copula函数，并通过计算初选Copula模型与经验Copula函数之间的平方欧式距离确定最合适的模型。通过对两种失效模式下活塞寿命分布进行计算，确定用正态Copula函数描述活塞两个失效模式间相关关系更合适。 （3）建立基于Copula函数的多失效模式零件可靠度计算模型。以应力-强度干涉分析为基础，结合Copula函数理论和Sklar定理，推导出多失效模式相关下零件的可靠度模型，同时考虑到柴油机工作特点，以寿命分布函数代替功能函数来估计各失效模式的失效概率，最后得到基于Copula函数的多失效模式零件可靠度计算模型，对活塞的可靠性进行分析。 （4）进行零件失效相关下柴油机曲柄连杆机构的可靠性分析。以失效模式相关下零件可靠度计算模型为基础，得到机构主要零部件的寿命分布函数，并将其作为机构联合分布函数的边缘分布函数，最后根据建立的零件寿命相关下串联、并联和串并联系统的可靠性模型对曲柄连杆机构可靠度进行计算，然后验证所建立模型的有效性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 可靠性技术发展现状分析

1.3 论文主要研究内容

1.4 本章小结

第二章 柴油机故障数据分析

2.1 柴油机故障数据来源

2.2 柴油机故障数据的处理

2.3 柴油机的可靠性指标

2.4 柴油机故障数据的统计分析

2.5 寿命分布函数的确定

2.6 本章小结

第三章 Copula模型的选择

3.1 Copula函数的概念和基本性质

3.2 常用的Copula函数

3.3 Copula模型的选择

3.4 实例分析

3.5 本章小结

第四章 基于Copula函数的零件可靠度计算模型

4.1 应力-强度干涉模型及其不足

4.2 基于Copula函数的多失效模式零件可靠度计算模型

4.3 活塞可靠性分析

4.4 本章小结

第五章 零件失效相关下柴油机曲柄连杆机构可靠性分析

5.1 传统机械系统可靠性模型

5.2 考虑失效相关的系统可靠性模型

5.3 柴油机曲柄连杆机构的分析

5.4 曲柄连杆机构主要零件寿命分布函数的确定

5.5 曲柄连杆机构可靠度的计算

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 本文的创新点

6.3 本文的研究展望

参考文献

附录A 收集的部分维修反馈数据

附录B MATLAB程序

致谢

攻读学位期间的研究成果