系统可靠性特征相似量研究与Monte Carlo方法模拟

摘要

“相关失效”是系统失效的普遍特征，忽略系统的相关性，简单的在各部分失效相互独立的假设条件下，对系统可靠度进行定性定量分析，常会导致较大的误差。“相关失效”的存在，造成系统可靠度模型变得更加复杂，也使预期可靠度安全作用大打折扣。核工业的概率风险分析已表明，相关失效是系统失效和设备不可用的主要原因之一。因此，“相关失效”对系统可靠度的影响是十分重要的。在对复杂系统进行可靠度分析时，常需要已有的历史失效数据作为参照依据，这就需要一个评定系统的可靠度具有相似性的准则，并根据这种相似性准则对待求系统进行可靠性的估算分析。 本文正是对基于“相关失效”的k/n(F)系统可靠性的相似性进行了研究，具体研究内容如下： (1) 分析了Hamacher算子在可靠性模型的应用，根据基于改进的Hamacher算子的可靠性模型，来研究具有相关失效的系统可靠度； (2) 以k/n(F)系统为研究对象，以系统层的应力．强度干涉模型为出发点，分析了系统可靠度在不同的系统参数下的表现，讨论了系统的载荷粗糙度和安全裕度的影响情况，得出了系统相关失效规律主要受载荷粗糙度影响的结论； (3) 根据载荷粗糙度影响系统的相关失效规律这一结论，提出了判断k/n(F)系统为相似系统的准则，并提出了根据相似系统的已有失效数据处理新系统可靠度数据的定量分析方法； (4) 利用Monte Carlo模拟方法，验证了提出相似性准则及相似k/n(F)系统的可靠度估算方法的可行性； (5) 开发Monte Carlo模拟软件，通过不同可靠度参数的选择，得到系统的可靠度数据，为研究k/n(F)系统可靠度及相似系统定量分析方法的验证提供实验平台。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章概述

1.1本课题研究的内容和意义

1.2相关失效可靠性的研究现状

1.3可靠性工程的研究方法

1.3.1载荷-强度干涉理论分析方法

1.3.2蒙特卡罗模拟方法

1.3.3 Hamacher算子在可靠性领域的应用

1.4本文的主要工作及内容

第2章系统可靠性模型

2.1传统的系统可靠性模型

2.1.1串联系统可靠性

2.1.2并联系统可靠性

2.1.3k/n(G)系统可靠性

2.2相关失效下的可靠度模型

2.2.1早期相关失效的研究方法

2.2.2载荷粗糙度对零件可靠度的影响

2.2.3基于系统层载荷-强度干涉理论的可靠性模型

2.2.4基于Hamacher算子的可靠性模型

第3章Monte Carlo方法模拟仿真

3.1随机数的产生方法

3.1.1平方取中法

3.1.2同余法

3.2随机数的抽样方法

3.2.1直接抽样法

3.2.2变换抽样法

3.2.3舍取抽样法

3.2.4重要抽样法

3.2.5正态分布的抽样方法

3.3随机数的检验方法

3.3.1参数检验

3.3.2均匀性检验

3.3.3独立性检验

3.4系统可靠度的模拟方法

3.4.1模拟假设条件

3.4.2模拟程序的步骤

3.4.3随机数的获得方法

3.5蒙特卡罗模拟软件的编制

3.5.1模拟软件的结构

3.5.2软件的编写思想

第4章基于Hamacher算子的可靠性模型

4.1修正的Hamacher算子

4.2改进的Hamacher算子的性质

4.2.1改进的Hamacher算子的归一性

4.2.2改进的Hamacher算子关于载荷粗糙度的单调性

4.3串联系统的可靠性模型

4.3.1含有两个零件的串联系统可靠性模型

4.3.2含有多个零件的串联系统可靠性模型

4.3.3串联可靠性系统的实例分析

4.4并联系统的可靠性模型

4.4.1含有两个零件的并联系统可靠性模型

4.4.2含有多个零件的并联系统可靠性模型

4.4.3并联系统可靠度的实例分析

4.5系统失效概率的处理方法

第5章k/n系统可靠性相似性研究

5.1k/n(F)系统的定性研究

5.1.1安全裕度不变，载荷粗糙度发生变化

5.1.2安全裕度变化，载荷粗糙度不变

5.1.3载荷粗糙度趋于0

5.1.4载荷粗糙度趋于1

5.1.5分析小结

5.2 k/n(F)系统的相似性分析方法

5.2.1k/n(F)系统的相似性分析

5.2.2相似性准则中定义的概念

5.2.3系统相似特性函数的提出

5.2.4基于相似系数的定量分析方法

5.3相似特性系统的验证

5.3.1系统阶数为2时的情况

5.3.2系统阶数大于2时的情况

5.4系统相似特征函数的应用实例

5.4.1已知系统载荷强度信息预测相似系统的可靠度

5.4.2未知系统载荷强度信息预测相似系统的可靠度

5.4.3基于不完整可靠性信息预测相似系统的可靠度

第6章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表学位论文情况