一种机械系统的功能失效表征检测方法

摘要

本发明公开一种机械系统的功能失效表征检测方法，针对金属材质的机械系统，以阻值作为机械系统中零部件的显著失效判据，预先定义组成结构参数、广义载荷参数和零部件的强度性能参数，分析机械零件的主要失效模式，并根据主要失效模式确定对应的失效物理模型，并建立机械零件的不确定性输入及对应的分布类型，并通过重复试验，采取随机取样的方式模拟不同类型的机械失效模型，并根据不同的机械失效模型获取不同的失效场景参数并归总，根据各主要失效模式对应的随机响应及随机分布，建立树形图并获得其边缘概率密度，从而获得机械系统的失效概率特征，本发明的优点在于可以同时实现对机械系统失效的事先预测和快速检测。

说明书

技术领域

本发明涉及机械检测方法，具体地说，是一种机械系统的功能失效表征检测方法。

背景技术

机械系统是由若干零件按照一定的关系有机地组成在一起，以期实现某种功能或性能，例如，柴油机、涡轮增压器、发电机、汽车、机床等都是典型的机械系统。机械系统从层次上可以分解为子系统，而子系统又可以进一步分解为零件。按照系统与零件之间的失效逻辑关系，系统可以分为串联系统、并联系统以及表决系统。其中，串联系统是指全部零件都正常工作时系统才能正常工作的系统，并联系统是指所有零件都失效时系统才失效的系统，表决系统是指组成系统的n个零件中至少有k个零件工作时系统才能正常工作的系统。机械系统既可以是单一的串联系统、并联系统或表决系统，也可以是由属于串联系统、并联系统或表决系统的子系统所组成的混联系统。

机械系统的失效行为是机械系统在服役过程中所表现出的失效模式及其演化过程。机械系统的失效行为不仅取决于组成系统的各个零件，而且还取决于系统中各零件与系统的失效逻辑关系。机械系统通常由多个以及多种零件所组成，而且各零件在结构、材料、失效模式、功能、性能等方面存在不同程度的差别，加之零件与系统之间又存在较为复杂的失效逻辑关系，使得机械系统的失效具有明显的多样性、复杂性与不确定性。

因此，在机械系统的研制过程中，在分析系统组成结构、功能与性能的基础上，如何科学地表征系统的失效行为是进行机械系统可靠性分析、寿命预测以及维修保障方案制定的关键。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种机械系统的功能失效表征检测方法。

技术方案：本发明所述一种机械系统的功能失效表征检测方法，包括以下步骤：

S1、建立机械系统的各部件性能模型，并测定各部件完好状态下阻值，并建档录入整体阻值表单；

S2、分析机械零件的主要失效模式，并根据主要失效模式确定对应的失效物理模型，并建立机械零件的不确定性输入及对应的分布类型；

S3、定义机械系统的组成结构参数、广义载荷参数和零部件的强度性能参数；

S4、测定各部件在失效状态下的阻值，作为机械系统中零部件的显著失效判据；

S5、采取随机取样的方式模拟不同类型的机械失效模型，并根据不同的机械失效模型获取不同的失效场景参数并归总；

S6、根据各主要失效模式对应的随机响应及随机分布，建立树形图并获得其边缘概率密度，从而获得机械系统的失效概率特征；

S7、将失效概率特征与失效时间进行比照，得出不同的显著失效判据对应的失效时间节点。

作为优选的，显著失效判据采用机械系统组件的热变系数作为判断参照。

作为优选的，S7中的时间节点构成的时间轴中引入强度退化造成的机械损伤。

作为优选的，强度退化造成的机械损伤的预设值根据采用材料的不同获取不同的退化损伤系数。

作为优选的，S7中的时间节点构成的时间轴中引入机械结构单一位置疲劳失效的可靠度。

作为优选的，机械结构单一位置疲劳失效的可靠度根据材料不同以及加工结构的不同引入预设的疲劳失效系数。

本发明相比于现有技术具有以下有益效果：以阻值作为机械系统中零部件的显著失效判据，预先定义组成结构参数、广义载荷参数和零部件的强度性能参数，采取随机取样的方式模拟不同类型的机械失效模型，并根据不同的机械失效模型获取不同的失效场景参数并归总，根据各主要失效模式对应的随机响应及随机分布，建立树形图并获得其边缘概率密度，从而获得机械系统的失效概率特征，根据预设参数计算和多次试验获得的阻值参数，可以实现对机械系统失效的事先预测和现场快速检测。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通讯连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介的间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

实施例1：S1、建立机械系统的各部件性能模型，并测定各部件完好状态下阻值，并建档录入整体阻值表单；

S2、分析机械零件的主要失效模式，并根据主要失效模式确定对应的失效物理模型，并建立机械零件的不确定性输入及对应的分布类型；

S3、定义机械系统的组成结构参数、广义载荷参数和零部件的强度性能参数；

S4、测定各部件在失效状态下的阻值，作为机械系统中零部件的显著失效判据；

S5、采取随机取样的方式模拟不同类型的机械失效模型，并根据不同的机械失效模型获取不同的失效场景参数并归总；

S6、根据各主要失效模式对应的随机响应及随机分布，建立树形图并获得其边缘概率密度，从而获得机械系统的失效概率特征；

S7、将失效概率特征与失效时间进行比照，得出不同的显著失效判据对应的失效时间节点。

实施例2：S1、建立机械系统的各部件性能模型，并测定各部件完好状态下热变系数，并建档录入整体热变系数表单；

S2、分析机械零件的主要失效模式，并根据主要失效模式确定对应的失效物理模型，并建立机械零件的不确定性输入及对应的分布类型；

S3、定义机械系统的组成结构参数、广义载荷参数和零部件的强度性能参数；

S4、测定各部件在失效状态下的热变系数，作为机械系统中零部件的显著失效判据；

S5、采取随机取样的方式模拟不同类型的机械失效模型，并根据不同的机械失效模型获取不同的失效场景参数并归总；

S6、根据各主要失效模式对应的随机响应及随机分布，建立树形图并获得其边缘概率密度，从而获得机械系统的失效概率特征；

S7、将失效概率特征与失效时间进行比照，得出不同的显著失效判据对应的失效时间节点。

实施例3：针对非应力运动状态的机械系统：

S1、建立机械系统的各部件性能模型，并测定各部件完好状态下阻值，并建档录入整体阻值表单；

S2、分析机械零件的主要失效模式，并根据主要失效模式确定对应的失效物理模型，并建立机械零件的不确定性输入及对应的分布类型；

S3、定义机械系统的组成结构参数、广义载荷参数和零部件的强度性能参数；

S4、测定各部件在失效状态下的阻值，作为机械系统中零部件的显著失效判据；

S5、采取随机取样的方式模拟不同类型的机械失效模型，并根据不同的机械失效模型获取不同的失效场景参数并归总；

S6、根据各主要失效模式对应的随机响应及随机分布，建立树形图并获得其边缘概率密度，从而获得机械系统的失效概率特征；

S7、将失效概率特征与失效时间进行比照，得出不同的显著失效判据对应的失效时间节点，时间节点构成的时间轴中引入强度退化造成的机械损伤，强度退化造成的机械损伤的预设值根据采用材料的不同获取不同的退化损伤系数。

实施例4：针对内部做应力运动的机械结构：

S1、建立机械系统的各部件性能模型，并测定各部件完好状态下阻值，并建档录入整体阻值表单；

S2、分析机械零件的主要失效模式，并根据主要失效模式确定对应的失效物理模型，并建立机械零件的不确定性输入及对应的分布类型；

S3、定义机械系统的组成结构参数、广义载荷参数和零部件的强度性能参数；

S4、测定各部件在失效状态下的阻值，作为机械系统中零部件的显著失效判据；

S5、采取随机取样的方式模拟不同类型的机械失效模型，并根据不同的机械失效模型获取不同的失效场景参数并归总；

S6、根据各主要失效模式对应的随机响应及随机分布，建立树形图并获得其边缘概率密度，从而获得机械系统的失效概率特征；

S7、将失效概率特征与失效时间进行比照，得出不同的显著失效判据对应的失效时间节点，时间节点构成的时间轴中引入强度退化造成的机械损伤，强度退化造成的机械损伤的预设值根据采用材料的不同获取不同的退化损伤系数，同时引入机械结构单一位置疲劳失效的可靠度，机械结构单一位置疲劳失效的可靠度根据材料不同以及加工结构的不同引入预设的疲劳失效系数。

以阻值和热变系数等一系列简便测量的参数作为机械系统中零部件的显著失效判据，预先定义组成结构参数、广义载荷参数和零部件的强度性能参数，采取随机取样的方式模拟不同类型的机械失效模型，并根据不同的机械失效模型获取不同的失效场景参数并归总，根据各主要失效模式对应的随机响应及随机分布，建立树形图并获得其边缘概率密度，从而获得机械系统的失效概率特征，根据预设参数计算和多次试验获得的阻值参数，可以实现对机械系统失效的事先预测和现场快速检测，同时引入机械结构单一位置疲劳失效的可靠度和强度退化造成的机械损伤这两个考量参数，可以在机械系统的运行状态下对机械系统内部的损伤状态可以预测。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一特征和第二特征直接接触，或第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。

而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任意一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。