機(jī)械動(dòng)態(tài)與漸變可靠性理論與技術(shù)淺析

王姜萍

摘要：隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展以及科技的日新月異，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品性能的要求也不斷提高，而由于機(jī)械工作環(huán)境的復(fù)雜性，產(chǎn)品的可靠性與性能問(wèn)題日益突出，嚴(yán)重制約了工業(yè)的發(fā)展。對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)而言，其主要是以規(guī)定的工作條件為依據(jù)，對(duì)產(chǎn)品運(yùn)行的壽命、狀態(tài)和能力進(jìn)行預(yù)測(cè)估計(jì)，在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)與排除產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)，提高機(jī)械產(chǎn)品的可靠性，保證產(chǎn)品的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。本文就對(duì)機(jī)械動(dòng)態(tài)與漸變可靠性理論與技術(shù)進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)械；動(dòng)態(tài)與漸變可靠性；理論；技術(shù)

對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品的可靠性而言，其與社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和人身安全具有十分緊密的關(guān)系，因此在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中需要保證機(jī)械產(chǎn)品的可靠性與安全性。一般機(jī)械產(chǎn)品的可靠性技術(shù)涉及到產(chǎn)品的保養(yǎng)、維修、運(yùn)輸、使用、試驗(yàn)、裝配、研制和設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，需要對(duì)可靠性設(shè)計(jì)方法加以大力推廣，從而促進(jìn)產(chǎn)品成本的降低，提高產(chǎn)品的質(zhì)量、作業(yè)效率和可靠性。

一、機(jī)械動(dòng)態(tài)與漸變可靠性概述

對(duì)于機(jī)械動(dòng)態(tài)與漸變可靠性的設(shè)計(jì)而言，其屬于機(jī)械設(shè)計(jì)范疇，因此可靠性設(shè)計(jì)應(yīng)以動(dòng)力概率學(xué)為依據(jù)，深入研究運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)情況下的可靠性指標(biāo)。一般機(jī)械可靠性主要是指機(jī)械在運(yùn)動(dòng)的情況下，能夠在預(yù)期時(shí)間內(nèi)執(zhí)行相應(yīng)功能的能力。大部分機(jī)械產(chǎn)品在安裝、制造與設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)會(huì)存在一定的偏差，在很大程度上影響機(jī)械系統(tǒng)的參數(shù)，因此需要進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的可靠性分析。而以機(jī)械可靠性為基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)可靠性則是結(jié)合機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目標(biāo)和動(dòng)態(tài)特性，詳細(xì)分析產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)情況下展現(xiàn)的物理特性和幾何特性，從而目標(biāo)修改與預(yù)測(cè)[1]。同時(shí)動(dòng)態(tài)可靠性強(qiáng)調(diào)了動(dòng)力行為對(duì)機(jī)械失效率與可靠性的影響、影響機(jī)械動(dòng)力學(xué)特征的損傷因素以及機(jī)械動(dòng)態(tài)行為等，如果沒(méi)有充分考慮動(dòng)態(tài)特性，機(jī)械系統(tǒng)在實(shí)際投入使用過(guò)程中，則會(huì)出現(xiàn)信息失真現(xiàn)象，降低可靠性。此外，對(duì)于漸變可靠性而言，需要將漸變失效的理念加以引入，主要是指產(chǎn)品受外界物化因素的影響，在性能和外形尺寸等方面發(fā)生變化，從而導(dǎo)致產(chǎn)品功能的失效。從形式層面來(lái)說(shuō)，機(jī)械產(chǎn)品的漸變失效可分為變形失效、斷裂和表面損傷等，而漸變可靠性則是以失效情況為依據(jù)來(lái)分析產(chǎn)品的可靠性。機(jī)械動(dòng)態(tài)與漸變可靠性的研究需要以機(jī)械產(chǎn)品為基礎(chǔ)，結(jié)合沖擊與振動(dòng)環(huán)境來(lái)分析機(jī)械產(chǎn)品的可靠性能，研究影響產(chǎn)品可靠性及漸變性能的因素，并在此基礎(chǔ)上整合隨機(jī)過(guò)程和可靠性水、統(tǒng)計(jì)概率及動(dòng)力學(xué)，從而改進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械的數(shù)字化，提高經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

二、機(jī)械動(dòng)態(tài)與漸變可靠性的發(fā)展趨勢(shì)

對(duì)于機(jī)械動(dòng)態(tài)與漸變可靠性的發(fā)展而言，其主要可從以下三個(gè)方面進(jìn)行分析：一是基于概率信息缺失的可靠性設(shè)計(jì)。在機(jī)械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)機(jī)械零部件及其系統(tǒng)的隨機(jī)參數(shù)的概率分布信息加以準(zhǔn)確了解與掌握，但是在實(shí)際過(guò)程中，由于數(shù)據(jù)和資料的缺乏，往往難以對(duì)隨機(jī)參數(shù)的概率分布加以確定。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，機(jī)械產(chǎn)品在可靠性設(shè)計(jì)方法方面得到了較大的突破，但是這些方法都是要求設(shè)計(jì)參數(shù)服從于正態(tài)分布，而由于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)缺乏和工程實(shí)際復(fù)雜性等因素的限制，相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)多是服從于不同形式的概率分布，甚至不服從正態(tài)分布[2]。由此可知，如果單純采用正態(tài)分布的方法來(lái)進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)，往往會(huì)存在一定的誤差，難以達(dá)到理想的設(shè)計(jì)效果?；跈C(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的難題，要想在數(shù)據(jù)資料和概率信息缺失的情況下解決該問(wèn)題，需要科學(xué)應(yīng)用機(jī)械動(dòng)態(tài)與漸變可靠性理論及技術(shù)。

二是動(dòng)態(tài)與漸變機(jī)械耦合失效的可靠性設(shè)計(jì)。目前機(jī)械動(dòng)態(tài)與漸變可靠性理論及技術(shù)的研究方面，多是分析動(dòng)態(tài)與漸變耦合機(jī)械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)，但是沒(méi)有涉及因振動(dòng)導(dǎo)致的隨機(jī)耦合、動(dòng)態(tài)漸變、相互耦合、漸變失效以及靜態(tài)失效等可靠性問(wèn)題。當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題就是如何解決各失效類(lèi)型間的耦合問(wèn)題以及機(jī)械可靠性制造、預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)問(wèn)題。這些問(wèn)題的解決會(huì)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的可靠性發(fā)展產(chǎn)生直接影響，關(guān)系到機(jī)械產(chǎn)品的社會(huì)價(jià)值與科學(xué)價(jià)值。

三是漸變機(jī)械體系與非線(xiàn)性隨機(jī)動(dòng)態(tài)的可靠性設(shè)計(jì)。在機(jī)械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)非線(xiàn)性多自由度隨機(jī)體系的漸變失效和動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行綜合考慮。就機(jī)械產(chǎn)品而言，其部分參數(shù)的劣化會(huì)對(duì)其動(dòng)態(tài)行為產(chǎn)生一定影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致其失效，當(dāng)然產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)行為也會(huì)對(duì)參數(shù)的劣化過(guò)程產(chǎn)生影響，因此對(duì)可靠性模型加以構(gòu)建時(shí)需要將兩種耦合因素進(jìn)行科學(xué)考慮。一般來(lái)說(shuō)，參數(shù)的劣化過(guò)程往往具有一定的隨機(jī)性，從而使得機(jī)械產(chǎn)品動(dòng)力學(xué)方程的參數(shù)也具有隨機(jī)性，由此可知構(gòu)建的動(dòng)態(tài)力學(xué)與漸變耦合模型具有多自由和非線(xiàn)性特點(diǎn)，其荷載與參數(shù)也帶有隨機(jī)性質(zhì)[3]。目前，漸變耦合與動(dòng)態(tài)的多自由度非線(xiàn)性隨機(jī)系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)與動(dòng)力學(xué)分析方面的文獻(xiàn)較少，在很大程度上影響了機(jī)械產(chǎn)品的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，機(jī)械動(dòng)態(tài)和漸變可靠性理論進(jìn)一步深化和升華了典型可靠性理論，其理論與技術(shù)的應(yīng)用能夠推動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品的研制及開(kāi)發(fā)，保證產(chǎn)品運(yùn)行的安全性和可靠性。機(jī)械動(dòng)態(tài)與漸變可靠性的深入研究，是對(duì)漸變可靠性理論及技術(shù)的充分體現(xiàn)，能夠?yàn)闄C(jī)械設(shè)施提供重要的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]張?jiān)?機(jī)械動(dòng)態(tài)與漸變可靠性理論與技術(shù)評(píng)述[J].山東工業(yè)技術(shù)，2014，22：301.

[2]何正嘉，曹宏瑞，訾艷陽(yáng)，李兵.機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的發(fā)展與思考[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014，02：171-186.

[3]賴(lài)一楠，王國(guó)彪.機(jī)械工程學(xué)科可靠性領(lǐng)域自然科學(xué)基金資助情況分析[J].中國(guó)科學(xué)基金，2016，01：44-49.