一种考虑突发失效阈值退化的飞机舱门锁系统可靠性建模方法技术方案

本发明专利技术属于可靠性建模技术领域，尤其涉及一种考虑突发失效阈值随时间连续退化情形下的失效分析及可靠性建模方法，包括外界载荷冲击建模，对突发失效模式进行建模，对退化失效模式进行建模，并根据所述突发失效模式和所述退化失效模式分别建立的模型建立所述飞机舱门锁系统的可靠性模型，最后计算可靠性数据结果。本发明专利技术不仅考虑突发失效和退化失效两种相关联的失效模式，以及两种失效模式的失效机理和竞争方式，同时改进传统方法没有考虑突发失效阈值亦随时间退化的不足之处，提高了可靠性建模的准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑突发失效阈值退化的飞机舱门锁系统可靠性建模方法
本专利技术属于可靠性建模
，尤其涉及一种考虑突发失效阈值随时间连续退化情形下的失效分析及可靠性建模方法。
技术介绍
机械系统的工作环境一般比较复杂，包括载荷复杂、失效模式复杂、失效机理复杂等多种因素，机械系统的失效形式可以概括为两类，一类是突发失效(硬失效)，通常是由于外界载荷在某一时刻超过了机械系统载荷许用阈值引起的；另一类为退化失效(软失效)，是由于机械系统组成结构或部件随着工作时间的延长而产生的性能退化，导致机械系统无法完成既定功能或性能指标。机械系统工作的过程中，这两类失效模式处于竞争关系，任一类失效模式的发生都会引起机械系统的失效。突发失效(硬失效)一般是指结构强度的破坏，其失效阈值即为强度。受到磨损、疲劳、腐蚀、老化等过程影响，机械系统组成结构或部件的强度随工作时间逐步退化，因此突发失效阈值会随着工作时间的延续而持续退化。目前，国内针对竞争失效的研究中，王华伟针对航空发动机两类主要失效模式性能失效和突发失效，分析了两种失效模式的发生机理和相关性，建立了竞争失效的航空发动机寿命预测模型(王华伟等.基于竞争失效的航空发动机剩余寿命预测[J].机械工程学报,2014,50(6):197-205)；王浩伟利用导弹性能退化数据和突发失效时间数据，在考虑失效相关的情况下，建立了基于退化失效和突发失效竞争的导弹剩余寿命预测模型(王浩伟等.基于退化失效与突发失效竞争的导弹剩余寿命预测[J].航空学报,2016,37(4):1240-1248)；黄小凯提出一种基于多机理竞争退化的贮存可靠性分析方法(CN102789528A)；张详坡等以Copula函数为工具，建立了加速模型和相关函数模型，提出一种竞争失效相关情况下加速寿命试验统计分析方法(CN103336901A)；胡昌华等提出一种竞争失效条件下设备剩余寿命预测方法，该方法利用维纳模型描述缓变故障模式，利用泊松过程描述突变故障模式(CN103678858A)。国外针对竞争失效的研究主要集中于不同条件下对竞争失效建模方法的改进方面。例如，Peng等人针对处于突发失效和退化失效竞争失效模式下的系统建立了可靠性分析模型，并基于此提出维护保障策略优化方案(HaoPeng.Reliabilityandmaintenancemodelingforsystemssubjecttomultipledependentcompetingfailureprocesses[J].IIETransactions,2011,43:12-22)；Rafiee等人在上述基础上引入退化过程中的退化速率会发生变化的因素，建立了新的竞争失效模型(KooshaRafiee.Reliabilitymodelingfordependentcompetingfailureprocesseswithchangingdegradationrate[J].IIETransactions,2014,46:483-496)；Wang等人则利用时变Copula函数描述突发失效和退化失效之间的相关性，得到考虑竞争失效的系统可靠性分析方法(YapingWang.Modelingthedependentcompetingriskswithmultipledegradationprocessesandrandomshockusingtime-varyingCopulas[J].IEEETransactionsonreliability,2012,61(1):13-22)。然而，现有技术中针对飞机舱门锁系统的竞争失效模式的建模方法中，通常将突发失效的阈值认为为常值，而忽略了多模式竞争失效机械系统的突发失效阈值会随着工作时间的延续而持续退化这一特点，进而导致无法进行准确的可靠性分析与建模。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种考虑突发失效阈值退化的飞机舱门锁系统可靠性建模方法，该可靠性建模方法包括以下步骤：外界载荷冲击建模，包括利用泊松过程，对外界载荷冲击进行建模，其中载荷冲击量大小服从正态分布；对突发失效模式进行建模，其中，突发失效包括突发失效连续退化部分和突发失效阶跃退化部分，所述突发失效连续退化部分符合线性轨迹模型，所述突发失效阶跃退化部分发生于外界冲击载荷到来时刻，所述外界冲击载荷造成的每次阶跃退化量大小服从正态分布；对退化失效模式进行建模，其中，退化失效包括退化失效连续退化部分和退化失效阶跃退化部分，所述退化失效连续退化部分利用退化轨迹建模，所述退化失效阶跃退化部分为每次外界冲击载荷所导致退化量变化的总和；根据所述突发失效模式和所述退化失效模式分别建立的模型建立所述飞机舱门锁系统的可靠性模型；根据所建立的所述飞机舱门锁系统的可靠性模型计算可靠性数据结果。进一步地，利用泊松过程对外界载荷冲击进行建模，包括：以Wi表示第i次外界载荷冲击的冲击量大小，所述Wi服从参数为N(μW,σW2)的正态分布，其中μW,σW分别为Wi的均值与标准差，所述外界载荷冲击服从速率为λ的泊松过程。进一步地，根据所建立的所述飞机舱门锁系统的可靠性模型计算可靠性数据结果，具体包括根据所述可靠性模型计算可靠度及失效率，并绘制可靠度和失效率随时间变化曲线。本专利技术的技术方案中，利用泊松过程描述外界载荷冲击的发生的频率和幅值；突发失效阈值的退化由两部分组成，一部分为随时间连续变化的部分，通过线性轨迹模型建模；另一部分为外界载荷冲击导致的阈值的阶跃性变化。其不仅考虑突发失效和退化失效两种相关联的失效模式，以及两种失效模式的失效机理和竞争方式，同时改进传统方法没有考虑突发失效阈值亦随时间退化的不足之处，提高了可靠性建模的准确度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为该专利技术流程图图2为飞机舱门锁系统结构和工作原理图；其中图A为锁打开状态，图B为锁关闭状态；1为舱门主体，2为锁钩，3为锁环；F为锁处于关闭状态时，锁环传递给锁钩的载荷，P为作用于舱门主体的分布气动载荷；图3为飞机舱门锁系统失效示意简图；其中图A表示打开状态，B表示关闭状态；1为旋转副套筒，2为销轴；F为作用于销轴之上的冲击力；图4为考虑突发失效阈值退化时竞争失效过程示意图图5为不同工作循环次数下锁系统可靠度变化曲线示意图图6为不同工作循环次数下锁系统失效率变化曲线示意图具体实施方式下面结合附图，对实施例作详细说明。结合飞机舱门锁系统的具体结构和工作原理，依照专利技术流程图图1所示，对本专利技术实施方式做具体的说明。图2为锁系统的打开和关闭的两个工作状态，当舱门完成运动，锁钩需要关闭以确保舱门保持关闭状态。同时，飞机飞行的过程中舱门受到分布气动力的作用，气动力综合作用于锁钩，使得锁钩处始终有一个压力F的作用。飞机飞行过程中存在着频率和振幅随机的振动，这种振动对机械系统而言，可以看成一系列大小不一、时间间隔不定的外界载荷冲击，冲击力和其它的作用力一样，会对锁机构系统的构件强度构成潜在威胁。基于工作原理可以分析，锁机构存在两种相关且相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑突发失效阈值退化的飞机舱门锁系统可靠性建模方法，其特征在于，所述可靠性建模方法包括：外界载荷冲击建模，利用泊松过程对外界载荷冲击进行建模，其中载荷冲击量大小服从正态分布；对突发失效模式进行建模，其中，突发失效包括突发失效连续退化部分和突发失效阶跃退化部分，所述突发失效连续退化部分符合线性轨迹模型，所述突发失效阶跃退化部分发生于外界冲击载荷到来时刻，所述外界冲击载荷造成的每次阶跃退化量大小服从正态分布；对退化失效模式进行建模，其中，退化失效包括退化失效连续退化部分和退化失效阶跃退化部分，所述退化失效连续退化部分利用退化轨迹建模，所述退化失效阶跃退化部分为每次外界冲击载荷所导致退化量变化的总和；根据所述突发失效模式和所述退化失效模式分别建立的模型建立所述飞机舱门锁系统的可靠性模型；根据所建立的所述飞机舱门锁系统的可靠性模型计算可靠性数据结果。

【技术特征摘要】
1.一种考虑突发失效阈值退化的飞机舱门锁系统可靠性建模方法，其特征在于，所述可靠性建模方法包括：外界载荷冲击建模，利用泊松过程对外界载荷冲击进行建模，其中载荷冲击量大小服从正态分布；对突发失效模式进行建模，其中，突发失效包括突发失效连续退化部分和突发失效阶跃退化部分，所述突发失效连续退化部分符合线性轨迹模型，所述突发失效阶跃退化部分发生于外界冲击载荷到来时刻，所述外界冲击载荷造成的每次阶跃退化量大小服从正态分布；对退化失效模式进行建模，其中，退化失效包括退化失效连续退化部分和退化失效阶跃退化部分，所述退化失效连续退化部分利用退化轨迹建模，所述退化失效阶跃退化部分为每次外界冲击载荷所导致退化量变化的总和；根据所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敬一，张玉刚，宋笔锋，喻天翔，申林杰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61