[发明专利]一种基于模糊穿阈模型的机构运动精度可靠性分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种基于模糊穿阈模型的机构运动精度可靠性分析方法，特别涉及基于广义随机退化和模糊判据的机构运动精度时变可靠性穿阈模型，属于机构的可靠度计算领域。

背景技术

随着军事科技、航天科技和精密机械的不断发展，机械中机构系统逐渐向着高速、轻质、高精度、高可靠性、自动化方向发展，以机构运动精度可靠性为重要质量标准的可靠性问题越来越突出。机构运动精度是否可靠直接关系到整个机械设备的安全性和可靠性。机构运动精度可靠性指在一定时间内，一定条件下，机构运动相应落在给定误差限内的概率。由于机构系统中存在不可消除的不确定性因素，如构件的材料、构件几何公差、运动副间隙、构件的受力受热变形和机构运动输入波动等，这些不确定因素必然导致机构运动响应具有不确定性。如果在机构设计阶段不对这些不确定性因素进行充分考虑，机构运动输出可能会产生很大的不确定性偏差，而这种不确定性偏差很可能会造成机构运动精度失效，进而造成系统功能丧失、性能下降、用户满意度降低以及故障率升高等不良后果。现在机构运动精度可靠性研究己成为机构可靠性研究领域最重要的研究课题之一。

在机构正常的使用中，机构的失效多是由于磨损、疲劳等退化影响运动造成的，机构在正常使用过程中这些影响是不可避免的。从设计的角度来讲，这些影响是一个很复杂的过程，相关因素很多，实际上退化是一个随机过程，在大多数的情况下，一般是服从正态分布。

常规的机构分析都是基于确定性的分析，而在实际工程中，受构件加工制造、测量和装配等因素的影响，以及人们认识客观事物的局限性，使得随机性、模糊性广泛存在于影响机构运动响应的因素中，因此讨论求解含有随机模糊参数的机构运动问题显得非常有意义。

穿阈模型其主要思想是利用随机初态及其随机到达某界限的首达时间或穿越次数的特性对其进行统计、估计与测量来优化系统参数达到改善其性能的目的，或利用穿越时间和滞留时间特性将系统状态控制在确定的区域内，而该界限往往视为常量。

与结构可靠性相比，机构可靠性研究起步较晚。近年来，针对建筑结构和复杂系统的时变可靠性研究了基于模糊随机过程的结构时变可靠性分析方法；结构可靠度计算新方法—PHI2以及改进了上穿率计算的新PHI2方法都给了我们新的思路；机构除承受载荷外，主要用于传递运动，针对机构运动误差并结合PHI2方法，提出了机构运动可靠性分析方法。但是，由于机构形式多样，构造复杂，故失效模式较多，失效机理复杂，因此，上述方法并不能完全精确地反映实际工况。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于模糊穿阈模型的机构运动精度可靠性分析方法，它解决机构模糊时变可靠性问题。为了兼顾机构运动存在的误差和容差对于机构可靠性的影响，考虑机构运动中的模糊性和时变性，完善经典机构运动可靠性理论在同时考虑时变性和模糊性时计算失效概率的问题。

本发明在机构设计综合法的基础上，给出了模糊时变可靠性的分析方法；分析运动的误差和容差以及磨损对机构可靠性的影响；同时考虑机构运动的误差和容差以及磨损的模糊性和时变性，并结合时变可靠性分析方法，给出了机构模糊时变可靠性的计算理论和可靠度的计算方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于模糊穿阈模型的机构运动精度可靠性分析方法，该方法具体步骤为：

步骤一：根据任务特点，建立广义模糊随机应力-强度干涉模型，具体实现如下：

|ϵ~(X,τ)|≤ϵ+[ϵ]]]>

式中，X为随机变量，τ为时间或主动构件运动参数，为考虑容差时的模糊误差，ε为机构的允许运动误差，[ε]为容差。

步骤二：确定运动误差的隶属度函数μ(x)

隶属度函数用公式表示：

步骤三：确定τ₀时刻可靠度R(τ₀)，计算完全上穿率ν⁺(τ)和完全下穿率ν^-(τ)