[发明专利]考虑失效相关性的提升减速器动态可靠性建模方法

说明书

技术领域

本发明属于可靠性技术领域，涉及动态可靠性建模，具体涉及一种基于Copula函数的提升减速器失效相关性的动态可靠性建模与分析方法。

背景介绍

通常情况下，在计算提升减速器可靠度时，将提升减速器各失效模式之间看成是相互独立的，从而将其简化为简单的串联系统处理。计算得到单个零件可靠度后借助于经典可靠性模型求得整个提升减速系统的可靠度。事实上，以提升减速器为代表的大部分机械系统或零部件都存在多种失效模式，特别是存在配合关系的机械零部件之间更应该考虑失效的相关性，这类机械零部件的功能函数也共享部分参数。因此，分析这类机械系统时，如若不考虑失效间的相关性，往往会导致计算结果偏差较大。提升减速器中关键部件-齿轮的性能指标主要包括静强度、疲劳强度、振动及刚度等，足够的疲劳强度以及静强度是保障齿轮在工作过程中不发生过量的塑性变形或疲劳断裂的必要条件。针对提升减速器常规可靠性分析过程中现有技术并未考虑失效相关情况，如文献“周金宇,谢里阳,王学敏.失效相关结构系统可靠性分析及近似求解[J].东北大学学报(自然科学版),2004,25(1):74-77”。事实上，诸如齿轮的接触疲劳失效与弯曲疲劳失效并不是相互独立的，两失效模式之间存在着相关性。综上所述，在分析提升减速器可靠性时，必须充分考虑提升减速器中各零件之间的失效相关性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述不考虑失效的相关性，往往会导致计算结果偏差较大的问题，提出了一种基于Copula函数的提升减速器失效相关性的动态可靠性方法，通过建立多元变量间的模型、求解多元联合分布函数来刻画提升减速器失效相关性。

本发明采用的技术方案为：提升减速器失效相关性的动态可靠性建模方法，包括：

步骤1：根据提升减速器服役实际环境工况、系统功能、性能以及系统组成，对其进行失效模式分析，找出各零部件不同的失效模式及其失效机理；

步骤2：针对提升减速器的多失效模式，选取并计算相应参数值，然后根据计算得到的参数值建立提升减速器在各失效模式下的功能函数表达式；

步骤3：考虑载荷作用次数对提升减速器的影响，获得提升减速器在各失效模式下的动态可靠度曲线，并拟合得到零部件各失效模式下的寿命分布函数及其参数；

步骤4：依据各失效模式下的动态可靠度曲线获得零部件失效独立下的寿命曲线，根据所得寿命曲线得到边缘分布函数(u_i,v_i)(i＝1,2,…,n)，绘制(u_i,v_i)的二元频率直方图，依据频率直方图的形状初选Copula函数类型；

其中，u_i,v_i为边缘分布函数(u_i,v_i)的两个变量；

步骤5：依据(u_i,v_i)绘制出零部件的经验Copula函数图形，得到经验Copula函数；

步骤6：利用经验Copula函数及初选的Copula函数，计算平方欧式距离，依据平方欧式距离计算结果选择最佳拟合效果的Copula函数C(U,V)；

其中，U为接触疲劳的寿命分布函数，V为弯曲疲劳下的寿命分布函数；

步骤7：估计步骤S6得到的最佳拟合效果的Copula函数C(U,V)中的未知参数，得到未知参数后，绘制失效相关下的联合寿命分布曲线。

进一步地，所述零部件为：提升减速器中的轴和齿轮。

进一步地，所述步骤S7具体包括：

步骤71：计算联合寿命分布函数，将步骤3中得到的零部件各失效模式下的寿命分布函数带入Gumbel Copula函数，求出零部件的失效相关性联合寿命分布函数；

步骤72：绘制零部件的失效相关性联合寿命分布函数图形，将步骤71得到联合寿命分布函数绘制成失效相关下的寿命分布曲线，并与步骤S4中的零部件失效独立下的寿命分布曲线作对比、分析。