機(jī)械動(dòng)態(tài)與漸變可靠性理論與技術(shù)評(píng)述

張?jiān)?/p>

摘 要：在工業(yè)現(xiàn)代化與科技生產(chǎn)快速發(fā)展的環(huán)境下，機(jī)械產(chǎn)品得到了很大的改善，與此同時(shí)，產(chǎn)品可靠性與性能問題也越來越突出。針對(duì)這種情況，研究機(jī)械產(chǎn)品的性能就顯得非常迫切與需要。本文結(jié)合我國機(jī)械動(dòng)態(tài)與漸變可靠性，對(duì)技術(shù)進(jìn)行了簡單的論述。

關(guān)鍵詞：機(jī)械動(dòng)態(tài)；漸變可靠性；技術(shù)

機(jī)械設(shè)計(jì)的目的是在產(chǎn)品研制中，通過預(yù)測(cè)、估計(jì)產(chǎn)品規(guī)格、運(yùn)行狀態(tài)、壽命，指出相關(guān)產(chǎn)品的微弱點(diǎn)，從而保障產(chǎn)品需求與可靠性。而從機(jī)械產(chǎn)品來看：人身安全、可靠性、社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益有著密切的關(guān)系，可靠性要求整合時(shí)間因素，因此，在現(xiàn)行的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，必須全面推廣與認(rèn)識(shí)可靠性。從可靠性技術(shù)內(nèi)容來看：它貫穿整個(gè)制造、研制、調(diào)試、設(shè)計(jì)、使用、實(shí)驗(yàn)、保管、運(yùn)輸、保養(yǎng)、維修、保養(yǎng)環(huán)節(jié)。

1 動(dòng)態(tài)和漸變可靠性的概念

機(jī)械設(shè)計(jì)是以機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)特性為基礎(chǔ)，對(duì)產(chǎn)品振動(dòng)狀況、運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行研究，進(jìn)行的產(chǎn)品預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)、分析與修改。因?yàn)闄C(jī)械動(dòng)態(tài)可靠性的設(shè)計(jì)理念屬于機(jī)械設(shè)計(jì)的范疇，所以動(dòng)態(tài)可靠性必須在動(dòng)力概率學(xué)基礎(chǔ)上，對(duì)振動(dòng)與運(yùn)動(dòng)狀況下的可靠指標(biāo)進(jìn)行研究，并且將機(jī)械產(chǎn)品的指標(biāo)作為研究可靠性的依據(jù)。早在上個(gè)世紀(jì)四十年代，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)開始研究動(dòng)態(tài)可靠性，RICE還研究了固定交叉界限與動(dòng)力反應(yīng)之間的問題，并且首次提出超越概率，也為超越破壞可靠性的理論打下了基礎(chǔ)。之后，超越概率的計(jì)算算法被提出，并且推出了包括時(shí)間距的解。沖擊與振動(dòng)嚴(yán)重影響著產(chǎn)品可靠性、使用壽命與工作精度，因此研究動(dòng)態(tài)可靠性的方法與理論，解釋機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象、確保大型裝備的運(yùn)行可靠性是有效增強(qiáng)機(jī)械設(shè)施動(dòng)態(tài)可靠性的方法。在傳統(tǒng)的可靠性理論設(shè)計(jì)中，并沒有考慮到機(jī)械產(chǎn)品的行為力學(xué)，為了挽救缺失就必須開展可靠性動(dòng)態(tài)研究。而動(dòng)態(tài)可靠性更多的則是為了闡述動(dòng)態(tài)體系的理論術(shù)語，也就是：振動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中產(chǎn)品的可靠性，在這過程中，動(dòng)態(tài)強(qiáng)調(diào)機(jī)械產(chǎn)品中的振動(dòng)頻率、能量傳遞與響應(yīng)輸出等。受機(jī)械產(chǎn)品參數(shù)與特性影響，它具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，并且產(chǎn)品運(yùn)行屬于動(dòng)態(tài)過程，工況、載荷、應(yīng)力等都會(huì)隨著時(shí)間變化而蛻變，因此，必須在隨機(jī)過程處理好。如果將機(jī)械可靠性視為：規(guī)定時(shí)間與條件下，機(jī)械產(chǎn)品完成功能的能力，那么可靠性就會(huì)開始重視：機(jī)械產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)行為，損傷也會(huì)影響產(chǎn)品動(dòng)力學(xué)，力學(xué)行為影響失效率與可靠性。從上面可以看出：必須正視動(dòng)態(tài)特性，在產(chǎn)品信息可靠性與數(shù)據(jù)得到保障的情況下，同時(shí)讓可靠性由靜態(tài)向動(dòng)態(tài)演變。

失效的機(jī)械產(chǎn)品是喪失功能規(guī)格的體現(xiàn)，漸變性實(shí)效更多的體現(xiàn)為多種化學(xué)與物理因素作用下，形狀、尺寸、性能、狀態(tài)發(fā)生的變化，最后再以某種形式喪失功能。實(shí)際上，很多機(jī)械產(chǎn)品的數(shù)值都會(huì)隨著時(shí)間變化而變化，具體如：腐蝕、疲勞、裂紋、磨損等造成的機(jī)械強(qiáng)度偏低，讓產(chǎn)品可靠性漸變。該產(chǎn)品的參數(shù)特性是一個(gè)隨時(shí)間變化的過程，因此產(chǎn)品可靠性也是隨時(shí)間漸變的過程。而實(shí)效漸變則是機(jī)械產(chǎn)品在運(yùn)行中受性能參數(shù)的影響，逐漸變質(zhì)，并且實(shí)效的過程。根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品的宏觀特性有：斷裂、變形、表層損傷等。變形（斷裂）失效又有剛度逐步降低的失效、過載斷裂失效。

機(jī)械動(dòng)態(tài)和可靠性漸變理論作為典型可靠性理論的升華與演化，它的應(yīng)用研究與理論，不僅會(huì)促進(jìn)產(chǎn)品研發(fā)，對(duì)確保產(chǎn)品安全運(yùn)行也有很大作用。對(duì)動(dòng)態(tài)與漸變可靠性進(jìn)行研究，是在充分體現(xiàn)漸變可靠性基礎(chǔ)方法與理論的同時(shí)，為機(jī)械設(shè)施提供技術(shù)準(zhǔn)備。

2 動(dòng)態(tài)和漸變可靠性的發(fā)展展望

2.1 非線性隨機(jī)動(dòng)態(tài)和漸變機(jī)械體系的可靠性設(shè)計(jì)

在機(jī)械動(dòng)態(tài)可靠性設(shè)計(jì)中，如果要同時(shí)考慮非線性多自由度隨機(jī)體系的動(dòng)態(tài)方式與失效漸變，將是機(jī)械操作與研究的難點(diǎn)。對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品來說，部分參數(shù)變質(zhì)不僅會(huì)帶來失效，還會(huì)影響動(dòng)態(tài)行為，同時(shí)機(jī)械動(dòng)態(tài)也會(huì)對(duì)參數(shù)造成惡劣影響。因此，在模型可靠性構(gòu)建時(shí)，必須結(jié)合兩種耦合因素。參數(shù)劣化實(shí)質(zhì)上是一個(gè)隨機(jī)演變的過程，最后讓機(jī)械產(chǎn)品力學(xué)方程也變成隨機(jī)過程，從這可以看出漸變耦合與動(dòng)態(tài)力學(xué)是非線性、多自由，并且參數(shù)與荷載同為隨機(jī)的模型。怎樣分析這一極具難度的隨機(jī)力學(xué)，與在此基礎(chǔ)上研究可靠性設(shè)計(jì)將成為機(jī)械研究的難點(diǎn)與重點(diǎn)。目前，針對(duì)動(dòng)態(tài)與漸變耦合的非線性自由度隨機(jī)系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)與動(dòng)力學(xué)分析的文獻(xiàn)還相對(duì)較少，這也是制約機(jī)械產(chǎn)品發(fā)展的瓶頸之一。

2.2 動(dòng)態(tài)和漸變機(jī)械耦合失效的可靠性設(shè)計(jì)

在上面的問題中，主要研究的是漸變耦合與機(jī)械動(dòng)態(tài)的可靠性設(shè)計(jì)，并沒有同時(shí)包括因?yàn)檎駝?dòng)造成的靜態(tài)、漸變失效與相互耦合、動(dòng)態(tài)漸變、隨機(jī)耦合帶來的可靠性問題。如何解決各失效類型間的耦合，并且在此基礎(chǔ)上研究機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)與制造問題，既是一項(xiàng)復(fù)雜的問題，也是一項(xiàng)具有開創(chuàng)性與挑戰(zhàn)性的問題。該問題能否順利解決，直接和能否打破束縛機(jī)械產(chǎn)品可靠性瓶頸的社會(huì)與科學(xué)價(jià)值有著很大的關(guān)系。

2.3 信息概率缺失與漸變可靠性設(shè)計(jì)

在機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)中，要掌握各個(gè)零部件與機(jī)械體系的參數(shù)分布信息，就當(dāng)前的實(shí)際工程來看：很難有充足的數(shù)據(jù)與資料確定參數(shù)概率。截至今日，機(jī)械產(chǎn)品的可靠性已經(jīng)取得了很大的改善，但這些方法大部分局限在服從參數(shù)正態(tài)上。在工程復(fù)雜與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)相對(duì)缺乏的情況下，讓很多參數(shù)設(shè)計(jì)只有形式概率，很多根本不能服從正態(tài)進(jìn)行分布。這也說明，單純利用正態(tài)可靠性會(huì)帶來一定誤差，很多時(shí)候不能達(dá)到理想狀態(tài)，針對(duì)機(jī)械制造與可靠性設(shè)計(jì)這一問題，在數(shù)據(jù)匱乏的狀態(tài)下，信息概率的漸變產(chǎn)品與動(dòng)態(tài)可靠性設(shè)計(jì)方法與技術(shù)就顯得特別重要。

3 結(jié)束語

機(jī)械動(dòng)態(tài)和漸變可靠性是以機(jī)械產(chǎn)品的研究為對(duì)象，將沖擊環(huán)境與振動(dòng)作為機(jī)械產(chǎn)品可靠性與性能的驅(qū)動(dòng)，通過機(jī)械產(chǎn)品漸變性能與可靠性影響，對(duì)于產(chǎn)品面臨的挑戰(zhàn)與瓶頸，整合隨機(jī)過程和動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)概率、可靠性設(shè)計(jì)，探索機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)成果與理論設(shè)計(jì)。最后為機(jī)械數(shù)字化、改善機(jī)械設(shè)計(jì)提供更多的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]張義民.機(jī)械動(dòng)態(tài)與漸變可靠性理論與技術(shù)評(píng)述[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2013，49（20）：101-114.

[2]李常有，張義民，王躍武等.線性連續(xù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)與漸變耦合可靠性分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2012，48（02）：23-29.

[3]張敬義，閆兵，董大偉等.動(dòng)力機(jī)械動(dòng)態(tài)工況共振幅值特性研究[J].噪聲與振動(dòng)控制，2013（01）：51-55.

[4]胡相斌.離心式壓縮機(jī)主軸機(jī)械動(dòng)態(tài)分析及力學(xué)模型構(gòu)建[J].科學(xué)時(shí)代，2013（19）.