第8章疲劳强度可靠性设计

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1、西南交通大学电子讲义第第8章章 机械强度可靠性设计机械强度可靠性设计第8章 疲劳强度可靠性设计 8.1 可靠性的基本概念可靠性的基本概念q衡量产品质量的三个指标衡量产品质量的三个指标v 性能指标性能指标:产品具有的技术指标产品具有的技术指标, , 代表产品的使用价值代表产品的使用价值. .v 可靠性指标可靠性指标:保证产品质量的指标保证产品质量的指标. .v 维修性指标维修性指标:反映产品维修难易程度的指标反映产品维修难易程度的指标.q可靠性可靠性(Reliability)v 可靠性是衡量产品质量的一项重要指标。v 可靠性长期以来是人们设计制造产品时追求的一个目标。v 将可靠性作为设计制造中的

2、定量指标的历史还不长，相关技术也尚不成熟，工作也不普及。第8章 疲劳强度可靠性设计 8.1 可靠性的基本概念可靠性的基本概念q可靠性的发展概况可靠性的发展概况v 开始于第二次世界大战。（可靠性问题突出的时期）v 上世纪五十年代：开始系统地进行可靠性研究，主要工作由美国军事部门展开。 1952年，美国军事部门、工业部门和有关学术部门联合成立了年，美国军事部门、工业部门和有关学术部门联合成立了“电子设电子设备可靠性咨询组备可靠性咨询组”AGREE小组。（小组。（Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment） 1957年提出了年提出了电子

3、设备可靠性报告电子设备可靠性报告(AGREE报告报告)该报告首次比较完该报告首次比较完整地阐述了可靠性的理论与研究方向。从此，可靠性工程研究的方向才整地阐述了可靠性的理论与研究方向。从此，可靠性工程研究的方向才大体确定下来。大体确定下来。 v 除美国以外，还有前苏联、日本、英国、法国、意大利等一些国家，也相继从50年代末或60年代初开始了有组织地进行可靠性的研究工作。 v 本阶段工作的特点： 研究的问题较多集中于针对电器产品；研究的问题较多集中于针对电器产品； 确定可靠性工作的规范、大纲和标准；确定可靠性工作的规范、大纲和标准； 组织学术交流等。组织学术交流等。v 在上世纪在上世纪60年代后期

4、，美国约年代后期，美国约40的大学设置了可靠性工程课程。的大学设置了可靠性工程课程。目前美国等发达国家的可靠性工作比较成熟，其标志性的成果是阿波目前美国等发达国家的可靠性工作比较成熟，其标志性的成果是阿波罗登月计划的成功。罗登月计划的成功。第8章 疲劳强度可靠性设计 8.1 可靠性的基本概念可靠性的基本概念v 国内的可靠性工作起步较晚，上世纪50年代末和60年代初在原电子工业部的内部期刊有介绍国外可靠性工作的报道。v 发展最快的时期是上世纪80年代初期，出版了大量的可靠性工作专著、国家制定了一批可靠性工作的标准、各高校有大量的人投入可靠性的研究。v 许多工业部门将可靠性工作列在了重要的地位。如

5、原航空工业部明确规定，凡是新设计的产品或改型的产品，必须提供可靠性评估与分析报告才能进行验收和坚定。v 但国内的可靠性工作曾在90年代初落入低谷，在这方面开展工作的人很少，学术成果平平。主要的原因是可靠性工作很难做，出成果较慢。v 但在近些年，可靠性工作有些升温，这次升温的动力主要来源于企业对产品质量的重视，比较理智。 第8章 疲劳强度可靠性设计 58.1 可靠性的基本概念可靠性的基本概念q可靠性相关概念可靠性相关概念v 可靠性：产品在规定的条件下规定的条件下和规定的时间内规定的时间内，完成规定功能规定功能的能力。v 维修性：在规定的条件下规定的条件下和规定的时间内规定的时间内，按规定规定的程

6、序和方法完成维修的能力。v 广义可靠性：可维修产品的可靠性。狭义可靠性+维修性v 故障和失效：产品不能完成其规定功能的状态。一般认为故障是可修复的，失效则是不能修复的。v 可靠度：产品在规定规定条件下、规定规定时间内，完成规定规定功能的概率概率。（可靠性的定量描述）第8章 疲劳强度可靠性设计 8.1 可靠性的基本概念可靠性的基本概念q可靠性的主要领域可靠性的主要领域v 可靠性工程：系统或产品的可靠性分析、设计和评价。v 可靠性分析：可靠性试验、失效的研究与防止。v 可靠性数学：各类可靠性问题的数学方法和数学模型q可靠性工程的任务可靠性工程的任务v 研究可靠度的计算方法。（元件、系统可靠度的计算

7、）v 寻找提高可靠度的最佳途径。（简化系统、提高元件可靠度、工作储备、维修等）v 在给定的可靠度下，尽可能降低系统的重量、体积和费用第8章 疲劳强度可靠性设计 8.1 可靠性的基本概念可靠性的基本概念q可靠性与费用的关系可靠性与费用的关系费用可靠性总成本研制投资费用使用成本维修费用理论上总成本曲线存在极小值,是价值上的最佳点.可靠性设计的任务：尽量找到最佳点附近的设计点第8章 疲劳强度可靠性设计 8.1 可靠性的基本概念可靠性的基本概念q可靠性设计可靠性设计v常规疲劳设计所采用的材料强度、载荷及尺寸等一般取常规疲劳设计所采用的材料强度、载荷及尺寸等一般取平均值（中值）平均值（中值）v可靠性设计

8、是应用可靠性设计是应用可靠性理论可靠性理论和和设计参数的统计数据设计参数的统计数据，对零件、部件或系统等在保证达到给定的可靠程度的条对零件、部件或系统等在保证达到给定的可靠程度的条件下进行设计的一种设计方法。件下进行设计的一种设计方法。q可靠性设计的步骤可靠性设计的步骤q可靠性程序设计和手段可靠性程序设计和手段可靠性设计的步骤可靠性设计的步骤确定系统的可靠度指标失效分析、可靠度预测根据需要，做必要的试验部件的可靠度指标分配进行零件的可靠性设计可靠性设计的一般步骤第8章 疲劳强度可靠性设计 8.1 可靠性的基本概念可靠性的基本概念q衡量可靠性的尺度（衡量可靠性的尺度（度量可靠性的定量指标度量可靠

9、性的定量指标）1. 可靠度（可靠度（Reliability） 定义：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。一般用字母“R”或可靠度函数R(t)表示。 就概率分布而言，又叫可靠度分布函数，且是累计分布函数，表示在规定的使用条件和规定时间内，无故障地发挥规定功能的产品占全部工作产品的百分率，因此其取值范围是: 0=R(t)=1 如果某产品寿命随机变量T的分布密度函数为f(t)，（下图所示），用t表示某一指定时刻，则该产品在t时刻的可靠度为：tdttftTPtR)()()(寿命T大于时间t的概率第8章 疲劳强度可靠性设计 8.1 可靠性的基本概念可靠性的基本概念q衡量可靠性的尺度（衡量可

10、靠性的尺度（度量可靠性的定量指标度量可靠性的定量指标）2. 不可靠度（失效概率，故障率，破坏概率）不可靠度（失效概率，故障率，破坏概率） 定义：产品在规定条件下和规定时间内，不能完成规定功能的概率。一般用字母“F”或失效概率函数F(t)表示。 不可靠度也是累计分布函数，表示在规定的使用条件和规定时间内，发生故障的产品占全部工作产品的百分率，因此其取值范围是: 0=F(t)应力（RS）时，零件不破坏；当强度小于应力时，零件破坏。可靠度是强度大于失效控制应力的概率。 失效控制应力值落于宽度为ds的区间内的概率等于该小区间的单元面积A1，即2. 强度R大于应力S1的概率等于面积A2，即 drRfsr

11、PAsr)()(112fffr(R)fs(s)r(R)fA2A1r,sfs(s)r(s1)s(s1)3. 零件不破坏的概率 如果要零件不破坏，则A1,A2这两个事件要同时发生。考虑到A1,A2为两个相互独立的随机变量，它们同时发生的概率等于两个事件单独发生的概率的乘积，即dssfs)(1drRfsr)(1这个概率就是应力S在ds区间内不会发生失效的概率，即可靠度drRfdssfdRsr)()(11)408()()(dsdrRfsfdRRsrs4. 对整个应力分布，可靠度为：第8章 疲劳强度可靠性设计 8.3 机械强度的可靠性设计方法机械强度的可靠性设计方法q可靠度计算可靠度计算v 1.应力、强