机械动态与渐变可靠性理论与技术评述

张云

摘 要：在工业现代化与科技生产快速发展的环境下，机械产品得到了很大的改善，与此同时，产品可靠性与性能问题也越来越突出。针对这种情况，研究机械产品的性能就显得非常迫切与需要。本文结合我国机械动态与渐变可靠性，对技术进行了简单的论述。

关键词：机械动态；渐变可靠性；技术

机械设计的目的是在产品研制中，通过预测、估计产品规格、运行状态、寿命，指出相关产品的微弱点，从而保障产品需求与可靠性。而从机械产品来看：人身安全、可靠性、社会效益与经济效益有着密切的关系，可靠性要求整合时间因素，因此，在现行的机械产品设计中，必须全面推广与认识可靠性。从可靠性技术内容来看：它贯穿整个制造、研制、调试、设计、使用、实验、保管、运输、保养、维修、保养环节。

1 动态和渐变可靠性的概念

机械设计是以机械产品设计与动态特性为基础，对产品振动状况、运动特性进行研究，进行的产品预测、设计、分析与修改。因为机械动态可靠性的设计理念属于机械设计的范畴，所以动态可靠性必须在动力概率学基础上，对振动与运动状况下的可靠指标进行研究，并且将机械产品的指标作为研究可靠性的依据。早在上个世纪四十年代，结构系统开始研究动态可靠性，RICE还研究了固定交叉界限与动力反应之间的问题，并且首次提出超越概率，也为超越破坏可靠性的理论打下了基础。之后，超越概率的计算算法被提出，并且推出了包括时间距的解。冲击与振动严重影响着产品可靠性、使用寿命与工作精度，因此研究动态可靠性的方法与理论，解释机械产品运动现象、确保大型装备的运行可靠性是有效增强机械设施动态可靠性的方法。在传统的可靠性理论设计中，并没有考虑到机械产品的行为力学，为了挽救缺失就必须开展可靠性动态研究。而动态可靠性更多的则是为了阐述动态体系的理论术语，也就是：振动或者运动状态中产品的可靠性，在这过程中，动态强调机械产品中的振动频率、能量传递与响应输出等。受机械产品参数与特性影响，它具有很强的随机性，并且产品运行属于动态过程，工况、载荷、应力等都会随着时间变化而蜕变，因此，必须在随机过程处理好。如果将机械可靠性视为：规定时间与条件下，机械产品完成功能的能力，那么可靠性就会开始重视：机械产品的动态行为，损伤也会影响产品动力学，力学行为影响失效率与可靠性。从上面可以看出：必须正视动态特性，在产品信息可靠性与数据得到保障的情况下，同时让可靠性由静态向动态演变。

失效的机械产品是丧失功能规格的体现，渐变性实效更多的体现为多种化学与物理因素作用下，形状、尺寸、性能、状态发生的变化，最后再以某种形式丧失功能。实际上，很多机械产品的数值都会随着时间变化而变化，具体如：腐蚀、疲劳、裂纹、磨损等造成的机械强度偏低，让产品可靠性渐变。该产品的参数特性是一个随时间变化的过程，因此产品可靠性也是随时间渐变的过程。而实效渐变则是机械产品在运行中受性能参数的影响，逐渐变质，并且实效的过程。根据机械产品的宏观特性有：断裂、变形、表层损伤等。变形（断裂）失效又有刚度逐步降低的失效、过载断裂失效。

机械动态和可靠性渐变理论作为典型可靠性理论的升华与演化，它的应用研究与理论，不仅会促进产品研发，对确保产品安全运行也有很大作用。对动态与渐变可靠性进行研究，是在充分体现渐变可靠性基础方法与理论的同时，为机械设施提供技术准备。

2 动态和渐变可靠性的发展展望

2.1 非线性随机动态和渐变机械体系的可靠性设计

在机械动态可靠性设计中，如果要同时考虑非线性多自由度随机体系的动态方式与失效渐变，将是机械操作与研究的难点。对于机械产品来说，部分参数变质不仅会带来失效，还会影响动态行为，同时机械动态也会对参数造成恶劣影响。因此，在模型可靠性构建时，必须结合两种耦合因素。参数劣化实质上是一个随机演变的过程，最后让机械产品力学方程也变成随机过程，从这可以看出渐变耦合与动态力学是非线性、多自由，并且参数与荷载同为随机的模型。怎样分析这一极具难度的随机力学，与在此基础上研究可靠性设计将成为机械研究的难点与重点。目前，针对动态与渐变耦合的非线性自由度随机系统的可靠性设计与动力学分析的文献还相对较少，这也是制约机械产品发展的瓶颈之一。

2.2 动态和渐变机械耦合失效的可靠性设计

在上面的问题中，主要研究的是渐变耦合与机械动态的可靠性设计，并没有同时包括因为振动造成的静态、渐变失效与相互耦合、动态渐变、随机耦合带来的可靠性问题。如何解决各失效类型间的耦合，并且在此基础上研究机械可靠性设计、预测与制造问题，既是一项复杂的问题，也是一项具有开创性与挑战性的问题。该问题能否顺利解决，直接和能否打破束缚机械产品可靠性瓶颈的社会与科学价值有着很大的关系。

2.3 信息概率缺失与渐变可靠性设计

在机械可靠性设计中，要掌握各个零部件与机械体系的参数分布信息，就当前的实际工程来看：很难有充足的数据与资料确定参数概率。截至今日，机械产品的可靠性已经取得了很大的改善，但这些方法大部分局限在服从参数正态上。在工程复杂与数据统计相对缺乏的情况下，让很多参数设计只有形式概率，很多根本不能服从正态进行分布。这也说明，单纯利用正态可靠性会带来一定误差，很多时候不能达到理想状态，针对机械制造与可靠性设计这一问题，在数据匮乏的状态下，信息概率的渐变产品与动态可靠性设计方法与技术就显得特别重要。

3 结束语

机械动态和渐变可靠性是以机械产品的研究为对象，将冲击环境与振动作为机械产品可靠性与性能的驱动，通过机械产品渐变性能与可靠性影响，对于产品面临的挑战与瓶颈，整合随机过程和动力学、统计概率、可靠性设计，探索机械产品的技术成果与理论设计。最后为机械数字化、改善机械设计提供更多的社会与经济效益。

参考文献：

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