性能退化自恢复产品的相关竞争失效可靠性建模与评估

论文摘要

基于性能退化的可靠性建模与分析技术,是根据产品的失效物理机制,利用产品的性能退化数据进行可靠性建模与分析,为在极少失效甚至零失效情况下进行可靠性研究提供了途径。目前,大部分基于退化的可靠性研究忽略了性能退化自恢复过程。实际上,许多产品的性能参数很容易受外界偶发因素的影响,随机冲击等偶发因素会导致产品性能退化量增加,而当外界偶发因素消失后,产品性能将自发地恢复到偶发因素到达前的状态,性能退化自恢复过程伴随产品整个服役周期。忽略性能退化自恢复过程对产品进行可靠性分析,不能真实合理地表征产品性能的演变过程,不能准确反映出产品性能与所经历环境的关系,影响产品可靠性分析、可靠性评估和寿命预测的精度。此外,产品在服役过程中除性能退化外,还可能在某一时刻由于偶发因素而突发失效,即其失效是由含自恢复的退化失效和突发失效竞争导致的。鉴于此,本文在性能退化自恢复建模、包含性能退化自恢复过程的相关竞争失效可靠性建模和包含性能退化自恢复过程的相关竞争失效可靠性评估等方面开展研究,论文主要研究内容包括以下方面:1.考虑由随机冲击等偶发因素导致的性能退化存在自恢复现象,建立性能退化自恢复模型。首先,在齐次泊松冲击过程的基础上,分析冲击的时间间隔对产品性能退化的影响。其次,结合随机冲击更新理论,研究性能退化自恢复过程的性质,给出在退化失效可靠性分析时考虑性能退化自恢复的条件。然后,分析恢复阈值、冲击到达率等参数对性能退化自恢复量的影响。最后,通过仿真验证了性能退化自恢复模型的合理性和有效性,为性能退化自恢复产品的可靠性分析奠定了理论基础。2.针对存在性能退化自恢复过程及竞争失效的产品,建立包含性能退化自恢复过程的相关竞争失效可靠性模型。首先,在随机冲击导致产品性能退化量增加的基础上,考虑当冲击的时间间隔大于某一阈值时,由冲击导致的性能退化量存在自恢复现象,得到由随机冲击和含自恢复的性能退化交互作用的退化失效可靠性模型。其次,根据应力强度干涉理论,建立极端值冲击下的突发失效可靠性模型。然后,结合竞争失效理论,给出包含性能退化自恢复过程的竞争失效可靠性模型和解析表达式。最后,通过实例分析考虑性能退化自恢复过程进行可靠性分析的必要性,且进一步讨论了模型参数的灵敏度。为研究性能自恢复产品的可靠性提供了理论依据。3.针对存在性能退化自恢复过程及竞争失效的产品,提出一种包含性能退化自恢复过程的相关竞争失效可靠性评估方法。首先,通过分析产品退化失效和突发失效的作用机制及相关性,结合产品不同失效模式及退化数据多而失效数据少的特点,分别针对退化失效和突发失效构建可靠性评估模型。然后,利用Wald定理及矩估计相结合估计退化失效参数,并量化随机冲击对自然退化过程的影响,利用支持向量回归机估计突发失效参数。实现了产品突发失效、退化失效和自恢复过程共存的完全数据下的相关竞争失效可靠性评估。最后,通过仿真验证了可靠性评估方法的合理性和有效性,为保障产品可靠性研究及合理维修提供了理论依据和技术支持。4.通过可靠性试验对性能退化自恢复模型、包含性能退化自恢复过程的相关竞争失效可靠性模型和包含性能退化自恢复过程的相关竞争失效可靠性评估方法进行验证。首先,根据半导体激光器的竞争失效和输出光功率退化自恢复的特点,设计可靠性试验,搭建半导体激光器输出光功率测试装置,开展试验并进行分析。然后,得出半导体激光器输出光功率退化自恢复模型。最后,分析和评估半导体激光器的竞争失效可靠性。为其他具有性能退化自恢复过程的相关竞争失效产品的可靠性试验设计分析等提供较强的指导和参考。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究的背景及意义

1.2 退化模型与恢复机理的研究现状

1.2.1 性能退化模型

1.2.2 考虑外界冲击的性能退化模型

1.2.3 恢复机理

1.3 基于竞争失效的可靠性研究现状

1.3.1 基于竞争失效的可靠性建模

1.3.2 基于竞争失效的可靠性评估

1.4 本研究领域存在的问题

1.5 论文主要研究内容

第2章性能退化自恢复过程的分析

2.1 性能退化自恢复过程的描述

2.1.1 恢复问题概述

2.1.2 基本假设

2.2 性能退化自恢复模型及性质

2.2.1 性能退化自恢复模型

2.2.2 性能退化自恢复性质

2.3 退化失效可靠性分析时考虑自恢复的条件

2.4 影响性能退化自恢复量的因素及分析

2.4.1 冲击到达率对自恢复量的影响

2.4.2 恢复阈值对自恢复量的影响

2.4.3 性能退化量对自恢复量的影响

2.5 仿真分析

2.5.1 对比组样本的退化分析

2.5.2 考虑性能退化自恢复条件的验证

2.5.3 冲击到达率对自恢复量影响的验证

2.5.4 恢复阈值对自恢复量影响的验证

2.5.5 性能退化量对自恢复量影响的验证

2.6 本章小结

第3章包含性能退化自恢复过程的相关竞争失效可靠性建模

3.1 包含性能退化自恢复的相关竞争失效描述

3.1.1 可靠性问题概述

3.1.2 基本假设

3.2 包含性能退化自恢复的相关竞争失效可靠性模型

3.2.1 包含性能退化自恢复的退化失效可靠性模型

3.2.2 冲击导致的突发失效可靠性模型

3.2.3 包含性能退化自恢复的相关竞争失效可靠度函数

3.3 模型适用性讨论

3.4 实例分析

3.4.1 数据来源及简介

3.4.2 可靠性分析

3.4.3 模型适用性分析

3.4.4 模型参数灵敏度分析

3.5 本章小结

第4章包含性能退化自恢复过程的相关竞争失效可靠性评估

4.1 包含性能退化自恢复的竞争失效可靠性评估的框架

4.2 参数的估计

4.2.1 冲击到达率的估计

4.2.2 恢复阈值的估计

4.2.3 退化失效参数的估计

4.2.4 突发失效参数的估计

4.3 仿真分析

4.3.1 对比组样本的数据分析

4.3.2 冲击到达率的估计

4.3.3 恢复阈值的估计

4.3.4 退化失效参数的估计

4.3.5 突发失效参数的估计

4.3.6 竞争失效可靠性评估分析

4.4 本章小结

第5章包含性能退化自恢复过程的竞争失效可靠性试验与分析

5.1 试验实施的要求及过程

5.1.1 受试对象及其基本性能参数

5.1.2 试验测试系统

5.1.3 试验条件及过程

5.2 数据处理与分析

5.2.1 性能测试数据

5.2.2 冲击到达率及恢复阈值的估计

5.2.3 退化失效参数的估计

5.2.4 突发失效参数的估计

5.3 性能退化自恢复模型

5.4 竞争失效可靠性分析

5.4.1 退化失效可靠性分析

5.4.2 突发失效可靠性分析

5.4.3 竞争失效可靠性模型与评估

5.5 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 齐佳

导师: 周真

关键词: 退化失效,突发失效,竞争失效,可靠性建模,可靠性评估,自恢复

来源: 哈尔滨理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 数学,数学,工业通用技术及设备

单位: 哈尔滨理工大学

分类号: TB114.3

总页数: 115

文件大小: 3684K

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