管道、鋼纜類系統(tǒng)可靠性建模若干關鍵問題的研究.pdf

1、在實際工程中有這樣一類一維長度很大的工程結構對象（可以看作是“連續(xù)系統(tǒng)”），如飛機液壓系統(tǒng)中的管道、天然氣石油管道、懸浮橋上的鋼纜等。對其進行可靠性分析與評價時，如果簡單地將其看作一個元件，顯然難以對這樣的對象進行計算或實驗，無法準確給出其可靠性指標，然而將其作為一個系統(tǒng)，又沒有明顯的“元件”的概念。尤為關鍵的是把連續(xù)系統(tǒng)作為一個串聯系統(tǒng)進行可靠性分析時，就要考慮其各部分（管段）的失效相關性，傳統(tǒng)獨立失效假設下的串聯系統(tǒng)可靠性模型不再適

2、用。
　　 同時與管道類連續(xù)系統(tǒng)類似的是關于鋼纜的失效概率問題，除了將鋼纜整體直接看成像管道類連續(xù)系統(tǒng)來研究之外，通常的做法是將其分成由單根鋼絲組成的存在載荷分擔、載荷傳遞（即載荷共享）的并-串聯系統(tǒng)來研究。因此，傳統(tǒng)的并聯相關失效系統(tǒng)的可靠性模型已經不再適用，需要建立新的鋼纜類并聯系統(tǒng)的可靠性模型。
　　 本文以管道、鋼纜等復雜系統(tǒng)的可靠性建模為背景，重點分析其可靠性建模的方法，并解決了可靠性建模過程中的相關失效、載荷

3、多次作用、強度退化、單元劃分原則、連續(xù)系統(tǒng)可靠性有界性、載荷傳遞、累積損傷等關鍵問題。具體研究成果如下：
　　 (1)將管道類連續(xù)系統(tǒng)離散成由若干虛擬單元組成的串聯系統(tǒng)，在不作獨立失效假設下，應用系統(tǒng)級的應力-強度干涉模型建立了管道類相關失效系統(tǒng)的可靠性SC模型。所建立的SC模型能夠反映單元間的相關失效的影響以及連續(xù)系統(tǒng)強度的二重分散性（材料的自身不均勻性以及材料制造質量的不穩(wěn)定性）。然后，應用Monte Carlo方法相對于傳

4、統(tǒng)試驗的優(yōu)勢對建立的相關失效系統(tǒng)可靠性模型進行仿真驗證，證明本文所建立模型是合理正確。
　　 (2)在SC模型（靜態(tài)可靠性模型）的基礎上，從管道類連續(xù)系統(tǒng)整體的角度入手，通過應用泊松隨機過程模擬載荷的多次隨機作用并考慮強度的退化，建立管道類相關失效連續(xù)系統(tǒng)的時變可靠性模型（動態(tài)可靠性模型）。研究表明：所建立的時變可靠性模型的失效率曲線具有浴盆曲線的三個典型特征。
　　 (3)在單元強度服從Weibull分布的前提下，應用

5、“參數變換方法”確定了連續(xù)系統(tǒng)單元劃分原則，即可以把試樣長度當作等效的單元長度來確定連續(xù)系統(tǒng)強度的分布，并進行了數學證明。同時模擬了連續(xù)系統(tǒng)可靠度隨連續(xù)系統(tǒng)長度的變化規(guī)律，研究了連續(xù)系統(tǒng)可靠度的下限值問題。
　　 (4)基于損傷等效原則轉換由于載荷的傳遞引起的不同壽命分布的等效工作時間，并分步計算并聯系統(tǒng)可靠度，應用全概率公式對鋼纜類相關失效系統(tǒng)進行疲勞壽命可靠性建模，并與基于等概率轉換的并聯系統(tǒng)疲勞壽命可靠性模型進行對比分析。