基于概率虚拟样机的机械产品可靠性设计分析.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：基于概率虚拟样机的机械产品可靠性设计分析邢晨光机械产品可靠性设计分析是指为满足机械产品的可靠性而进行的功能性设计。在我国，作为在现代设计理论与方法中较为重要的产品可靠性设计还不被重视，可靠性技术标准和可靠性指标评价体系还很不完善，现阶段使用的大多是企业根据自己产品在市场上的定位和国家有关规定，在确定产品可靠性目标后形成的企业标准。目前世界上已广泛使用的如故障模式及影响分析、故障树分析、可靠性预测、概率设计等先进设计方法及手段在国内的可靠性设计方面应用还不充分。因此，利用数字化设计方法及手段，大力推进基于概率虚拟样机的机械产品可靠性设计分析方法，提高设计可靠性与质量就成为一项十分重要的工作。通过对产品进行功能、结构分析，建立产品故障模型，并依据故障模型划分故障类型及进行故障机理分析，从而利用虚拟样机技术对故障模式进行仿真，验证机械零部件故障模式，在此基础上确定可靠性设计重点，改进零部件设计参数，完善可靠性设计，提高产品使用寿命。1机械产品可靠性设计分析方法分析系统研制阶段的主要任务，并结合工程实际中开展可靠性设计分析工作的经验可知，各种可靠性设计分析工作主要集中在技术指标论证阶段、方案论证阶段和工程研制阶段，包括可靠性要求制定，可靠性建模、预计分配，故障模式影响及危害性分析和故障树分析和可靠性仿真分析等。可靠性设计分析工作从宏观上可以分为定性设计分析和定量设计分析，可靠性定性分析方法相对应用广泛，并且得到了工程验证，而定量设计分析的方法则是机械可靠性设计分析中的难点和薄弱环节，特别是在数字化环境中如何利用CAD/CAE工具进行定量的机械可靠性参数设计也是今后重要的发展方向。1.1可靠性定性设计分析方法复杂系统可靠性分析首先要将系统按照功能或结构进行层次划分，然后根据任务剖面建立功能框图及零部件的功能框图，总结搜集故障或零件失效模式，然后再利用故障模式影响及危害性分析、故障树分析等分析工具和可靠性设计准则符合性查询工具进行可靠性定性分析。故障模式影响及危害性分析是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法；故障树分析可以知道哪些事件的组合可以导致危及系统安全的故障，并计算他们的发生概率，然后通过设计改进和有效的故障监测、维修等措施，设法减小他们的发生概率。故障树分析方法还可以让设计分析者对系统有更深入的认识，有关系统结构、功能、故障及维修保障的知识系统化，因此在设计、制造和操作过程中的可靠性改进更富有成效。1.2可靠性定量设计分析方法机械产品可靠性定量设计分析可以分为两部分：其一是失效模式的确定；其二是计算机械产品发生失效的概率，失效概率的计算是可靠性分析的目的，而失效模式的确定以及每个失效模式极限状态方程的建立则是可靠性定量分析的基础。只有首先给出状态变量与各个随机变量之间的函数关系才能应用解析的或者数值方法计算失效概率，此处，所有可靠性分析都是以荷载、材料常数、几何参数等基本变量的随机型为基础的，也可称之为随机可靠性分析。1.3基于概率虚拟样机的机械产品可靠性定量设计分析机械产品可靠性设计分析必然是要在需求推动下向数字化设计分析方向发展，数字化设计技术就是将计算机技术应用于产品的设计开发领域，建立基于计算机的数字化产品模型，并在产品开发的全程使用，达到减少或者避免建立实物模型的一种产品开发技术。随着技术的不断进步，仿真在产品设计过程中的应用变得越来越广泛而深刻，由原先的单领域、局部应用逐步扩展到多领域、全寿命周期的系统应用。虚拟样机技术正是这一发展趋势的典型代表，它以并行工程为指导思想，建模和仿真为核心，强调设计与分析的紧密结合，是一种基于仿真模型的数字化产品设计方法。对于复杂的工程对象，仅靠一两种软件是不能胜任的，需要构建由多种软件组合而成的复合型仿真环境，以便对研究对象进行多目标、多层面的性能仿真，虚拟样机最终目标就是利用仿真工具的数据接口及二次开发技术，依据几何特征创建数值仿真模型，实现分析数据的共享及动态交换，尽可能做到一次建模多次调用。随着虚拟样机技术在工程实践中的应用，已逐渐成为失效模拟仿真技术中的主要工具，但是其在可靠性分析仿真中的应用仍然处在较低的水平，只有综合CAD/CAE软件工具协同仿真和可靠性定量分析方法调用，采用概率虚拟样机的技术，才是实现机械产品可靠性定量设计分析的必由之路。2基于概率虚拟样机的可靠性设计分析流程利用数字化手段，实现机械产品故障模式的概率虚拟样机技术分析，对机械产品实现可靠性设计分析以及基于可靠度的零部件参数设计。首先，根据确定的故障模式，对主要故障模式进行故障仿真分析，然后利用CAD/CAE软件的协同，在仿真分析的