产品混合故障机理与行为建模研究

Nowadays, it is difficult to build a hybrid model with a variety of failure mechanisms for high reliability and long life products, so the design and improvement for the product can not be effectively guided and the life of the product can not be accurately assessed. Faced with the problem, under the technical framework of the failure physics and probability, the hybrid mechanisms with degradation-type and burst-type mechanism are studied from the in-depth study on the mechanism of constitutive relations, and then the behavior modeling with the hybrid mechanisms are performed. First, based on the failure mechanism analysis and fault behavior connotation research, aimed at the multi degradation behavior modeling, the stochastic processes and degenerative physical model are used to describe the behavior of a multi-stage degradation the components; combined with the boundary conditions between the various components, the multi degradation behavior model of the product including the state of the different components and the degradation rate is established. Another part, aimed at the problem of the degradation - burst hybrid behavior modeling, the coupling mechanism between fatigue and shock is studied to build the hybrid damage model, and the framework of hybrid failure behavior modeling with degradation and burst based on the failure mechanism is proposed. Finally, the accelerometer is used to be the application object in order to verify the validity of the proposed hybrid behavior modeling method compared with the original research methods without considering the hybrid failure behavior.

针对高可靠长寿命产品多种故障机理混杂难于建模，不能有效指导寿命设计改进和准确评估的问题，在故障物理和概率统计技术框架下，从机理本构关系上深入研究退化型和突发型机理混合作用机制，描述其物理模型，并研究产品在多种退化和突发型故障机理作用下的故障表现行为和建模方法。首先，在故障机理分析方法与故障行为内涵和分类研究的基础上，针对多退化的混合行为建模问题，利用随机过程和退化物理模型描述产品各组件的多阶段退化行为，结合各组件间的边界条件，建立含不同退化速率和退化状态组件的产品混合退化行为模型。然后，针对退化-突发混合行为建模问题，研究疲劳和冲击之间的耦合作用建立疲劳和冲击耦合机理损伤模型，提出基于故障机理的退化-突发混合故障行为建模方法。最后，以加速度计为应用对象，将研究方法与原来未考虑混合故障行为的处理结果进行对比分析，验证所提混合行为建模方法的有效性。

针对高可靠长寿命产品多种故障机理混杂难于建模，不能有效指导寿命设计改进和准确评估的问题，在故障物理和概率统计技术框架下，基于故障间机理本构关系和作用机制认知，揭示了产品混合故障行为内涵，从故障机理微观层面提出了多种机理耦合作用下产品混合故障行为分析及描述方法，从产品宏观层面提出了退化延迟行为建模方法、多因子多阶段混合退化行为建模方法和退化-冲击机理耦合的产品混合故障行为建模方法，形成了一套产品混合故障行为建模技术。.首先，完成了故障机理模型的分类研究，给出了载荷与故障机理间的映射关系，提炼形成了故障机理模型的一般形式(经验型和解析型）及相应的分析建模方法；给出了产品混合故障行为内涵和建模方法，解决了机理间关系确定和耦合关系不确定情况下的故障行为建模问题。.第二，提出了基于趋势和波动稳定性检验的退化时间点确定方法，以及含随机变化点的退化过程建模方法研究，解决了退化延迟行为建模问题，为含退化延迟型产品故障行为模型提供了更准确的描述方式。针对多变量相关退化的混合故障行为建模问题，利用随机过程和退化物理模型描述产品各组件的多阶段退化行为，建立了含不同退化模型和多状态变量间耦合的产品混合退化行为模型。.第三，以累积损伤和疲劳断裂力学为基础，深入剖析疲劳和冲击载荷对产品损伤的相互作用机制，提出了基于疲劳-冲击机理的非线性损伤故障行为建模和可靠性分析方法，该模型解决了疲劳载荷和冲击载荷共同作用下的产品可靠性分析问题，为连续退化和离散退化相结合的非线性累积损伤建模提供了技术支撑。.最后，以加速度计和智能电表为应用对象，对研究方法进行了应用案例研究，验证了所提混合故障行为建模方法的有效性。