● 摘要
由于机电产品组成单元的多样性和其自身复杂的结构特性，在工作环境下较易发生失效行为，对其进行可靠性评估及提高显得尤为重要。基于失效物理的可靠性评估方法通过结合产品的失效机理和故障模型对其进行寿命预测和可靠性评估，有着良好的工程价值和应用前景。本文通过研究应力载荷下产品的响应，结合相关的失效机理模型，提出了机电产品寿命预测和可靠性评估的方法。
首先研究机电产品的结构特征，进行单元层次分解，得到最小分析单元。结合单元工作环境中可能遇到的应力载荷得到其可能的失效模式，机电产品失效模式有疲劳、磨损、腐蚀和老化等，本文主要对疲劳失效进行分析。造成产品失效的环境应力有多种，其中温度和振动为主要失效应力。结合有限元仿真技术对在两种应力下的产品结构进行响应分析，涉及到模型的建立和相关仿真步骤的实施。随机振动应力的有限元仿真包括模型的简化、模态和随机振动分析以及仿真模态的校准。给出了两种模态修正方法：材料正交各向异性和结构局部刚度修正技术。温度应力的有限元仿真中提到了材料粘塑性本构模型和热模型的简化技术。在得到产品的应力响应后，对其进行寿命预测。耗损型故障作为常见故障模式，可以结合累积损伤理论对其进行故障寿命预计。随机振动应力下的疲劳寿命预测方法主要有时域法、频域法和幅值法，给出了后两类方法的理论依据和应用案例。温度循环下的寿命预测主要结合塑性和蠕性热疲劳模型，模型中的响应应变可以通过疲劳应变解析模型和仿真分析来得到。通过随机抽样和分布拟合得到单元的寿命分布函数，给出其可靠性指标，结合产品的系统可靠性模型完成对系统的可靠性评估。对上述研究内容，给出了应用案例和分析。