可靠性

可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。

讨论产品的可靠性问题时，必须明确对象、使用条件、使用期限、规定的功能等因素，而用概率来度量产品的可靠性时就是产品的可靠度。可靠性定量表示的另一特点是其随机性。因此，广泛采用概率论和数理统计方法来对产品的可靠性进行定量计算。

可靠性研究贯穿于产品的预研、分析、设计、制造、装配、试验、使用和管理等整个过程和一切方面，在其发展过程中形成了三个主要领域或三个方面：

1)可靠性数学

可靠性研究的最重要的基础理论之一，它主要是研究与解决各种可靠性问题的数学方法与数学模型，研究可靠性的定量规律。它属于应用数学范畴，涉及到概率论、数理统计、随机过程、运筹学及拓扑学等数学分支。它应用于可靠性的数据收集、数据分析、系统设计及寿命试验等方面。

2)可靠性物理

可靠性物理又称失效物理，是研究失效的物理原因与数学物理模型及检测方法与纠正措施的一门可靠性理论。它使可靠性工程从数理统计方法发展到以理化分析为基础的失效分析方法。它是从本质上、从机理方面探究产品的不可靠因素，从而为研制、生产高可靠性产品提供科学的依据。

3)可靠性工程

可靠性工程是对产品的失效及其发生的概率进行统计、分析，对产品进行可靠性设计、可靠性预测、可靠性试验、可靠性评估、可靠性管理、可靠性检验、可靠性控制、可靠性生产、可靠性维修及失效分析的一门包含了许多工程技术的边缘性工程学科。

结构可靠性

就结构可靠性分析而言，它包括了主要失效模式的确定、主要影响因素及其统计特性的描述、数学模型的建立及可靠度的计算方法等，是结构可靠性研究的最基本的问题。

结构可靠性设计程序框图：

输入数据可靠度计算

输出

结构可靠性：

结构在规定的时间（设计使用年限）内，在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用），完成预定功能的能力，包括结构的安全性、适用性和耐久性。

设计使用年限(design working life)

设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预期目的使用的时期，即结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常维护下所应达到的使用年限，如达不到

这个年限则意味着在设计、施工、使用与维修的某一环节上出现了非正常情况，应查找原因。

“极限状态(limit state)”定义

整个结构或结构的一部分超过某一特定状态(达到极限承载力；失稳；变形、裂缝宽度超过某一规定限制等)就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。

结构的极限状态： 结构失效的临界状态。 机械可靠性的特点

(a)机械产品的失效模式比较复杂，对其失效率的统计比较困难。

(b)机械产品故障原因主要是疲劳、老化、磨损、腐蚀等，因而主要是耗损型故障。

(c)机械产品的应力难于准确预计。

(d)机械产品早期失效的排除工作在经济上通常是十分昂贵和困难的。 (e)机械产品推荐的维修是修复和更换并重。

(f)机械产品的寿命和可靠性试验一般是小子样的，而且，为了检测耗损型故障模式，所要求的试验时间较长。

(g)机械产品可靠性要考虑载荷、几何尺寸、材料性能数据等因素的分散性和随机性。

可靠性的度量：

1）破坏（失效）概率

结构寿命不超过的概率，也就是在时刻之前结构的破坏概率。结构寿命的

分布函数就是结构破坏概率。而结构寿命的概率密度函数就

是结构的破坏（失效）概率密度。

2）存活率（可靠度）

结构使用到时刻不破坏（不失效）的概率，()()1R t F t +=。 3）危险率（失效率）

描述的是，使用到时刻时未破坏的结构，再继续使用下去，在随后的单位时间内的破坏（失效）概率。即它是结构在时刻以前未破坏的条件下，在时刻的条件破坏概率密度。。

的估计：

产品的危险率（失效率）可以根据使用中的实际统计资料来估计。方法原理如下：——在时投入使用的产品总数；——在[]t t t ∆+,内产品的破坏（失效）数；——到时为止的累积破坏（失效）数。

根据使用中的实际统计资料，可以得到

的估计值)(ˆt F

及在[]t t t ∆+,时间间隔内的平均破坏概率密度)(t f ，即0

)()(ˆN t N t F f =，)()()(0tN t N t f ∆∆=。 于是，产品在[]t t t ∆+,内平均危险率)(ˆt r 可以用下式估计 )(1

)()(ˆ1)(ˆ)(0t N N t t N t F t f t r f

-∆∆=-=

当

较小，较大时，可以用)(t r 作为的估计值。

4）平均寿命MTTF

平均寿命或破坏前平均时间MTTF 就是结构寿命T 的数学期望

。

[]⎰

⎰

⎰

⎰

∞

∞

∞

∞

∞

=

+

⋅-=-=

=

=0

00

)()()()()(/dt t R dt t R t R t dt dt

t dR t

dt t tf MTTF T μ

5）安全寿命

安全寿命又可称为可靠性寿命，它是结构寿命的一个下限值，或者说是对应一个很大百分数的上百分位点。这个百分数就是可靠度或存活率。

6）安全检查间隔

安全检查间隔又常称为检查周期，它是保证可维修结构安全性的重要指标。应用结构可靠性分析方法，根据检查间隔内允许的破坏概率大小或者危险率的大小可以确定安全检查间隔。

机械静强度可靠性设计：设计步骤与常规设计类似，不同之处仅在于把各设计变量，如载荷、强度、零件尺寸及其它影响因素都视为随机变量。

机械疲劳强度可靠性设计：与静强度设计类似，不同之处仅在于应力采用交变应力，强度采用疲劳强度，且要考虑零件和材料在加工、形状、尺寸和表面处理方面引起的极限应力的差别。