Расчет показателей надежности на основе анализа
физических процессов деградации объекта
Настоящую схему расчета надежности применяют для расчета показателей безотказности, долговечности и сохраняемости объектов, для которых известны физические процессы деградации, приводящие к отказам (предельным состояниям) в процессе эксплуатации (хранения), и установлены определяющие параметры, характеризующие техническое состояние объекта.
Метод может применяться как для ориентировочных, так и для уточненных расчетов в зависимости от полноты исходных данных.
Исходные данные:
критерием отказа элемента (объекта) является выход определяющего параметра за одну из границ допуска;
известны (или определяются экспериментально) предельное значение определяющего параметра П, его начальное значение По и средняя скорость изменения параметра в условиях эксплуатации а.
На основании анализа механизма (физических и химических процессов), обусловливающих изменение определяющего параметра (износа, электросопротивления, емкости и др.) устанавливают превалирующий процесс деградации (монотонный или немонотонный характер изменения определяющего параметра) и выбирают вид распределен..я. Схемы параметрических отказов приведены в приложении Г.
Если имеются экспериментальные данные по измерению приращений (изменения) определяющего параметра, известным способом определяют среднюю скорость изменения определяющего параметра л и коэффициент вариации этой скорости г.
При отсутствии достаточной статистики для оценки коэффициента вариации скорости v используют рекомендации согласно приложению Б.
Установив тип процесса (монотонный, немонотонный) и параметры По, П. а, т, определяют показатели надежности в соответствии с выражениями, приведенными в приложении Г.
Расчет показателей надежности объектов на основе
прочностных характеристик материала деталей
и условий их нагружения в процессе эксплуатации
Настоящую схему расчета надежности применяют для расчета показателей долговечности деталей машин, для которых известны прочностные характеристики (предел выносливости, показатель степени кривой усталости) и статистические характеристики нагружен- ности детали (средняя амплитуда напряжения и коэффициент вариации этой амплитуды).
Метод может применяться как для ориентировочных, так и для уточненных расчетов в зависимости от полноты исходных данных.
Порядок расчета усталостной долговечности сводится к следующему;
составляют ССН детали в виде возможного числа компонентов, способных вследствие цикловых нагружений достигнуть предельного состояния;
выбирают одну из возможных схем нагружения и разрушения по каждому предельному состоянию (усталости при изгибе или контактной усталости);
определяют расчетную нагрузку для каждого компонента (среднее значение и коэффициент вариации);
определяют предельное значение несущей способности (предела выносливости) детали с учетом материала, геометрии, концентраторов напряжения согласно ГОСТ 25.504;
вычисляют с учетом характеристик кривой усталости материала детали и режима нагружения медианное значение ресурса (долговечности);
определяют расчетным методом, путем использования информации об аналогах или рекомендаций приложения Б коэффициент вариации распределения ресурса детали;
вычисляют показатели надежности относительно принятого конкретного предельного состояния, используя закон распределения долговечности, согласно методам, изложенным в разделе 5 настоящего стандарта.
При совместном учете множества независимых процессов разрушения (множества предельных состояний) показатели надежности детали рассчитывают согласно методам, установленным в разделе 8 настоящего стандарта.
Методика расчета показателей надежности объектов, основанная на данном методе, при использовании Z)M~pac предел они я приведена л приложении Д.
Расчет показателей надежности объектов по известным значениям показателей надежности их составных частей
Расчет надежности объекта по показателям надежности составных частей осуществляют на стадиях проектирования при:
определении ориентировочных значений показателей надежности;
сравнении различных вариантов конструктивных решений объекта;
определении окончательных (уточненных) значений показателей надежности.
При проведении расчетов в качестве исходных данных используют:
принципиальные, функциональные и структурные схемы объекта;
результаты испытаний, справочное или нормативные данные по надежности составных частей;
данные о системе технического обслуживания и ремонта объектов-аналогов;
критерии отказов и предельных состояний объекта и его составных частей.
Для уточненных расчетов показателей надежности объектов требуется более полная информация о показателях надежности составляющих элементов (изделий электронной техники, элсктрорлдио- изделий, деталей машин и т. д_). Полной характеристикой надежности элемента является закон распределения наработки до отказа (ресурса). Для методов расчета, регламентированных настоящим стандартом, необходимыми показателями надежности элементов являются средняя наработка Ди отказа (ресурс) элемента г. коэффициент вариации наработки до отказа (ресурса) is.
Исходными данными для определения необходимых показателей надежности деталей машин являются данные об аналогах, прочностные характеристики материала дез плен и условия их нагружения в процессе эксплуатации или результаты анализа поведения определяющего параметра.
Методы расчета показателей надежности деталей машин изложены в разделах 5—7 настоящего стандарта.
Исходной информацией для оценок показателей надежности электрорадиопзделий являются справочные данные, которые содержат обычно оценки интенсивностей отказов этих элементов.
Методика оценки средней наработки до отказа элсктрорадионздс- лий и коэффициента вариации этой наработки приведена в приложении Е.
При определении ориентировочных значений показателей надежности объект разделяют на функциональные системы и подсистемы, отказы которых независимы, и составляют ССН объекта в виде последовательного соединения блоков и подсистем.
Для расчета в качестве исходной информации допускается использовать значения показателей надежности систем и подсистем, установленные в нормативной документации, а также планируемые значения или полученные в результате расчетов установленными в настоящем стандарте методами.
При построении структурных схем надежности допускается исключать из рассмотрения элементы, не оказывающие заметного влияния на значение искомого показателя надежности объекта в целом.
Методы расчета надежности объекта с последовательной структурной схемой для произвольных законов распределений наработки составных частей приведены в приложении Ж.
При сравнении различных вариантов объекта решение принимается по альтернативному признаку (надежность «выше» или «ниже»),
В случае, когда варианты объекта имеют конструктивное подобие и отличаются только нагруженностью составных частей, сравнительная оценка сводится к оценке показателей надежности этих частей.
Если варианты объекта отличаются конструкцией нескольких составных частей, сравнение показателей надежности проводится по этим частям.
При рассмотрении вариантов объектов различного конструктивного исполнения проводят ориентировочные расчеты вариантов объектов по 8.4 (с учетом всех составных частей).
Если для рассматриваемых вариантов объекта имеются объекты-аналоги, по результатам испытаний которых установлены составные части, лимитирующие их надежность, то при сравнении вариантов должны учитываться степень доработки объекта и конструктивные факторы, приводящие к низкой надежности лимитирующих составных частей.
При невозможности или нецелесообразности проведения сравнительных расчетов допускается проводить экспертным методом сравнительную оценку показателей надежности.
Уточненные расчеты показателей надежности следует проводить в соответствии с требованиями 8.6.1—8.6.6.
Составляют структурную схему объекта с целью расположения элементов по уровням их подчиненности, уточнения связей между ними, становления критериев отказов и предельных состояний.
Разрабатывают ССН, характеризующую состояние объекта в зависимости от работоі пособного и неработоспособного состояния элементов.
Методы расчета надежности, регламентированные настоящим стандартом, распространяются па объекты, для которых CC1I представляет сабой последовательное, парад, ельнос и всевозможные сочетания последовательного и параллельного соединения элементов.ДСТУ 2862—94
Характеристика наиболее типичных ССН приведена в таблице 3.
>- Таблица 3 — Характеристика типичных ССН
|
Названис ССН |
Обозначение |
Характеристика |
|
Последовательная из разнотипных элементов |
ССН-1 |
Объект состоит из последовательно соединенных разнотипных элементов. Отказ объекта наступает при отказе любого элемента |
|
Структура типа из п» |
ССН-2 |
Объект состоит из параллельно соединенных однотипных элементов. Отказ объекта наступает при отказе (г + 1) элементов (г *= п — к) |
|
Примечание (.к — минимальное число работоспособных элементов, необходимое для функционирования объекта. |
||
|
Примечание 2. При к-l CCI1-2 представляет собой параллельную структуру из н однотипных элементов. |
||
Составляют номенклатуру элементов (составных частей) объекта и устанавливают их показатели надежности (среднюю наработку Ті и коэффициент вариации наработки у* до отказа элементов, среднее время восстановления Tti элементов).
Расчет требуемых показателей надежности элементов и деталей машин проводят согласно разделам 5—7 и приложениям Д, Е настоящего стандарта.
На основании полученных значений показателей надежности элементов и деталей проводят расчет показателей надежности сборочных единиц (составных частей) и объекта в целом в соответствии с 8.6—8.8.
Для объектов, имеющих ССН-1, в общем случае (для произвольных законов распределения наработок составных частей) показатели надежности следует определять в соответствии с приложением Ж.
Расчет надежности объектов (сборочных единиц), имеющих ССН-1 или ССН-2, проводят при допущении о Д/У-распределении наработок до отказа в соответствии с приложением К.Рекомендации по выбору вида функций распределения
наработки (ресурса)
Таблица А.І
|
Вид функции рас предел еннн |
Условия применения |
|
1. Экспоненциальное распределение |
Для сложных технических систем и электрорадиоизделий, не подвергающихся старению и износу |
|
2. DM-раси редел ение (диффузионное монотонное распределение) |
Для механических систем, деталей машин и приборов, преобладающим механизмом отказов которых являются необратимые процессы изнашивания, усталости и коррозии |
|
3 £>Л/-раснределение (диффузионное немонотонное распределение) |
Для злектрорадиоизделнй, электронных систем, а также технических систем, содержащих электрорадиоизделия и механические элементы, преобладающим механизмом отказов которых являются процессы старения, различные электро- гюоцессы, а также процессы усталости |
|
4. Логарифмически нормальное распределение |
В случае, когда основным видом разрушения является усталость, обусловленная периодическим процессом нагружения |
|
5, Распределение Вейбулла Примечание. Экспоненциальное имя, представляет деления наработок при прогноз ирона! деление рекомепду нок показателей н |
Для аппроксимации распределений наработки изделий, не удовлетворяющих пн. 1-4 распределение, как однопараметрическая фукк- :я весьма грубой моделью для описания распре- 11 имеет значительные методические погрешности ии величин, поэтому экспоненциальное распрв- етси использовать только для сравнительных оце- адеж пости |
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(рекомендуемое)
Значения коэффициентов вариации основных процессов
деградации
Таблица Б.1
|
Вид разрушения 1 * |
Коэффициент вариации процесса разрушения |
Наименование деталей, элементов, 1 подвергающихся данному разрушению |
|
0,05-0,15 |
Сварные соединения, фасонные болты, валики, пальцы, чугунные отливки, связи и анкерные болты и т, п. |
|
2.1. Механо-химическое изнашивание |
0,25-0,50 |
Подшипники скольжения, валы, оси, направляющие, поршневые кольца, втулки и др. |
|
2,2. Абразивное изнашивание 3. Усталость |
0,40-0,70 |
Плужные лемеха, лапы культиваторов, детали гусениц тракторов, детали формовочных машин и др. |
|
3.1. Малоцш товая |
0,20-0,40 |
Корпусные детали, зубчатые колеса, пружины, бандажи, рельсы, сосуды, пространственные конструкции и др. |
|
3.2. Многоцикловая |
0,40-0,80 |
Корпусные детали, подшипники качения, валы, оси, пружины, шатуны, болты, рельсы, бандажи и др. |
|
3.3, Контактная |
0,40-1,0 |
Зубчатые передачи, подшипники качения, рельсы, бандажи подвижного состава, поверхности качения И яр. |
|
4. Старение |
0,40-1,0 |
Элементы и детали из металлов, полимеры, резинотехнические изделия, уплотнения, полупроводники и др. |
|
5. Электрические (электролиз, миграция зарядов, электродиффузия) |
0,70—1,5 |
Полупроводниковые Приборы, ил-, тегральные схемы, конденсаторы и другие изделия электронной техники |
|
Примечание. Коэффициент вариации на |
работки до отказа совпадает с коэффи- |
|
|
циснтом вариации процесса деградации, который приводит к отказу! |
||
