柴油机多状态系统可靠性分析及建模

论文摘要

随着科学技术的飞速发展,柴油机内部结构日益复杂,环境条件更加苛刻,因此对产品的要求不断提高,柴油机不仅要具有好的性能,更要具有高的可靠性水平。通常对柴油机的可靠性研究中,只考虑完全可靠或完全失效两种可能状态,忽略了柴油机系统及元件部分失效对系统性能的影响,由此建立的可靠性分析模型往往与实际情况存在较大差异。因此,对柴油机进行多层次多状态可靠性研究在提高柴油机可靠性、可用性、可维修性与安全性,延长其使用寿命,使机械设备更具市场竞争力,提高产品质量等方面都具有着积极和现实的意义。本文综合运用有限元分析理论、可靠性理论、随机过程等数学理论对柴油机系统的多状态可靠性进行研究,主要研究内容如下:(1)应用有限元分析方法对柴油机曲轴进行分析。针对柴油机曲轴主轴颈过渡处应力过大易发生断裂的故障,结合Pro/E和ANSYS软件的有限元分析方法对其进行应力分析,经分析计算得出轴颈过渡处的应力值、应力云图以及位移云图,并提出改进意见。(2)利用数学中的随机过程方法,提出基于马尔可夫模型的柴油机多状态可靠性分析方法。对柴油机分别进行单元级和系统级的可靠性分析,得到其可靠性单元函数以及其瞬时性能期望值。(3)引用数学中的发生函数方法,结合传统的可靠性结构图分析方法,对更为复杂的、存在潜在失效的柴油机多状态系统进行了可靠性分析计算。得到了存在潜在失效的柴油机多状态系统的缩减发生函数u~ j( z)以及完整发生函数Uπ( z),计算出多状态系统的可靠性及性能期望值。(4)采用通用发生函数法和马尔可夫模型结合的方法,对有限维修资源条件下的串并联多状态系统进行了可靠性优化,在满足系统可靠性的条件下对系统各元件采用了最小的成本配置。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究对社会发展和科技进步的意义
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 本课题的学术价值及对社会发展和科技进步的意义
• 1.2 国内外多状态可靠性研究现状和发展趋势
• 1.2.1 目前可靠性研究的发展现状
• 1.2.2 目前多状态可靠性国内外研究现状
• 1.3 课题来源
• 1.4 论文主要结构和内容安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 柴油机曲轴的有限元强度分析
• 2.1 引言
• 2.2 有限元模型的建立
• 2.3 约束条件
• 2.4 载荷简化
• 2.5 曲轴整体模型有限元计算结果分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于马尔可夫模型的多状态可靠性分析方法
• 3.1 多状态系统基本理论
• 3.2 运用马尔可夫模型进行多状态系统可靠性计算
• 3.2.1 随机过程方法的定义
• 3.2.2 马尔可夫过程的定义与基本特性
• 3.2.3 利用马尔可夫模型进行多状态单元可靠性分析
• 3.2.4 利用马尔可夫模型进行多状态系统可靠性分析
• 3.2.5 利用马尔可夫模型计算可维修多状态系统可靠性实例
• 3.3 本章小结
• 第四章 存在潜在失效的多状态系统可靠性分析
• 4.1 引言
• 4.2 多状态可靠性结构图法简介
• 4.3 通用发生函数法简介
• 4.4 基于发生函数法的可靠性结构图法分析潜在失效的多状态系统可靠性
• 4.4.1 基于发生函数法的可靠性结构图法
• 4.4.2 串并联多状态系统的可靠性结构图法
• 4.4.3 将可靠性结构图法应用于存在潜在失效的多状态系统中
• 4.5 实例分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 有限维修资源条件下的多状态系统可靠性优化
• 5.1 引言
• 5.2 多状态系统优化问题描述
• 5.2.1 串并联多状态系统可靠性
• 5.2.2 多状态优化设计问题的构造
• 5.3 可靠性评估方法
• 5.3.1 利用马尔可夫模型进行元件的可用度计算
• 5.3.2 利用通用发生函数评估多状态系统可靠性
• 5.4 实例分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 攻读硕士学位期间参加的科研活动