一种用于多失效模式下的系统可靠性分析方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于多失效模式下的系统可靠性分析方法及系统，方法包括：参数初始化；

【技术实现步骤摘要】
一种用于多失效模式下的系统可靠性分析方法及系统


[0001]本专利技术涉及系统可靠性分析
，特别是一种用于多失效模式下的系统可靠性分析方法及系统
。

技术介绍

[0002]系统可靠性分析是在考虑各种不确定因素的情况下，衡量具有多种失效模式的复杂系统实现预期功能的概率
。
通常，一个较为复杂的系统由多个部件组成，每个部件可能有多种失效模式，且部件之间的连接关系会使整个系统的失效概率变得更为复杂，因此，对于复杂系统的可靠性分析是很复杂的，需要进行大规模运算，算力要求高，且运算效率也很低
。
[0003]现有技术中，不乏针对特定使用场景进行多失效模式下的系统可靠性分析的方法，如专利
CN110096796A
提供了一种多失效模式下工业机器人
RV
减速器的可靠性分析方法，其通过在得到主要失效模式的功能函数之后，将其转化为
Kriging
模型，确定模型中的学习函数类型，结合
Monte Carlo
仿真法进行抽样，拟合所建立的功能函数；进一步根据所需精度要求确定学习停止条件，形成完整的学习过程；根据所建立的
AK
‑
MCS
可靠性分析模型计算失效概率和变异系数，验证是否符合精度要求
。
专利
CN110532723B
提供了一种基于
EGRA
的涡轮盘多失效模式可靠性优化方法，其方法为对涡轮盘扇区进行参数化建模，分析涡轮盘几何参数灵敏度，选出设计变量；对设计变量进行
LHC
抽样，分别计算每个抽样点处的各失效模式下的寿命，建立各失效模式可靠性模型；对各失效模式的可靠性模型用高效全局可靠性分析方法
(EGRA)
评估，若大于收敛极限，向初始模型中增加样本点，直至模型收敛
。
上述现有技术都是针对特定系统设计的多失效模式下的系统可靠性分析方法，其对其他系统使用兼容性较差，且上述系统对算力的要求仍较高，运算效率较低
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种兼容性好，运算效率高的用于多失效模式下的系统可靠性分析方法及系统
。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案实现
。
[0006]用于多失效模式下的系统可靠性分析方法，其包括：
[0007]参数初始化，包括设置机构的结构参数
、
材料特性
、
随机变量
X
的概率特征参数与运动区间；
X
＝
[X1,...,X
N
]T
，
N
为维度；
[0008]将随机变量
X
转换为标准正态空间变量
U
；
[0009]执行
MPP
搜索，获取最大可能失效点
U
*
、
梯度
▽
G(U
*
)、Hessian
矩阵
▽2G(U
*
)
以及各失效模式的可靠性指标
Φ
(
‑
β
k
)
，
k
为失效模式的编号；
[0010]利用最大可能失效点
U
*
、
梯度
▽
G(U
*
)、Hessian
矩阵
▽2G(U
*
)
构造极限状态函数的二次逼近函数；
[0011]利用所述可靠性指标
Φ
(
‑
β
k
)
确定权重系数
α
k
，构造系统的混合重要抽样密度函数
h
U
(U)
，并利用失效概率公式求解系统的失效概率
。
[0012]进一步地，所述执行
MPP
搜索，获取最大可能失效点
U
*
、
梯度
▽
G(U
*
)、Hessian
矩阵
▽2G(U
*
)
以及各失效模式的可靠性指标
Φ
(
‑
β
k
)
包括：
[0013]通过求解约束优化条件计算
MPPU
*
，并在求解过程中得到梯度
▽
G(U
*
)、Hessian
矩阵
▽2G(U
*
)
以及各失效模式的可靠性指标
Φ
(
‑
β
k
)
；约束优化条件为：
[0014][0015]式中，
||g||
表示向量的模，即
:U1……
U
n
为标准正态空间变量
U
的构成元素；
G(U)
为极限状态函数
。
[0016]进一步地，所述利用最大可能失效点
U
*
、
梯度
▽
G(U
*
)、Hessian
矩阵
▽2G(U
*
)
构造极限状态函数的二次逼近函数包括：
[0017]在
MPPU
*
处对极限状态函数进行二阶泰勒近似，得到以二次多项式表示形式表示为：
[0018]G(U)≈Q(U)
＝
a+b
T
U+U
T
cU
；
[0019]式中，
Q(U)
为二次多项式；
[0020][0021]进一步地，所述利用所述可靠性指标
Φ
(
‑
β
k
)
确定权重系数
α
k
包括：
[0022]利用进行
MPP
搜索过程中得到的各失效模式的可靠度指标
Φ
(
‑
β
k
)
构造权重系数
α
k
，具体为：
[0023][0024]其中，
m
为失效模式的总数
。
[0025]进一步地，所述构造系统的混合重要抽样密度函数
h
U
(U)
包括：
[0026]将所述权重系数
α
k
代入混合重要抽样密度函数
h
U
(U)
，
h
U
(U)
表示为：
[0027][0028]其中，表示第
k
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于多失效模式下的系统可靠性分析方法，其特征在于步骤包括：参数初始化；包括设置机构的结构参数
、
材料特性
、
随机变量
X
的概率特征参数与运动区间；
X
＝
[X1,...,X
N
]
T
，
N
为维度；将随机变量
X
转换为标准正态空间变量
U
；执行
MPP
搜索，获取最大可能失效点
U
*
、
梯度
Hessian
矩阵以及各失效模式的可靠性指标
Φ
(
‑
β
k
)
，
k
为失效模式的编号；利用最大可能失效点
U
*
、
梯度
Hessian
矩阵构造极限状态函数的二次逼近函数；利用所述可靠性指标
Φ
(
‑
β
k
)
确定权重系数
α
k
，构造系统的混合重要抽样密度函数
h
U
(U)
，并利用失效概率公式求解系统的失效概率
。2.
根据权利要求1所述的一种用于多失效模式下的系统可靠性分析方法，其特征在于，所述执行
MPP
搜索，获取最大可能失效点
U
*
、
梯度
Hessian
矩阵以及各失效模式的可靠性指标
Φ
(
‑
β
k
)
包括：通过求解约束优化条件计算
MPPU
*
，并在求解过程中得到梯度
Hessian
矩阵
▽2G(U
*
)
以及各失效模式的可靠性指标
Φ
(
‑
β
k
)
；约束优化条件为：式中，
||g||
表示向量的模，即
:U1……
U
n
为标准正态空间变量
U
的构成元素；
G(U)
为极限状态函数
。3.
根据权利要求1所述的一种用于多失效模式下的系统可靠性分析方法，其特征在于，所述利用最大可能失效点
U
*
、
梯度
Hessian
矩阵构造极限状态函数的二次逼近函数包括：在
MPPU
*
处对极限状态函数进行二阶泰勒近似，得到以二次多项式表示形式表示为：
G(U)≈Q(U)
＝
a+b
T
U+U
T
cU
；式中，
Q(U)
为二次多项式；
4.
根据权利要求1所述的一种用于多失效模式下的系统可靠性分析方法，其特征在于，所述利用所述可靠性指标
Φ
(
‑
β
k
)
确定权重系数
α
k
包括：利用进行
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈军华，江炜，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：