Испытания основанные на анализе причин (физике) отказов

Материалы практического занятия № 8.

Испытания основанные на анализе причин (физике) отказов

*****

Испытания основанные на анализе причин (физике) отказов. Анализ параметрических отказов. Связь между интенсивностью отказов и изменением технических (физических) параметров.

*****

ПЗ.8.1. Испытания основанные на анализе причин (физике) отказов

Отказы устройств могут вызываться разными причинами. Заметное место среди них занимают отказы, вызванные физико-химическими процессами, протекающими как собственно в устройстве, так и в материалах из которых оно изготовлено. К таким процессам можно отнести износ, старение, различные виды коррозионного разрушения, а также превышение нагрузки устройства сверх установленного предела. Отказы отдельных деталей и элементов устройства вызывающие его отказ, возникают, как правило, тогда когда нагрузка на них превышает прочность их материалов.

На серии рисунков представлены возможные случаи соотношения между нагрузкой  и прочностью . На рисунке ПЗ.8.1.а. прочность имеет случайный характер, но ее среднее значение и рассеяние постоянны и нагрузка всегда меньше прочности (например, напряжения разрушения). В этом случае вероятность отказа равна нулю. На рисунке ПЗ.8.1.б. случайная прочность также имеет постоянное среднее значение и рассеяние. Но напряжение разрушения находится в области возможной нагрузки. В этом случае возникает вероятность того, что прочность может стать меньше действующей нагрузки. Вероятность возникновения отказа, вызванного превышением нагрузки над прочностью

            (ПЗ.8.1.)

где  - напряжение разрушения;  - плотность вероятности показателя прочности.

На рисунке ПЗ.8.1.в. нагрузка и прочность имеют случайный характер, направление их изменения приводит к тому, что области их возможных значений пересекаются. Вероятность возникновения отказа вызванного превышением нагрузки над прочностью для фиксированного момента времени

           (ПЗ.8.2.)

где  - вероятность того, что прочность меньше ее значения при .

В данном случае значение  различно для разных моментов времени. Вероятность отказа приобретает характер функции времени.

Если обозначить действующую нагрузку , предельно допустимую нагрузку , разность  - обозначить , а среднее значение нагрузки  и принять, что для  закон распределения нормальный, то вероятность отказа, вызванного разрушением, определяется как вероятность того, что:

>                 (ПЗ.8.3.)

                                 (ПЗ.8.4.)

При проектировании необходимо не только обеспечить превышение  над , т.е. создать запас прочности, но также и добиться стабильности такого превышения.

ПЗ.8.4. Анализ параметрических отказов.

Для параметрических отказов некоторых элементов ЭРДУ или ЭУ понятие «нагрузка» и «прочность» приобретают условный смысл: нагрузкой становится действующее значение некоторого параметра, а прочностью – допустимое его значение. Например, такими параметрами могут выступать: токи срабатывания и отпускания для электромагнитных клапанов; баланс мощности выделяемой на некотором участке ТЭЛП и т.п.

Пример. Пусть работоспособность электромагнитного клапана определяется следующим условием: действующее значение  должно быть меньше , а токи отпускания  - не больше . Токи  и  в общем случае величины случайные, так как зависят отряда случайных факторов (приложенное напряжение, действующее сопротивление, зависящее от окружающих условий, и т.д.). Следовательно, и в этом случае возникает с некоторой вероятностью отказ типа отсутствия замыкания (обрыв) и типа отсутствие размыкания («залипание»).

Требования к повышению надежности по отказам типа «замыкание» и отсутствие «размыкания» противоречивы. Стремление снизить вероятность отказов типа «отсутствие замыкания» за счет увеличения напряжения повышает вероятность отказов типа «отсутствие размыкания», что очевидно из рисунка, где  - вероятность отказов типа «отсутствие размыкания»;  - вероятность отказов типа «отсутствие замыкания». Смещение кривой распределения тока путем повышения напряжения с целью уменьшения  увеличивает .

Соотношение вероятностей отказов типа «отсутствие замыкания» и «отсутствие размыкания»

ПЗ.8.3. Связь между интенсивностью отказов и изменением технических (физических) параметров.

Существует возможность установить связь между показателем надежности – интенсивностью отказов  и изменением физических или технических параметров объекта.

Известно, что

                               (ПЗ.8.5.)

где  - вероятность отсутствия отказов;  - вероятность отказов.

При ~1 на основании (ПЗ.8.5) можно записать

                                            (ПЗ.8.6.)

Если  сплошная функция двух переменных, то

                                                 (ПЗ.8.7.)

В общем случае  может зависеть от нескольких параметров . Например, интенсивность отказов токопровода зависит от разрушений изоляции, вызванных механическим , электрическим  или тепловым разрушением ,  - разность между предельно допустимым и фактическим действующим значением механической, электрической и тепловой нагрузок.

Вероятность отказа токопровода есть функция :

                                     (ПЗ.8.8.)

Поэтому можно записать, что

(ПЗ.8.9.)

Где

                           (ПЗ.8.10.)

- плотность вероятности отказа токопровода, вызванная изменением го параметра.

В свою очередь скорость изменения  во времени

                          (ПЗ.8.11.)

где  и  - коэффициенты, полученные опытным путем.

В результате для интенсивности отказов токопровода, вызванных механическим, электрическим и тепловым разрушением изоляции можно записать

                  (ПЗ.8.12.)

Знание связи между показателями надежности и физическими факторами может быть использовано в направлениях: обеспечения высокой надежности, сокращения объема и продолжительности испытаний на надежность.

Для повышения надежности должны приниматься меры, снижающие неблагоприятное влияние основных физических факторов. Для сокращения объема испытаний на надежность последние должны сопровождаться изучением физических факторов, влияющих на надежность.