1、航空工程学院航空工程学院飞机故障诊断与监控技术飞机故障诊断与监控技术2011.081/22/2023 8:50 PMPage 2课程简介课程简介 教材：教材：飞机故障诊断与监控技术飞机故障诊断与监控技术 参考书目：参考书目：中国人民解放军空军工程学院中国人民解放军空军工程学院.航空维修工程学航空维修工程学 西安：中国人民解放军空军工程学院，西安：中国人民解放军空军工程学院，1985 1985 朱继洲朱继洲.故障树原理和应用故障树原理和应用.西安：西安：西安交通大学出版社，西安交通大学出版社，1988 1988 张涵垺张涵垺,何正嘉何正嘉.模糊诊断原理及应用模糊诊断原理及应用.西安：西安交通大学
2、出版社，西安：西安交通大学出版社，19881988 考核考核1/22/2023 8:50 PMPage 3课程结构课程结构故障特性与故障过程模型故障特性与故障过程模型1 故障树分析法故障树分析法2系统故障查找方法系统故障查找方法3飞机结构的损伤检查飞机结构的损伤检查4 故障诊断方法故障诊断方法51/22/2023 8:50 PMPage 4故障诊断学v人工诊断故障 凭借人的感官和个人的实践经验凭借人的感官和个人的实践经验v故障诊断科学 基于基于电子技术电子技术、计算机技术计算机技术、信息论信息论、控制论控制论、可靠性理可靠性理论论、系统工程理论系统工程理论、最优化理论最优化理论等等1/22/2
3、023 8:50 PMPage 5故障诊断学v故障诊断学 根据诊断对象的从过去到现在、从现在到将来的一系列信根据诊断对象的从过去到现在、从现在到将来的一系列信息所进行的状态识别和鉴定的科学息所进行的状态识别和鉴定的科学 包括包括故障物理故障物理，故障树分析故障树分析，故障模式、影响和危险性分故障模式、影响和危险性分析析，机械数值诊断机械数值诊断，模拟电路自动测试模拟电路自动测试，飞机监控技术飞机监控技术以以及及振动分析振动分析、机油光谱分析机油光谱分析等内容等内容1/22/2023 8:50 PMPage 6第一章 故障特性与故障过程模型v绪 论v第一节 故障及其分类v第二节 故障过程模型与故
4、障物理应用 故障模式与故障机理故障模式与故障机理 故障过程模型故障过程模型 故障物理应用故障物理应用1/22/2023 8:50 PMPage 7绪 论v航空器检测与诊断技术的意义v航空器维修理论的发展及维修制度的变革v航空发动机状态监测与故障诊断技术v航空器结构检查与修理技术1/22/2023 8:50 PMPage 8航空器检测与诊断技术的意义v 空难统计（表1-1、1-2）v 飞行事故原因 人、设计人、设计 、环境、机械、环境、机械v 虽然现代飞机设计技术和可靠性已日臻完善，机械因素导致的飞行事故仍占很高的比例 25%30%发动机空中停车、系统失效、襟翼失效、起落架轮子以外部位触地发动机
5、空中停车、系统失效、襟翼失效、起落架轮子以外部位触地1/22/2023 8:50 PMPage 91/22/2023 8:50 PMPage 101/22/2023 8:50 PMPage 111/22/2023 8:50 PMPage 12航空器检测与诊断技术的意义v 航空器检测、诊断与维修技术 以飞机结构的检查与修理、发动机及辅助动力装置的状态监测与故障诊以飞机结构的检查与修理、发动机及辅助动力装置的状态监测与故障诊断为主要研究内容，以航空器视情维修决策为最终研究目的，从而在充断为主要研究内容，以航空器视情维修决策为最终研究目的，从而在充分保障航空器运营安全性的前提下，最大程度地降低维修成
6、本以提高航分保障航空器运营安全性的前提下，最大程度地降低维修成本以提高航空器运营经济性的一门学科。空器运营经济性的一门学科。1/22/2023 8:50 PMPage 13航空器维修理论的发展及维修制度的变革v 航空器事后维修制度 20世纪世纪50年代以前，设备发生故障之后才进行检查年代以前，设备发生故障之后才进行检查 特点：设备坏了才修，不坏不修特点：设备坏了才修，不坏不修 目前仅仅用于对安全性影响较小的部件维修上目前仅仅用于对安全性影响较小的部件维修上1/22/2023 8:50 PMPage 14航空器维修理论的发展及维修制度的变革v 航空器定时维修制度 要求航空器在运行一定时间后，无论
7、损坏与否，均要进行检查和维要求航空器在运行一定时间后，无论损坏与否，均要进行检查和维修修 浴盆曲线浴盆曲线 早期故障期早期故障期：制造缺陷和工艺不当，故障率较高；：制造缺陷和工艺不当，故障率较高；偶然故障期偶然故障期：使用维护不当或应力突然超过极限值、零件失效：使用维护不当或应力突然超过极限值、零件失效等随机因素，故障率较低且稳定，接近常数；等随机因素，故障率较低且稳定，接近常数；耗损故障期耗损故障期：磨损、疲劳、腐蚀、老化等，故障率递增：磨损、疲劳、腐蚀、老化等，故障率递增1/22/2023 8:50 PMPage 151/22/2023 8:50 PMPage 16航空器维修理论的发展及维
8、修制度的变革v 航空器定时维修制度 航空装备故障率曲线航空装备故障率曲线 浴盆曲线规律只适用于构造比较简单的产品以及现代复杂设备浴盆曲线规律只适用于构造比较简单的产品以及现代复杂设备中的一些简单机件中的一些简单机件 20世纪世纪60年代，美国联合航空公司发现了航空机件的故障曲线年代，美国联合航空公司发现了航空机件的故障曲线有六种基本形式有六种基本形式 复杂产品没有耗损期的这一重要规律的发现，推翻了浴盆曲线复杂产品没有耗损期的这一重要规律的发现，推翻了浴盆曲线适用于一切情况的假设适用于一切情况的假设1/22/2023 8:50 PMPage 171/22/2023 8:50 PMPage 18航
9、空器维修理论的发展及维修制度的变革v 航空器以可靠性为中心的维修制度 当代维修理论的基本观点当代维修理论的基本观点 各种产品、各种故障模式的发生、发展和后果是不相同的，各种产品、各种故障模式的发生、发展和后果是不相同的，因而要采取相适应的维修对策，以便用最少的资源消耗，确因而要采取相适应的维修对策，以便用最少的资源消耗，确保产品使用的安全性与可靠性。保产品使用的安全性与可靠性。MSG-3维修思想维修思想 以对飞机重要功能产品可靠性特性进行分析，即以故障模式以对飞机重要功能产品可靠性特性进行分析，即以故障模式和故障影响分析为基础，以维修的适应性、有效性和经济性和故障影响分析为基础，以维修的适应性
10、、有效性和经济性为决策准则，确定是否进行预防性维修工作，并确定工作的为决策准则，确定是否进行预防性维修工作，并确定工作的内容、维修级别、时机的逻辑决断方法。内容、维修级别、时机的逻辑决断方法。1/22/2023 8:50 PMPage 19航空器维修理论的发展及维修制度的变革v 航空器视情维修制度 根据对项目定期或连续的状态监测结果所实施的预防维修根据对项目定期或连续的状态监测结果所实施的预防维修 以状态监控为核心，根据航空器状态监控的结果确定维修间隔和维以状态监控为核心，根据航空器状态监控的结果确定维修间隔和维修内容修内容 状态监控和故障诊断是视情维修的基础状态监控和故障诊断是视情维修的基础
11、 特点：特点：着眼于航空器的具体技术状况，一反定期维修的常规而采取定着眼于航空器的具体技术状况，一反定期维修的常规而采取定期监测期监测以状态为基础的预防维修以状态为基础的预防维修1/22/2023 8:50 PMPage 20航空发动机状态监测与故障诊断技术v 航空发动机状态监测与故障诊断研究对象 完全组装好的，正在工作的或准备工作的发动机（有时也包括压气完全组装好的，正在工作的或准备工作的发动机（有时也包括压气机、涡轮等单独的部件）机、涡轮等单独的部件）发动机故障包括以下几方面：发动机故障包括以下几方面：发动机机械零件或构件的损坏；发动机机械零件或构件的损坏；发动机系统或设备丧失规定的功能；
12、发动机系统或设备丧失规定的功能；发动机实际功能的衰退超过规定值发动机实际功能的衰退超过规定值1/22/2023 8:50 PMPage 21航空发动机状态监测与故障诊断技术v 航空发动机状态监测与故障诊断研究对象 发动机故障诊断任务：发动机故障诊断任务：简易诊断简易诊断：通过对发动机关键参数的监测，依据参数是否超标，：通过对发动机关键参数的监测，依据参数是否超标，回答发动机是否出现故障回答发动机是否出现故障 精密诊断精密诊断：在发现发动机的监测参数超标的情况下，对监测的：在发现发动机的监测参数超标的情况下，对监测的参数进行分析和诊断，以达到故障定位、定性和定因的目的参数进行分析和诊断，以达到故
13、障定位、定性和定因的目的 趋势预测趋势预测：通过对已知数据进行趋势分析和时间序列分析，建：通过对已知数据进行趋势分析和时间序列分析，建立发动机时序模型，从而对未来的值进行预测立发动机时序模型，从而对未来的值进行预测1/22/2023 8:50 PMPage 22航空发动机状态监测与故障诊断技术v 航空发动机状态监测与故障诊断基本理论 信号分析与处理理论信号分析与处理理论 模式识别理论模式识别理论 故障方程法故障方程法 预测技术预测技术1/22/2023 8:50 PMPage 23航空发动机状态监测与故障诊断技术v 航空发动机常用的状态监测与故障诊断技术 发动机状态诊断发动机状态诊断 发动机转
14、子系统诊断发动机转子系统诊断 发动机磨损状态诊断发动机磨损状态诊断 发动机孔探监测技术发动机孔探监测技术1/22/2023 8:50 PMPage 241/22/2023 8:50 PMPage 25航空器结构检查与修理技术v 飞机结构完整性要求v 飞机结构分类与设计原则v 飞机维修指导思想 早期：预防和修理相结合，且以预防为主，要求对飞机每种设备都早期：预防和修理相结合，且以预防为主，要求对飞机每种设备都要进行定期翻修要进行定期翻修 现代：现代：MSG思想和可靠性方法控制维修相结合，采用思想和可靠性方法控制维修相结合，采用“定时定时”、“视视情情”、“监控监控”三种维修方式三种维修方式1/2
15、2/2023 8:50 PMPage 261/22/2023 8:50 PMPage 271/22/2023 8:50 PMPage 28航空器结构检查与修理技术v 飞机中常见的损伤 偶然损伤偶然损伤（Accidental Damage：AD）环境损伤环境损伤（Environmental Damage：ED）疲劳损伤疲劳损伤（Fatigue Damage：FD）v 航空器无损检测技术v 航空器渗漏检测技术1/22/2023 8:50 PMPage 29第一节第一节 故障及其分类故障及其分类二、二、故障及其分类故障及其分类1.故障定义故障定义设备在规定条件下，不能完成其规定的设备在规定条件下，不
16、能完成其规定的功能功能；设备在规定条件下，一个或几个设备在规定条件下，一个或几个性能参数性能参数不能保持在规不能保持在规定的上、下限值之间；定的上、下限值之间；设备在规定的应力范围内工作时，导致设备不能完成其设备在规定的应力范围内工作时，导致设备不能完成其功能的机械零件、结构件或元器件的破裂、断裂、卡死等功能的机械零件、结构件或元器件的破裂、断裂、卡死等损坏状态。损坏状态。广义定义广义定义故障是一种不合格的状态故障是一种不合格的状态1/22/2023 8:50 PMPage 30第一节第一节 故障及其分类故障及其分类2.故障分类故障分类(1)按故障对功能的影响分类按故障对功能的影响分类l 功能
17、故障功能故障针对某一功能针对某一功能l 丧失了某种功能；丧失了某种功能；l 不能满足规定的性能指标或技术参数要求不能满足规定的性能指标或技术参数要求l 潜在故障潜在故障（故障征兆、故障苗头）（故障征兆、故障苗头）l 一种预示功能故障一种预示功能故障即将发生即将发生的可以鉴别的实际状的可以鉴别的实际状态或事件态或事件l 通过鉴别和排除潜在故障，采取各种维修手段，通过鉴别和排除潜在故障，采取各种维修手段，将不致发生功能故障将不致发生功能故障1/22/2023 8:50 PMPage 31第一节第一节 故障及其分类故障及其分类2.故障分类故障分类 (2)按按故障后果故障后果分类分类l安全性后果故障安
18、全性后果故障（危险性故障）（危险性故障）l故障会引起对使用故障会引起对使用安全性安全性的直接不利影响的直接不利影响l来源：来源：l 对使用安全性有直接不利影响的功能丧失对使用安全性有直接不利影响的功能丧失l 因某种功能的丧失而导致的继发性二次损伤因某种功能的丧失而导致的继发性二次损伤l预防维修或改进设计预防维修或改进设计1/22/2023 8:50 PMPage 32第一节第一节 故障及其分类故障及其分类2.故障分类故障分类 (2)按故障后果分类按故障后果分类l使用性后果故障使用性后果故障l故障对故障对使用能力使用能力有直接的不利影响有直接的不利影响l在经济上会影响到间接经济损失和直接的修理费
19、用在经济上会影响到间接经济损失和直接的修理费用l在预防维修的费用低于故障的间接经济损失和直接在预防维修的费用低于故障的间接经济损失和直接修理费用之和时，才采用预防维修方式修理费用之和时，才采用预防维修方式1/22/2023 8:50 PMPage 33第一节第一节 故障及其分类故障及其分类2.故障分类故障分类 (2)按故障后果分类按故障后果分类l非使用性后果故障非使用性后果故障l故障不影响系统的主要功能，只是使系统处于能故障不影响系统的主要功能，只是使系统处于能工作但并非良好的状态，如工作但并非良好的状态，如余度系统和非重要机件余度系统和非重要机件的故障的故障l只有当预防维修费用低于故障后的直
20、接修理费用只有当预防维修费用低于故障后的直接修理费用时，才进行预防维修时，才进行预防维修1/22/2023 8:50 PMPage 34第一节第一节 故障及其分类故障及其分类2.故障分类故障分类 (2)按故障后果分类按故障后果分类l隐患性后果故障隐患性后果故障（隐蔽故障）（隐蔽故障）l故障对故障对安全和使用安全和使用均无直接的不利影响，且对操均无直接的不利影响，且对操作人员或故障观察者又是不明显的作人员或故障观察者又是不明显的l若不及时发现并排除，可能会导致系统多重故障，若不及时发现并排除，可能会导致系统多重故障，甚至发生安全性后果甚至发生安全性后果l预防维修预防维修1/22/2023 8:5
21、0 PMPage 35第一节第一节 故障及其分类故障及其分类2.故障分类故障分类 (3)按故障产生的原因及故障特征分类按故障产生的原因及故障特征分类1/22/2023 8:50 PMPage 36第一节第一节 故障及其分类故障及其分类2.故障分类故障分类 (3)按故障产生的原因及故障特征分类按故障产生的原因及故障特征分类早期故障早期故障通常是由于通常是由于设计、制造设计、制造上的缺陷等原因而产生上的缺陷等原因而产生多在产品磨合期内基本消除，或在产品使用初期出现多在产品磨合期内基本消除，或在产品使用初期出现偶然故障偶然故障（随机故障）（随机故障）产品由于产品由于偶然因素偶然因素引起的故障引起的故
22、障通常预防维修无效通常预防维修无效1/22/2023 8:50 PMPage 37第一节第一节 故障及其分类故障及其分类2.故障分类故障分类 (3)按故障产生的原因及故障特征分类按故障产生的原因及故障特征分类耗损故障耗损故障由于产品由于产品老化、磨损、腐蚀、疲劳老化、磨损、腐蚀、疲劳等原因引起的故障等原因引起的故障出现在产品可用寿命期的后期，故障率随时间增长出现在产品可用寿命期的后期，故障率随时间增长采用定期检查和预先更换方式有效采用定期检查和预先更换方式有效1/22/2023 8:50 PMPage 38第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用 故障模式与故障机理故
23、障模式与故障机理 故障过程模型故障过程模型l 临界模型与耐久模型临界模型与耐久模型l 应力应力-强度模型强度模型l 反应论模型反应论模型l 最弱环模型（串联模型）最弱环模型（串联模型）l 累积损伤模型累积损伤模型 故障物理应用故障物理应用1/22/2023 8:50 PMPage 39第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用1.故障模式与故障机理故障模式与故障机理u 故障模式故障模式产品故障状态的形式分类产品故障状态的形式分类只涉及产品是如何故障的，而不管为什么故障只涉及产品是如何故障的，而不管为什么故障故障模式的不定性故障模式的不定性 零部件的故障模式在工程实际中并
24、非不变，它是贮存、使零部件的故障模式在工程实际中并非不变，它是贮存、使用、维护等环境条件以及时间的函数，且与设计、制造、试用、维护等环境条件以及时间的函数，且与设计、制造、试验等因素密切相关，还常因厂家、批量的不同而各有差异验等因素密切相关，还常因厂家、批量的不同而各有差异1/22/2023 8:50 PMPage 40第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用1.故障模式与故障机理故障模式与故障机理 u故障机理故障机理引起故障的物理、化学或其他过程，是故障的内因引起故障的物理、化学或其他过程，是故障的内因故障机理与故障模式的关系故障机理与故障模式的关系 故障机理是故障
25、的内因，故障模式是故障的现象，而环境故障机理是故障的内因，故障模式是故障的现象，而环境条件则是故障的外因条件则是故障的外因常见故障机理的分类常见故障机理的分类蠕变或应力断裂（蠕变或应力断裂（S）腐蚀（腐蚀（C）磨损（磨损（W）冲击断裂（冲击断裂（I）疲劳（疲劳（F）热（热（T）1/22/2023 8:50 PMPage 41v 故障的发生是由于原子、分子微观变化的原因引起的v 故障过程模型分类：理化模型理化模型 从固有的技术立场出发，研究故障是在什么地方，以什么形从固有的技术立场出发，研究故障是在什么地方，以什么形式发生的，研究故障与物性、环境和时间等因素的关系式发生的，研究故障与物性、环境和
26、时间等因素的关系 概率（统计）模型概率（统计）模型 缺陷在空间上是怎样分布的，故障发生的时间在概率上是怎缺陷在空间上是怎样分布的，故障发生的时间在概率上是怎样分布的样分布的v 两类模型之间有着内在的联系第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用1/22/2023 8:50 PMPage 42v临界模型 当应力超越某一界限，即引起故障；当应力超越某一界限，即引起故障；能量的积蓄越过某一限度就造成破坏能量的积蓄越过某一限度就造成破坏 结构材料的拉伸断裂结构材料的拉伸断裂v耐久模型 元件、材料等完全工作于安全工作区，在元件、材料等完全工作于安全工作区，在t=0时刻没有损时刻没
27、有损坏，只是经过一定时间后才发生故障坏，只是经过一定时间后才发生故障第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用1/22/2023 8:50 PMPage 43安全工作区和临界状态安全工作区和临界状态第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用1/22/2023 8:50 PMPage 44第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用2.故障过程模型故障过程模型故障的发生是由于原子、分子微观变化的原因引起的故障的发生是由于原子、分子微观变化的原因引起的（1）应力）应力-强度模型强度模型l适用：当适用：当应力应力超过产品的超过产品
28、的耐受强度耐受强度时，故障即发生。时，故障即发生。l如果故障是由于外界的某种应力超过了该产品对此种应力所能承受的如果故障是由于外界的某种应力超过了该产品对此种应力所能承受的限度（即该产品的强度）而引起的，就可以用应力限度（即该产品的强度）而引起的，就可以用应力-强度模型来描述强度模型来描述l这种模型常用在这种模型常用在飞机结构的故障分析飞机结构的故障分析上上l应力和耐受强度刚好相等的状态即应力和耐受强度刚好相等的状态即临界状态临界状态l若掌握了应力和强度随时间的分布，则从两个分布的交叠部分便可以若掌握了应力和强度随时间的分布，则从两个分布的交叠部分便可以计算出产品的不可靠度计算出产品的不可靠度
29、1/22/2023 8:50 PMPage 45第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用1/22/2023 8:50 PMPage 46第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用l结构载荷与材料强度都是服从某一分布的统计量，结构载荷与材料强度都是服从某一分布的统计量，故结构的故障也具有统计性质故结构的故障也具有统计性质l静载荷、静强度以及结构的几何尺寸均能较好地服静载荷、静强度以及结构的几何尺寸均能较好地服从正态分布从正态分布l利用应力强度模型定量地分析故障，即要计算应力利用应力强度模型定量地分析故障，即要计算应力与强度分布重叠区域的面积大小与
30、强度分布重叠区域的面积大小l安全余量安全余量和和应力偏差度应力偏差度22lsmLSS22lslrL1/22/2023 8:50 PMPage 47第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用1/22/2023 8:50 PMPage 48第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用l高可靠度状态高可靠度状态图图(a)L、S较小，较小，Sm较高而较高而Lr较低较低飞机机身、机翼、动力装置的重要受力构件及冷飞机机身、机翼、动力装置的重要受力构件及冷气瓶等气瓶等设计、制造中控制质量和尺寸，使用中注意使用设计、制造中控制质量和尺寸，使用中注意使用条件和环境条
31、件的影响，妥善维修保养条件和环境条件的影响，妥善维修保养控制控制强度的变化强度的变化应力的变化，或者听其自然，或者人工控制应力的变化，或者听其自然，或者人工控制保证足够的安全余量保证足够的安全余量1/22/2023 8:50 PMPage 49第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用lLr较低，较低，S较大而较大而Sm较低较低图图(b)少部分质量差的产品出现故障少部分质量差的产品出现故障采用质量控制方法，采用质量控制方法，S高应力筛选法高应力筛选法应力，有意使质量差的产品出现故障，使母体的强度分布截去一段，重叠区域，而剩下产品的可靠度高应力老化电子设备，筛选电子元件，
32、验证试验高压冷气瓶等1/22/2023 8:50 PMPage 50第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用lSm较低而较低而Lr较高较高图图(c)一种极不利的情况一种极不利的情况产品质量控制较好，采用高应力筛选法或提高平均强产品质量控制较好，采用高应力筛选法或提高平均强度的方法可能费用昂贵而收效又不大度的方法可能费用昂贵而收效又不大解决办法解决办法 L，限制使用条件和环境影响，限制使用条件和环境影响1/22/2023 8:50 PMPage 51第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用（2）反应论模型）反应论模型产品的故障或性能退化，从微观
33、上看起源于原子、分产品的故障或性能退化，从微观上看起源于原子、分子的变化子的变化适用：产品的故障是由于产品内部某种物理、化学反适用：产品的故障是由于产品内部某种物理、化学反应的持续进行，直到它的某些参数变化超过了一定的临应的持续进行，直到它的某些参数变化超过了一定的临界值，产品丧失规定功能或性能界值，产品丧失规定功能或性能飞机上的导线、电缆的绝缘层和橡胶件飞机上的导线、电缆的绝缘层和橡胶件模型特点：模型特点：能够估计参与反应的应力对反应的影响程度能够估计参与反应的应力对反应的影响程度1/22/2023 8:50 PMPage 52第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应
34、用（2）反应论模型）反应论模型激活能与退化反应激活能与退化反应反应速度与温度之间的关系反应速度与温度之间的关系阿仑尼乌斯方程阿仑尼乌斯方程TBkTEeeKtx1/22/2023 8:50 PMPage 53第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用（2）反应论模型）反应论模型反应速度反应速度u串联式反应串联式反应1/K=(1/Ki)串联式反应的总反应速度主要取决于串联式反应的总反应速度主要取决于反应最慢的过程的速度反应最慢的过程的速度；总反应持续时间主要取决于总反应持续时间主要取决于反应最慢过程的持续时间反应最慢过程的持续时间举例：举例：金属的氧化、生锈；金属的氧化、生
35、锈；疲劳断裂的全寿命疲劳断裂的全寿命u并联式反应并联式反应K=Ki并联式反应的总反应速度主要取决于并联式反应的总反应速度主要取决于反应最快的过程的速度反应最快的过程的速度；总反应持续时间主要取决于总反应持续时间主要取决于反应最快过程的持续时间反应最快过程的持续时间1/22/2023 8:50 PMPage 54第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用（3）材料（或构件）的破坏和产品的故障是由其内在缺陷和材料（或构件）的破坏和产品的故障是由其内在缺陷和薄弱部位所决定的薄弱部位所决定的适用：认为产品或机件的故障（或破坏）是从缺陷最大适用：认为产品或机件的故障（或破坏）是从
36、缺陷最大因而也是最薄弱的部位产生因而也是最薄弱的部位产生在这种情况下，最弱点的退化速度为串联系统的退化速在这种情况下，最弱点的退化速度为串联系统的退化速度度1/22/2023 8:50 PMPage 55第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用（3 3）当材料或产品的各种故障机理互相独立时，其中任意一当材料或产品的各种故障机理互相独立时，其中任意一个或几个的强度低于某一临界值时，利用最弱环模型可个或几个的强度低于某一临界值时，利用最弱环模型可以确定材料或产品的故障率以确定材料或产品的故障率设材料或元件有设材料或元件有n个相互独立的故障机理，而其中任何个相互独立的故障机
37、理，而其中任何一个故障机理都可能导致材料或元件故障，则材料或元一个故障机理都可能导致材料或元件故障，则材料或元件故障率可用各机理故障率之和来表示：件故障率可用各机理故障率之和来表示：材料或元件的结果要素及所加的应力越复杂，制作工序材料或元件的结果要素及所加的应力越复杂，制作工序越多，发生故障的可能性也就越大。同样，经历时间越越多，发生故障的可能性也就越大。同样，经历时间越长，发生故障的数学期望长，发生故障的数学期望 t也越大也越大（R(t)=e-t）nii1机理机件 1/22/2023 8:50 PMPage 56第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用u区别区别当当
38、 L 0时，根据应力时，根据应力-强度模型，无论每个链环还强度模型，无论每个链环还是整个链条，其可靠度均取决于是整个链条，其可靠度均取决于 S；而根据最弱环模；而根据最弱环模型，由型，由n个链环组成的链条，若各链环可靠度均为个链环组成的链条，若各链环可靠度均为R，则链条可靠度则链条可靠度RS=Rnu联系联系当当 L 0，S 0时，根据应力时，根据应力-强度模型，链条可强度模型，链条可靠度取决于应力是否超过了链环的强度，靠度取决于应力是否超过了链环的强度，RS=R；而；而根据最弱环模型，由于根据最弱环模型，由于Ri要么等于要么等于1，要么等于，要么等于0，故，故RS=Rn=R1/22/2023
39、8:50 PMPage 57第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用（4 4）外界环境（应力）对产品的作用有两种类型：外界环境（应力）对产品的作用有两种类型：可逆可逆环境作用撤消后，在产品内部不残留损伤；环境作用撤消后，在产品内部不残留损伤；不可逆不可逆环境作用撤消后，在产品内部残留损伤环境作用撤消后，在产品内部残留损伤适用：如果环境多次重复作用在产品上，每次均对产品适用：如果环境多次重复作用在产品上，每次均对产品产生一定量的损伤，当这些损伤累积起来超过某一临界产生一定量的损伤，当这些损伤累积起来超过某一临界值时，产品就会发生故障值时，产品就会发生故障应用累积损伤模型
40、分析产品故障，估算产品寿命时，通应用累积损伤模型分析产品故障，估算产品寿命时，通常假定基于同一故障机理常假定基于同一故障机理即使应力大小变化而故障即使应力大小变化而故障机理不变机理不变1/22/2023 8:50 PMPage 58第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用3.故障物理应用故障物理应用故障物理（可靠性物理、失效物理）故障物理（可靠性物理、失效物理）目的：目的：研究产品在正常或特殊应力下，故障发生和发展过程以及研究产品在正常或特殊应力下，故障发生和发展过程以及故障的原因，提出减少故障措施，从而改进产品的可靠性故障的原因，提出减少故障措施，从而改进产品的可靠
41、性研究内容：研究内容：分析与定量检测各种故障原因；分析与定量检测各种故障原因；用物理、化学以及材料强度等模型预测产品的工作情况；用物理、化学以及材料强度等模型预测产品的工作情况；寻求改进产品设计以及提高其固有可靠性的方法；寻求改进产品设计以及提高其固有可靠性的方法；提出减少故障的技术措施提出减少故障的技术措施1/22/2023 8:50 PMPage 59第二第二节节 故障过程模型与故障物理应用故障过程模型与故障物理应用3.故障物理分析故障物理分析微观的定量分析微观的定量分析分析步骤：分析步骤：详细记录在研制、试验和使用中所出现的故障、缺陷和不详细记录在研制、试验和使用中所出现的故障、缺陷和不
42、良现象；良现象；对故障过程进行调查、分析，详细观测故障现象；对故障过程进行调查、分析，详细观测故障现象；做出故障外因和故障机理假设，建立故障过程模型；做出故障外因和故障机理假设，建立故障过程模型；通过对故障过程分析，验证假设；通过对故障过程分析，验证假设；提出改进措施提出改进措施请各位老师专家批评指正！请各位老师专家批评指正！The EndThe End2011.08v树立质量法制观念、提高全员质量意识。树立质量法制观念、提高全员质量意识。23.1.2223.1.2223.1.2223.1.22Sunday,January 22,2023Sunday,January 22,2023v人生得意须
43、尽欢，莫使金樽空对月。人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。20:50:4020:50:4020:50:4020:50:4020:5020:501/22/2023 8:50:40 PM1/22/2023 8:50:40 PMv安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦绷。安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦绷。23.1.2223.1.2220:50:4020:50:4020:5020:50Jan-23Jan-2322-Jan-2322-Jan-23v加强交通建设管理，确保工程建设质量。加强交通建设管理，确保工程建设质量。20:50:4020:50:4020:50:4020:50:4020:
44、5020:50Sunday,January 22,2023Sunday,January 22,2023v安全在于心细，事故出在麻痹。安全在于心细，事故出在麻痹。23.1.2223.1.2223.1.2223.1.2220:50:4020:50:4020:50:4020:50:40January 22,2023January 22,2023v踏实肯干，努力奋斗。踏实肯干，努力奋斗。20232023年年1 1月月2222日日下午下午8 8时时5050分分23.1.2223.1.2223.1.2223.1.22v追求至善凭技术开拓市场，凭管理增创效益，凭服务树立形象。追求至善凭技术开拓市场，凭管理增
45、创效益，凭服务树立形象。20232023年年1 1月月2222日星期日日星期日下午下午8 8时时5050分分4040秒秒20:50:4020:50:4023.1.2223.1.22v严格把控质量关，让生产更加有保障。严格把控质量关，让生产更加有保障。20232023年年1 1月月下午下午8 8时时5050分分23.1.2223.1.2220:5020:50January 22,2023January 22,2023v作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。20232023年年1 1月月2222日星期日日星期日2020时时5050分分4040秒秒20:50:4020:50
46、:4022 January 202322 January 2023v好的事情马上就会到来，一切都是最好的安排。好的事情马上就会到来，一切都是最好的安排。下午下午8 8时时5050分分4040秒秒下午下午8 8时时5050分分20:50:4020:50:4023.1.2223.1.22v专注今天，好好努力，剩下的交给时间。专注今天，好好努力，剩下的交给时间。23.1.2223.1.2223.1.2223.1.2220:5020:5020:50:4020:50:4020:50:4020:50:40Jan-23Jan-23v牢记安全之责，善谋安全之策，力务安全之实。牢记安全之责，善谋安全之策，力务安
47、全之实。20232023年年1 1月月2222日星期日日星期日2020时时5050分分4040秒秒Sunday,January 22,2023Sunday,January 22,2023v相信相信得力量。相信相信得力量。23.1.2223.1.2220232023年年1 1月月2222日星期日日星期日2020时时5050分分4040秒秒23.1.2223.1.22谢谢大家！谢谢大家！v树立质量法制观念、提高全员质量意识。树立质量法制观念、提高全员质量意识。23.1.2223.1.2223.1.2223.1.22Sunday,January 22,2023Sunday,January 22,20
48、23v人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。20:50:4020:50:4020:50:4020:50:4020:5020:501/22/2023 8:50:40 PM1/22/2023 8:50:40 PMv安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦绷。安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦绷。23.1.2223.1.2220:50:4020:50:4020:5020:50Jan-23Jan-2322-Jan-2322-Jan-23v加强交通建设管理，确保工程建设质量。加强交通建设管理，确保工程建设质量。20:50:4020:50:4020:50:4020:
49、50:4020:5020:50Sunday,January 22,2023Sunday,January 22,2023v安全在于心细，事故出在麻痹。安全在于心细，事故出在麻痹。23.1.2223.1.2223.1.2223.1.2220:50:4020:50:4020:50:4020:50:40January 22,2023January 22,2023v踏实肯干，努力奋斗。踏实肯干，努力奋斗。20232023年年1 1月月2222日日下午下午8 8时时5050分分23.1.2223.1.2223.1.2223.1.22v追求至善凭技术开拓市场，凭管理增创效益，凭服务树立形象。追求至善凭技术开
50、拓市场，凭管理增创效益，凭服务树立形象。20232023年年1 1月月2222日星期日日星期日下午下午8 8时时5050分分4040秒秒20:50:4020:50:4023.1.2223.1.22v严格把控质量关，让生产更加有保障。严格把控质量关，让生产更加有保障。20232023年年1 1月月下午下午8 8时时5050分分23.1.2223.1.2220:5020:50January 22,2023January 22,2023v作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。20232023年年1 1月月2222日星期日日星期日2020时时5050分分4040秒秒20:50
