第四章 应力——强度分布干涉理论和机械零件的可靠度计算
机械可靠性的灵敏度
第２３卷第２期 Ｖ０１．２３．Ｎｏ．２ 攀枝花学院学报 ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐａｎｚｈｉｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ２０ｏ６年４月 Ａｐｒ．２００６
・自然科学研究・
机械可靠性的灵敏度
莫文辉 黄其柏
（１攀枝花学院，四川攀枝花６１７０００；２华中科技大学。湖北武汉４３００７４）
摘要基于应力——强度干涉模型，研究了机械可靠性的灵敏度。通过对设计参数求偏导数的方法，得到
可靠性的灵敏度计算公式。给出了多种失效模式可靠性的灵敏度计算方法。以轴为实例，计算了可靠性的灵 敏度。机械可靠性设计应该进行灵敏度分析，灵敏度大小做为再设计时，修改设计参数的依据。不进行灵敏
度分析的机械可靠性设计是盲目的。
关键词 机械可靠性；灵敏度
可靠性的灵敏度分析，有助于认识哪些随机变量对机械设计的可靠性的敏感性较大，修改何处的设计参数对可靠性
影响最大，最为有效，可以使参数修改再设计工作事半功倍。 本文基于应力——强度干涉模型，研究了机械可靠性的灵敏度计算方法。以轴为实例，计算可靠性的灵敏度。
１应力——强度干涉模型
若应力 强度均为正态随机变量，概率密度函数分别为
＝去唧【一 】
＝ 唧［＿ ］
式中 及 分别为应力及强度的均值和标准差。
根据应力——强度干涉模型求解可以得到
安全指标： Ｕ＾＝ ￣／ ：＋ ； 可靠度：Ｒ＝ （Ｕ ）
一般函数的数学期望与方差的精确值是可以求解的。但运算相当麻烦，工程实际问题则多用 ｌＤｒ级数展开法求其
近似解。 ２可靠性的灵敏度
机械可靠性的设计参数（随机变量）为 ，。 ，…， 一， 。对应的均值和标准差分别为 ，， ，…， ，…， 及
２，…， ｉ’…＇ ｎ。 安全指标为
＝— ／ －２ ＝ （ 。， ：，…， ，…， ， ，， ，…。 ，…， ） ￣／ 十， ２ 可靠性对设计参数 的均值的灵敏度
竺 ： ：：： ：：： ： ： ： 式中， １，２，…， 。
ａ ， ａ 可靠性对设计参数 的标准差的灵敏度
现代设计方法(第四章 可靠性设计)
简述可靠性设计传统设计方法的区别。
答：传统设计是将设计变量视为确定性单值变量，并通过确定性函数进行运算。
而可靠性设计则将设计变量视为随机变量，并运用随机方法对设计变量进行描述和运算。
1.可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。
可靠度：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。是对产品可靠性的概率度量。
可靠度是对产品可靠性的概率度量。
2）可靠性工程领域主要包括以下三方面的内容：
1.可靠性设计。它包括了设计方案的分析、对比与评价，必要时也包括可靠性试验、生产制造中的质量控制设计及使用维修规程的设计等。
2.可靠性分析。它主要是指失效分析，也包括必要的可靠性试验和故障分析。这方面的工作为可靠性设计提供依据，也为重大事故提供科学的责任分析报告。
3.可靠性数学。这是数理统计方法在开展可靠性工作中发展起来的一个数学分支。
。可靠性设计具有以下特点：
1.传统设计方法是将安全系数作为衡量安全与否的指标，但安全系数的大小并没有同可靠度直接挂钩，这就有很大盲目性。可靠性设计与之不同，它强调在设计阶段就把可靠度直接引进到零件中去，即由设计直接决定固有的可靠度。
2.传统设计是把设计变量视为确定性的单值变量并通过确定性的函数进行运算，而可靠性设计则把设计变量视为随机变量并运用随机方法对设计变量进行描述和运算。
3.在可靠性设计中，由于应力S和强度R都是随机变量，所以判断一个零件是否安全可靠，就以强度R大于应力S的概率大小来表示，这就是可靠度指标。
4.传统设计与可靠性设计都是以零件的安全或失效作为研究内容，因此，两者间又有着密切的联系。可靠性设计是传统设计的延伸与发展。在某种意义上，也可以认为可靠性设计只是在传统设计的方法上把设计变量视为随机变量，并通过随机变量运算法则进行运算而已。
。平均寿命（无故障工作时间）：指一批产品从投入运行到发生失效（或故障）的平均工作时间。
强度为正态分布应力为其它分布的可靠度求解
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强度为正态分布应力为其它分布的可靠度求解
武淑琴 赵吉斌 张祖明 （
北京印刷学院机电工程系，北京
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【
摘要】
运用全概率法，推导出强度为正态分布，应力为其它分布式可靠度全概率求解表达式。以
数值积分法为工具，编成全概率法设计软件，并通过算例验证和程序可行性论证，它为机械零件可靠
度精确理论解法提供了思路和方法。
关键词：应力一强度相互干涉
\ 全概率
\ 正态分布
\ 可靠度
【
!"#$%&’$】
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钢制球罐的静强度可靠性设计
２０１０年６月 第６期（总第１３９期） 广西轻工业 ＧｕＡＮＧＸＩ ＪｏｕＲＮＡＬ ｏＦ ＬＩＧＨＴ ＩＮＤｕｓＴＲＹ 机械与电气 钢制球罐的静强度可靠性设计 谢业东，农琪 （广西工业职业技术学院，广西南宁５３０００１） 【摘 要】 应用可靠性理论进行钢制球罐的静强度可靠性分析，给出了分析步骤和设计实例。 【关键词】 球罐；强度一应力干涉模型；应力均值；应力标准差；可靠性 【中图分类号】ＴＨ４９【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００３—２６７３（２０１０）０６—４９—０２ １ 前言 压力容器的可靠性设计，是将载荷、材料性能、强度、零部 件尺寸等与设计有关的参数、变量、数据都看作是符合某种概 率分布的的统计量，应用概率与数理统计理论及强度理论，求 出给定设计条件下零部件产生破坏的概率公式。应用这些公 式，就可以在给定可靠度下求出零部件的尺寸、寿命等或者有 已知条件求出可靠度。 压力容器的可靠性设计，就是要确定容器的应力与其强度 的分布规律，严格控制发生故障的概率，以满足设计要求。 ２可靠性设计的原理 机械零件的可靠性设计是以应力一强度分布干涉理论为 基础的。由该理论的可靠度、失效概率计算可知，为了计算机械 零件的可靠度，首先应确定应力分布与强度分布。 当应力与强度均呈正态分布时，可靠度的计算便可大大简 化，可以用联结方程求出可靠性系数ｚ ，然后利用标准正态分 布表 求出可靠度。 当应力ｓ和强度８均呈正态分布时，随机变量的概率密 度函数可分别表达为 ｆ（ｓ）－ ｅｘｐ【一争（ 一 针 ・） ｇｃ ８ ＝ ｅｘｐ （ 一８ 式中ｕ ，Ｕ 与ｏｒ。，ｏｒ 分别为应力Ｓ及强度８的均值与 标准差。 令ｙ＝６一Ｓ，则根据正态分布的加法定理【ｌ】可知，随机变量Ｙ 脚（ｙ＞ 』 唧 ｄ ㈩ 令ｚ＝ （７） ｏｒ 则ｄｙ＝ｏｒ ｄｚ，当ｙ＝０时，Ｚ的下限为 ｚ： ：一‘ （８） ， 、／ ＋盯 当）Ｈ．＋ｏ。时，Ｚ的上限也是＋。。，即ｚ一＋＊，将上述关系 代人式（１ １），得 Ｒ＝ ｘ／２厂 ｅ一手ｄｚＵ 叮ｒ ８一 Ｚ 、／盯 ＋ｏｒ ＝ 』 ｕｖｅ一 Ｚ－ｄｚ （９） 盯ｙ 式（８）将应力分布参数、强度分布参数和可靠度三者联系 起来，称为“联结方程”。是可靠性设计的基本公式。Ｚ ＝一Ｚ — 三 ＝称为可靠性系数。 Ｖ ｏｒ ８＋ｏｒ 由标准正态分布的对称性，还可将式（９）写为 ， ｒ、／盯 ＋盯： ： Ｌ ｅ一－争ｄｚ 、／２盯 一＊ ：去 ｅ一 ｄｚ … 已知可靠性系数Ｚ 值时，可从标准正态分布表查得可靠 也是正态分布的，且其均值ｕ，，ｏｒ，与标准差分别为 度Ｒ值，也可给定Ｒ值求可靠性系数ｚ 。 ｕ ＝ｕ ８一Ｕ （３） ｏｒ ： （４） ３ ＝Ｖ盯 ＋盯： （ ） 而随机变量Ｙ的概率密度ｉＮ数则为 ｈ（ｙ）＝ ｅｘｐ［一争（ ） 】－ ＋＊（５） 当８＞ｓ或ｙ＝８－Ｓ＞０时产品可靠，故可靠度Ｒ可表达为 钢制球罐的静强度可靠性设计 根据钢制压力容器设计理论，内压球罐的应力计算公式为 ｑ一业一世 ４ ８。２ ８ 式中卜球罐材料的压力，ＭＰａ ｐ一设计压力，ＭＰａ 【作者简介】谢业东（１９６６－－），男，广西邕宁人，工程硕士，副教授，教学团队带头人，研究方向：化工机械设计与制造。 【基金项目】本文为２００９年广西教育厅科研项目《大型钢制储罐阴极保护技术的研究》（２００９１１Ｍｓ３３６）阶段性成果
核电站130t乏燃料容器吊车起升机构可靠性分析
应用技
定的功能，称为失效。应力和强度是随机变量．服
从某种统计分布。应力一强度干涉模型，见图１。 ｆ（ｘ） ｇ（ｙ）
图１压力一强度干涉模型
图中相交的区域。即是产品或零件可能出现失
效的区域，称为干涉区。干涉区的面积愈小，零件 的可靠度就愈高；反之，可靠度愈低。要确定可靠
度（用尺表示）或失效概率（用Ｐ，表示），必须研
究一个随机变量超过另一个随机变量的概率。这个
失效概率可根据概率乘法定理或两个随机变量差的
联合概率密度来计算。当应力和强度均为正态分布
时，可推导出失效概率尸，的计算公式为
Ｐ，＝尸（ｚ＜０）＝Ｉ ｈ（ｚ） ＝
』 一２ｖＴ４－￣唧ｌ－＿㈩ Ｊ一＊——既ｐ【一
式中，ｚ＝ —Ｙ，仍为正态分布变量； ＝ 一 ，其
中 ， 分别是 ，Ｙ的均值； ＝、／ ＋ ：，Ｏ＂ｘ，
分别是 ，Ｙ的标准差。
为了便于查用正态分布表，将式（１）变换成
标准正态分布为
＝｛ｆ ｅ－ｕ／２ ＝ （ ）．（２） ｉ 。一 一
式（２）中的积分上限为
Ｕ。：一 ：一 ． （３）＝一 ＝一— ＿— ． 【ｊ） ＋ 式（３）反映了应力随机变量Ｙ和强度随机变
量 和概率之间的关系，称为联结方程； 称为失效
概率系数。 ，
由于式（２）为标准正态分布，因此根据式
（３）计算的 值，查正态分布表，即可求得失效概
率 相应的可靠度为 ・
心 去』 ｅ （４）
由于正态分布是对称分布，因此，式（４）可
变换为 ： ｆ 一 ： （ ，）． （５） 、ｖ／２叮Ｔ
ＵＲ — 号． （６） 、／ ＋ｃｒ＝
强度及应力分布的确定是一项复杂的工作，大 量的试验研究表明，它们通常服从正态分布或近似
正态分布，所以只给出强度及应力均服从正态分布
时失效概率计算公式。 ３ １ ３０ ｔ乏燃料吊车起升机构失效概率计算
１３０ ｔ乏燃料吊车起升机构的可能因失效而导
致乏燃料容器罐掉落的机械部件主要有吊叉、吊具 轴、钢丝绳、卷筒轴、滑轮轴、减速器轴等。此次
机械可靠性设计与安全系数设计方法的对比分析
机械可靠性设计与安全系数设计方法的对比分析
姓名：梁伟文
单位：太原理工大学机械工程学院 山西太原030024
摘要：分析了机械强度计算方法中采用的安全系数法存在的问题，用应力—强度干涉理论 ,详细分析了可靠性与机械安全系数的关系 ,给出了相应的计算公式 . 通过示例 ,表明基于可靠性的机械安全系数设计方法是符合实际的 .对机械可靠性设计的方法与传统的安全系数设计的方法进行对比性分析，对现代机械结构设计规范的发展趋势是逐步提出对可靠性的要求,以取代传统的安全系数的验证，对比两者的优缺点。指出了常规设计中安全系数确定方法之不足;对可靠性设计中安全系数各参数的确定进行了具体分析和数字推理,阐明了可靠性设计的优越性,从而使材料的机械性能更能得到充分利用。
关键词：可靠性设计 安全系数应力
1、引言
把影响零件工作状态的设计变量都处理成确定的单值变量。为了保证设计零件的安全可靠,在设计中引入一个大于1的安全系数试图来保障机械零件不发生故障,这种传统设计方法也称为安全系数法。安全系数法直观、易懂、使用方便,所以至今仍被广泛采用。但它有较大的盲目性,因为它不能反映设计变量的随机性[1]。有时候取的安全系数虽然大于1,但是由于强度和应力的数值是离散的,有出现应力大于强度的可能性,因此并不能保证在任何情况下都安全[2,3]。为了追求安全,设计中有时盲目取用优质材料或加大零件尺寸,从而造成不必要的浪费。而机械零件可靠性设计中把影响零件工作状态的设计变量都处理成随机变量,它们都有一定的分布规律,应用概率论与数理统计理论及强度理论,求出在给定设计条件下零件产生失效的概率公式,并应用这些公式,求出在给定可靠度要求下零件的尺寸参数,能得到恰如其分的设计,但是该方法计算比较复杂[4]。可以设想将传统设计的安全系数引入到可靠性设计中去,得出可靠性意义下的平均安全系数,提出一种基于平均安全系数的可靠性设计方法。
2、统安全系数分析
应力—强度干涉模型在产品可靠性分析中的应用
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应力—强度干涉模型在产品可靠性分析中的应用
作者：高洋 牛耕
来源：《科学与财富》2017年第24期
摘 要： 根据机械零部件设计的目标是危险断面上的最小强度不低于最大应力的特点，建立应力—强度干涉模型对机械产品的可靠性进行预计。以某产品卡紧机构为例，在其应力和强度均服从正态分布的情况下对可靠性进行了预计，为可靠性预计在工程上的应用提供了手段。
关键词： 可靠性预计；应力—强度干涉理论；正态分布
产品可靠性预计是根据组成产品的元件、部件及分组件的可靠性推测产品的可靠性，进行可靠性预计时应考虑到产品各组成部分的使用条件及环境、功能要求、设计水平、工艺条件等因素。通过可靠性预计结果与该产品要求的可靠性指标进行比较，审查是否达到产品设计任务中提出的可靠性指标和分配给各设备的可靠性指标，另外通过可靠性预计可以发现设计中的薄弱环节，并采取相应的措施加以改进，以提高产品的可靠性水平，同时可以为可靠性试验方案的选取提供依据。因此在产品方案研究和工程研制阶段，应及时地预计、分析系统或设备的可靠性，以利于比较不同设计方案的特点及可靠度，选择最佳设计方案，并实施“预计—改进设计”的循环，使产品达到规定的可靠性要求。
目前可靠性预计常见的方法有全概率法、相似产品预计法、数学模型法、故障率预计法等。这些方法往往精度不高，带有局限性。应力—强度干涉方法不仅综合考虑了应力和强度的均值及它们的变异性对可靠度的影响，而且还考虑了基本变量的概率分布类型，从而可以较全面地反映各种不确定因素的影响，提供较多的设计信息，实现将可靠度直接引入到零件的设计中，定量回答零件在运动中的安全与可靠的程度。
1 应力—强度干涉模型
机械零部件设计的基本目标是，在一定的可靠度下保证其危险断面上的最小强度（抗力）不低于最大的应力，否则，零件将由于未满足可靠度要求而导致失效。这里的应力和强度都不是一个确定的值，而是由若干随机变量组成的多元随机函数，它们具有一定的分布规律，随着时间的推移，由于环境、使用条件等因素的影响，材料强度退化，导致在某个时间应力与强度分布发生干涉（图中阴影部分），这时零部件可能发生失效。通常把这种干涉称为应力—强度干涉模型，如图1所示。
可靠性
可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。
讨论产品的可靠性问题时，必须明确对象、使用条件、使用期限、规定的功能等因素，而用概率来度量产品的可靠性时就是产品的可靠度。可靠性定量表示的另一特点是其随机性。因此，广泛采用概率论和数理统计方法来对产品的可靠性进行定量计算。
可靠性研究贯穿于产品的预研、分析、设计、制造、装配、试验、使用和管理等整个过程和一切方面，在其发展过程中形成了三个主要领域或三个方面：
1)可靠性数学
可靠性研究的最重要的基础理论之一，它主要是研究与解决各种可靠性问题的数学方法与数学模型，研究可靠性的定量规律。它属于应用数学范畴，涉及到概率论、数理统计、随机过程、运筹学及拓扑学等数学分支。它应用于可靠性的数据收集、数据分析、系统设计及寿命试验等方面。
2)可靠性物理
可靠性物理又称失效物理，是研究失效的物理原因与数学物理模型及检测方法与纠正措施的一门可靠性理论。它使可靠性工程从数理统计方法发展到以理化分析为基础的失效分析方法。它是从本质上、从机理方面探究产品的不可靠因素，从而为研制、生产高可靠性产品提供科学的依据。
3)可靠性工程
可靠性工程是对产品的失效及其发生的概率进行统计、分析，对产品进行可靠性设计、可靠性预测、可靠性试验、可靠性评估、可靠性管理、可靠性检验、可靠性控制、可靠性生产、可靠性维修及失效分析的一门包含了许多工程技术的边缘性工程学科。
结构可靠性
就结构可靠性分析而言，它包括了主要失效模式的确定、主要影响因素及其统计特性的描述、数学模型的建立及可靠度的计算方法等，是结构可靠性研究的最基本的问题。
结构可靠性设计程序框图：
载荷统计量环境统计量材料统计量结构型式和构件尺寸的确定强度分析应力分析应力统计 量强度统计 量各构件的可靠度分析结构可靠度的计算输入数据设计分析可靠度计算输出 结构可靠性：
结构在规定的时间（设计使用年限）内，在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用），完成预定功能的能力，包括结构的安全性、适用性和耐久性。
第09章 机械设计方法简介
回章首退出第九章机械设计方法简介§9-1常规设计方法§9-2现代设计方法§9-3创新设计方法§9-4反求设计方法回章首退出§9-1常规设计方法机械设计方法对机械产品的性能有决定作用机械设计方法分为：常规设计方法（传统设计方法），现代设计方法，创新设计方法。他们之间有区别，也有共同性。传统的常规机械设计方法，是以实践经验为基础，依据力学和数学建立的理论公式和经验公式，运用图表和手册等技术资料，进行设计计算、绘图和编写设计说明。一个完整的常规机械设计主要由下面的各个阶段所组成回章首退出完整的常规机械设计由下面几个阶段所组成：1. 市场需求分析2.明确机械产品的功能目标3.方案设计4. 技术设计阶段1) 机构设计2) 机构系统设计(协调设计) 3) 结构设计4) 总装设计5) 制造样机在常规机械设计过程中，也包含了设计人员的大量创造性成果，例如在方案设计阶段和结构设计阶段中都含有创新的过程。回章首退出§9-2 现代设计方法1.计算机辅助设计2.可靠性设计3.优化设计4.动态设计5.并行设计6.虚拟设计7.绿色设计回章首退出•（1)概述•计算机辅助设计：(ComputerAidedDesign－CAD)：•是指在设计活动中，利用计算机及工程设计软件作为工具，帮助工程技术人员进行设计的一切有关技术的总称。•（2）计算机辅助设计系统的构成•硬件系统：计算机主机、输入设备、输出设备、图形显示器、外存储器及其它通信接口。•软件系统：系统软件平台、支撑软件和应用软件三个层次所构成。1 .计算机辅助设计回章首退出2 .可靠性设计（1）可靠性设计的概念可靠性设计是指把概率论、数理统计理论和可靠度指标引入到机械设计过程的新的设计方法。（2）与传统设计的区别传统设计是以许用应力或安全系数来判断机械零件是否满足工作要求或是否失效。可靠性设计的指标是产品的可靠性与可靠度。（3）可靠性设计的理论以应力—强度干涉理论为基础（4）机械强度可靠性设计过程（5）机械强度可靠性设计（6）机械系统可靠性设计a回章首退出`强度分布强度变化不安全应力分布常规设计最初的安全度实际安全裕量t0t1tSSab应力－强度分布曲线的相互关系回章首退出载荷统计和概率分布应力计算几何尺寸分布和其它随机因素分布干涉模型应力统计和概率分布机械强度可靠性设计材料机械性能统计和概率分布强度计算强度统计和概率分布机械强度可靠性设计过程框图回章首退出(5) 机械强度可靠性设计1）首先应明确机械产品的工作时间，不同的工作时间具有不同的可靠度。2)其次要明确主要有哪些零部件决定了产品的可靠度，而另外的一些零部件即使出现故障，也不会造成很严重影响产品功能的后果。因此要根据零件的重要性与否来确定其可靠度值的大小。3)产品的可靠性指标往往还要根据市场来确定，有时也需要根据用户的要求来确定可靠度指标。4) 可靠度指标还要受到经济和技术水平的制约。回章首退出系统可靠性设计主要有两类大问题：第一，按照已知零部件或各单元的可靠性数据计算系统的可靠性指标，称为可靠性预测，应进行系统的几种结构模型的计算、比较，以得到尽量满意的系统设计方案和可靠性指标；第二，按照已给定的系统可靠性指标、对组成系统的单元进行可靠性分配，并在多种设计方案中比较、选优。(6) 机械系统可靠性设计回章首退出3 . 优化设计•机械优化设计是某项机械设计在规定的各种限制条件下，优选设计参数，使某项或几项设计指标获得最优值的设计过程。优化设计流程常规设计流程•优化设计的数学模型：回章首退出优化设计的数学模型：一组设计参数称为设计变量，用列向量X或行向量的转置来表示。T321...,,,nxxxxX约束函数或约束条件，可以表示为：nqqixhpixgii,,2,1,0,,2,1,0目标函数为：nxxxFxF,,min21工程优化设计可以描述为：确定一组设计变量，在满足全部约束条件的前提下，使目标函数值最小。回章首退出4 . 动态设计（1）动态设计的基本内容：1)振动设计在已知输入情况下，设计系统的振动特性，使得它的动态响应满足一定要求，这是结构动力学的正问题。2)系统辨识通过已知的输入和输出来确定系统的动态特性，这是结构动力学的第一类逆问题。3)环境预测（载荷识别）已知系统的动态特性和输出的情况下来反识别输入，这是结构动力学的第二类逆问题。（2）动态设计的一般步骤1）系统的动态模型2）动态载荷识别3)系统动态特性的分析和确定4)动态响应5)载荷谱6)系统仿真及其结构修改与优化在确定了系统模型和动态特性以后，就可以在计算机上对所设计和分析的结构进行仿真输出。回章首退出5 . 并行设计（1)并行设计的基本概念美国国防分析研究院并行工程的定义：对产品设计及其相关过程(包括设计过程、制造过程、和支持过程)进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式，这种模式力图使开发者一开始就考虑到产品生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度与用户要求（2)并行设计的基本过程和特点首先看一下传统串行设计的一般过程1）串行设计过程在串行设计过程中，设计部门一直是独立于生产过程。串联方法的设计生命周期总时间可表示为：返工系数售后服务产品制造产品定义需求分析＋＋＋RTTTTSE2）并行设计过程并行设计将产品开发周期分解成许多阶段，每个阶段有自己的独立时间段，组成全过程；不同的设计时段之间有一部分重叠，代表了不同设计阶段之间可以同时进行。回章首退出6 . 虚拟设计(1) 虚拟设计的概念:虚拟设计的描述性定义：以“虚拟现实”技术为基础，以机械产品为对象的设计手段，借助于这样的设计手段，设计人员可以通过多种传感器与多维的信息环境进行自然的交互，从而帮助深化概念和萌发新意。从图形学的角度来看，产品的形状设计一般包括形体的构成和形体的组合两个过程。在虚拟环境中，设计人员可以置身于虚拟现实环境中，利用语言命令、手和手指的动作来创建三维形体可以用手抓物体使其在设计空间中移动，将其从部件上拆下来，或将新零件添加到部件之上。（2）虚拟设计回章首退出7 . 绿色设计绿色设计(GD：GreenDesign)，通常也称为生态设计、环境设计、生命周期设计或环境意识设计等。（1) 绿色设计的基本概念及其特点绿色设计过程一般需要经历以下几个阶段：需求分析、提出明确的设计要求、概念设计、初步设计、详细设计和设计实施。从表面上看与一般的产品设计没有多大区别，但在每一设计阶段以及设计评价的设计策略中都包含了对环境的要求。（2）绿色设计过程环境方面的总体设计主要包括以下几个方面：自然资源的使用最少化；能源校核的最少化、废弃物的产生减量化、对生态系统平衡的危害最小化、人类健康和安全性的危害最小化。设计者可以根据具体的设计项目定性或定量地表达这些要求。回章首退出绿色设计的过程模型回章首退出§9-3 机械创新设计方法创新设计是指设计人员在设计中采用新的技术手段和技术原理、发挥创造性，提出新方案，探索新的设计思路，提供具有社会价值的、新颖的而且成果独特的设计，其特点是运用创造性思维，强调产品的创新性和新颖性。常规性设计是以成熟技术为基础，运用公式、图表、经验等常规方法进行的产品设计。现代设计方法强调以计算机为工具，以工程软件为基础，运用现代设计理念，其特点是产品开发的高效性和高可靠性。1 . 机械创新设计的实质2 . 创新设计过程中的创新思维方法3 . 创新方法简介4 . 机械创新设计实例分析回章首退出1 . 机械创新设计的实质机械创新设计(Mechanical Creative Design，MCD)是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术成果，进行创新构思、设计出具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品(装置)的一种实践活动。它包含两个部分：从无到有和从有到新的设计。机械创新设计是相对常规设计而言的，它特别强调人在设计过程中，特别是在总体方案、结构设计中的主导性及创造性作用。回章首退出2 . 创新设计过程中的创新思维方法1) 直觉思维直觉思维的基本特征是其产生的突然性，过程的突发性和成果的突破性。在直觉思维的过程中，不仅是意识起作用，而且潜意识也在发挥着重要的作用。2) 逻辑思维逻辑思维是一种严格遵循人们在总结事物活动经验和规律的基础上概括出来的逻辑规律，进行系统的思考，由此及彼的联动推理。逻辑思维有纵向推理、横向推理和逆向推理等几种方式。纵向推理是针对某一现象进行纵深思考，探求其原因和本质而得到新的启示。横向推理是根据某一现象联想其特点与其相似或相关的事物，进行“特征转移”而进入新的领域。逆向推理是根据某一现象、问题或解法，分析其相反的方面、寻找新的途径。创造性思维是直觉思维和逻辑思维的综合，这两种包括渐变和突变的复杂思维过程互相融合、补充和促进，使设计人员的创造性思维得到更加全面的开发。回章首退出3 . 创新方法简介（1）群智集中法（2）仿生创新法（3）反求设计创新法（4）类比求优创新设计法（5）功能设计创新法（6）移置技术创新设计法（7）计算机辅助创新法回章首退出4. 机械创新设计实例分析土豆固定，刀旋转；刀固定，土豆旋转；实现去皮在切片的目的。采用常规设计方法：采用现代设计方法：运动的计算机仿真，设计结果的优化，进行绿色设计等，减少消耗、提高产量，但产品本质不便。清洗后，粉碎，过滤去皮，沉淀后通过型板压制成片。采用创新设计方法：回章首退出§9-4 反求设计创新法1 . 反求工程把别的国家的科技成果加以引进，消化吸收，改进提高，再进行创新设计，进而发展自己的新技术，是发展民族经济的捷径，这一过程称为反求工程。2 . 反求设计反求设计是对已有的产品或技术进行分析研究，掌握其功能原理、零部件的设计参数、材料、结构、尺寸、关键技术等指标，再根据现代设计理论与方法，对原产品进行仿造设计、改进设计或创新设计。3 . 反求设计过程4 . 新产品的引进原则6 . 反求设计与知识产权5 . 反求设计内容回章首退出3) 探索原产品的原理方案设计4) 对产品的工作性能进行分析5) 研究产品的结构设计6) 对产品的零、部件进行测绘7) 对产品的零件公差与配合公差进行分析8) 对产品中零件的材料进行分析9) 对产品的造型进行分析10) 对产品的维护与管理进行分析32）索引入产品的设计思想1）引入新产品3. 反求设计过程回章首退出4 . 新产品的引进原则(1)引进技术的应用过程(2) 引进技术的消化过程(3) 引进技术的创新过程回章首退出5 . 反求设计内容（1）已知机械设备的反求与创新设计1）整机的反求2）部件反求3) 零件反求（2）已知技术资料的反求与创新设计在技术引进过程中，常把引进的机械设备等实物叫作硬件引进，而把与产品生产有关的技术图样、产品样本、专利文献、影视图片、设计说明书、操作说明、维修手册等技术资料的引进称为软件引进。1）图片资料的反求设计2）专利文献的反求设计3) 已知设备图样的反求设计本章结束11
基于应力-强度干涉理论的可靠度点估计研究
・１８・ 装备环境工程 ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ 第７卷第１期 ２０１０年ｏ２月
基于应力一强度干涉理论的可靠度点估计研究
张先超 ，李传日’，李君
（１．北京航空航天大学工程系统工程系，北京１００１９１；
２．河南省机械设计研究院，郑州４５０００２）
摘要：研究了基于应力一强度干涉理论（ＳＳＩ）的可靠度点估计的一般模型，进而给出了应力和强度均服
从单参数指数分布和双参数指数分布时可靠度估计值计算公式，给出其与样本值之间的定量关系。对于应
力和强度服从其他分布的情况，采用分布类型变换将其变换为指数分布，然后利用指数分布类型的研究结
果给出可靠度估计值计算式，简化了计算。
关键词：应力一强度干涉理论（ＳＳＩ）；可靠度点估计；单参数指数分布；双参数指数分布；分布类型变换
中图分类号：ＴＢ１１４．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—９２４２（２０１０）０１—００１８—０４
Ｐｏｉｎｔ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｔｒｅｓｓ—ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ
ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｎ—ｃｈａｏ 。ＬＩ Ｃｈｕａｎ—ｒｉ ．ＬＩ Ｊｕｎ。 （１．Ｂｅｉｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９１，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｈｅｎａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｅｓｉｇｎ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｍｏｄａｌ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＳ１ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｗａｙ ｔｏ ｇｅｔ ｔｈｅ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｆｒｏｍ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｈｅｎ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｂｏｔｈ ｏｂｅｙｅｄ ｔｏ ｏｎｅ－ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｒ ｔｗｏ—－ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ｆｆ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｂｅｙ ｏｔｈｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｃｈａｎｇｅｄ ｔｏ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｌｉｇｈｔ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅｎ ｗｅ ｃａｎ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ａｂｏｖｅ， ｔｈｅｒｅｂｙ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｇｒｅａｔｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＳＳＩ；ｐｏｉｎｔ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｏｆ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ｏｎｅ－ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｔｗｏ—ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ