一种考虑冲击损伤自治愈效应的竞争失效系统可靠性评估方法、系统、设备及介质

本发明涉及竞争失效系统可靠性评估，特别是涉及一种考虑冲击损伤自治愈效应的竞争失效系统可靠性评估方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、复杂系统的失效模式可分为退化失效和冲击失效两类。一方面，系统的性能随着工作时间的延长不断发生退化，若退化量超过退化失效阈值，系统则发生退化失效；另一方面，系统的冲击失效也有可能随时发生，冲击失效会导致系统的功能完全丧失。冲击失效可能因为外界的冲击(电冲击、温度冲击等)超过系统冲击失效阈值导致，也可能因为系统的性能(强度、刚度等)不足而导致的。

2、若退化失效和冲击失效同时存在于系统运行过程中，则系统的最终失效是这两类失效模式相互竞争造成的。因此，竞争失效理论更适用于描述具有多种失效模式下系统的可靠性分析。同时，产品的退化失效和突发失效往往不是独立的，而是存在某种相关关系。比如，脉冲氙灯失效一般包括由电极材料熔化蒸发导致的退化失效和炸灯等导致的突发失效，而炸灯的概率随产品的退化程度而减小。

3、在以往的研究中，均假定冲击对系统造成的损伤是不可恢复的，即对系统冲击损伤的消除均需要投入外部维修资源。2001年，美国科学家white等在被动模式埋植式自修复体系概念的基础上，首先提出微胶囊埋植式高分子自修复模型。微胶囊自修复材料的修复过程为，当基体中的裂纹扩展使微胶囊破裂时，微胶囊中的修复剂在毛细作用下流到裂纹处，在催化剂的作用下发生聚合反应修复裂纹。此后近二十年，关于自修复材料的研究得到了快速发展，在工程、防御项目、海洋石油勘探、电子和生物医学等领域均引起了广泛的关注。

4、自治愈材料具有自我愈合和自动修复功能，一般不需要外界维修资源的干预和介入。例如，太空船船体表面的细小裂缝往往出现在材料的下方，这些地方比较隐蔽，人眼根本无法看到。这些裂缝形成后会不断扩大，势必削弱材料的承受能力，直到最后断裂。为了防止这些细缝扩大，科学家们研制出一种新型材料，它可以识别损害的出现，并在裂缝出现时立即进行自我修复，从而延长太空船的使用寿命。另外，添加特殊愈合材料的混凝土，接触到水时可以自动生成石灰石，帮助墙体裂缝自动愈合，无需人工修复就可使建筑的使用寿命得以延长。应用在防护领域的智能材料，则能及时发现涂层厚度或空间内粒子浓度不达标等信息，进而根据变化产生新的反应进行修复，免除人工维护。因此，针对该新型材料的竞争失效系统亟需一种可靠性评估方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种考虑冲击损伤自治愈效应的竞争失效系统可靠性评估方法、系统、设备及介质，能够通过构建更为广义化的部件级相关竞争失效过程可靠性评价模型，提高可靠性评估的精度。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种考虑冲击损伤自治愈效应的竞争失效系统可靠性评估方法，包括：

4、依据退化建模理论，计算系统不发生退化失效的概率；

5、在累积冲击损伤模型的基础上，利用系统不发生退化失效的概率分别推导系统考虑损伤自治愈效应和不考虑损伤自治愈效应两种情况下不发生冲击失效的概率；

6、基于“退化-阈值-冲击”理论，利用所述系统不发生退化失效的概率和所述不发生冲击失效的概率推导系统的可靠度函数；所述可靠度函数用于进行考虑冲击损伤自治愈效应的竞争失效系统可靠性评估。

7、可选地，所述系统不发生退化失效的概率的计算过程为：

8、引入gamma过程描述系统退化过程：

9、系统以最好状态从初始时刻t＝0开始运行，内部退化量x(t)服从形状参数和尺度参数分别为αt和β的gamma分布，得到x(t)～gamma(αt，β)，概率密度函数为：

10、

11、其中1(x≥0)为指示函数，γ为gamma函数，且

12、内部退化量的分布函数为：

13、

14、其中，γ(a，z)为不完全gamma函数，且x(t)的均值和方差分别为e[x(t)]＝αt/β和var[x(t)]＝αt/β2；

15、进一步推导系统不发生退化失效的概率：

16、对相关竞争失效系统来说，第j(j＝1,2，…，|φi|)个受影响冲击类型以强度为λij(t)的非齐次poisson过程{nii(t)，t≥0}到达，作用于系统上的第j个有效冲击类型的损伤量为yij1，yij2，…，yij1，yij2，…相互独立且服从同一分布，分布函数为：

17、

18、系统总的性能退化量si(t)表示为：

19、

20、总性能退化量si(t)的分布为：

21、

22、

23、其中，表示的n阶stieltjes卷积，因此，系统在时间t内不发生退化失效的概率为：

24、

25、令xi表示xi(t)在时刻t离散化的实现，记zi＝xi-xi-1；假设z1，z2，…为形状参数和尺度参数分别为α和β的独立同gamma分布的随机变量，n为xi(t)的离散化实现xi首次达到x的时间，则在时间n内发生不少于n次冲击的概率为：

26、p{n≥n}＝p{xi≤x}

27、由于xi＝z1+z2+…+zi，根据中心极限定理，有：

28、

29、n的连续化实现由birnbaum-saunders分布进行表示，且当αi＞＞1时，gamma分布xi由inverse gaussian分布合理近似，假设yijk服从均值为方差为的正态分布，则系统不发生退化失效的概率为：

30、

31、可选地，所述系统在不考虑损伤自治愈效应情况下，不发生冲击失效的概率为：

32、当不考虑损伤自治愈效应时，导致冲击失效的冲击损伤量wij1，wij2，…不随时间t和冲击次数nij(t)变化，累积冲击损伤量wi(t)的分布为：

33、

34、假设wijk服从均值为方差为的正态分布，则导致冲击失效的累积冲击损伤量则系统不发生冲击失效的概率为：

35、ri，hf(t)＝p{wi(t)<di}

36、

37、其中，di为冲击失效阈值；mj为外界冲击次数；λij为每次冲击的强度函数。

38、可选地，所述系统在考虑损伤自治愈效应情况下，不发生冲击失效的概率为：

39、当考虑损伤自治愈效应时，导致冲击失效的冲击损伤量wij1，wij2，…在t时刻减少为wijkexp[-γ(nij(t)-k)]，累积冲击损伤量wi(t)的分布为：

40、

41、假设wijk服从均值为方差为的正态分布，则导致冲击失效的累积冲击损伤量wi(t)也服从正态分布，且均值为：

42、

43、

44、方差为：

45、

46、则系统不发生冲击失效的概率为：

47、

48、其中，γ(γ>0)为引入的损伤自治愈系数；di为冲击失效阈值；mj为外界冲击次数；λij为每次冲击的强度函数。

49、可选地，所述可靠度函数的推导过程为：

50、在得到系统分别不发生退化失效和冲击失效的概率后，依据受影响的冲击类型，得到系统可靠度函数的一般形式为：

51、

52、

53、假设第m(m＝1，2，…，m)个冲击类型以强度为λm(t)的非齐次poisson过程到达且与其他冲击类型独立，直到时刻t的到达数为nm，则系统可靠度函数的一般性形式为：

54、

55、其中，wi(t)为导致冲击失效的累积冲击损伤量。

56、本发明还提供了一种考虑冲击损伤自治愈效应的竞争失效系统可靠性评估系统，包括：

57、计算单元，用于依据退化建模理论，计算系统不发生退化失效的概率；

58、推导单元，用于在累积冲击损伤模型的基础上，利用系统不发生退化失效的概率分别推导系统考虑损伤自治愈效应和不考虑损伤自治愈效应两种情况下不发生冲击失效的概率；

59、可靠度函数构建单元，用于基于“退化-阈值-冲击”理论，利用所述系统不发生退化失效的概率和所述不发生冲击失效的概率推导系统的可靠度函数；所述可靠度函数用于进行考虑冲击损伤自治愈效应的竞争失效系统可靠性评估。

60、本发明还提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据上述的考虑冲击损伤自治愈效应的竞争失效系统可靠性评估方法。

61、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的考虑冲击损伤自治愈效应的竞争失效系统可靠性评估方法。

62、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

63、本发明公开了一种考虑冲击损伤自治愈效应的竞争失效系统可靠性评估方法、系统、设备及介质，所述方法包括依据退化建模理论，计算系统不发生退化失效的概率；在累积冲击损伤模型的基础上，利用系统不发生退化失效的概率分别推导系统考虑损伤自治愈效应和不考虑损伤自治愈效应两种情况下不发生冲击失效的概率；基于“退化-阈值-冲击”理论，利用所述系统不发生退化失效的概率和所述不发生冲击失效的概率推导系统的可靠度函数；所述可靠度函数用于进行考虑冲击损伤自治愈效应的竞争失效系统可靠性评估。本发明能够通过构建更为广义化的部件级相关竞争失效过程可靠性评价模型，提高可靠性评估的精度。