高量程MEMS加速度计的热应力仿真与可靠性评估

硅压敏电阻阻值漂移过大导致输出失效是高量程MEMS加速度计在恶劣温度环境下工作的主要失效模式之一。通过模拟仿真加速度计悬臂梁、芯片结构和封装后整体模型的热应力分布情况,确定了压敏电阻所在结构梁区域是最容易失效的位置,且最大热应力分布在芯片梁与质量块倒角处,其值约为107 N/m2;通过设计的高温加速恒定应力试验验证了加速度计的温度敏感特性,根据试验数据的特征采用三种可靠度评估方法定量外推出高量程MEMS加速度计在规定应力条件下的可靠度指标。研究结果表明,加速性能退化试验和基于退化量的可靠性评估方法适用于高量程MEMS加速度计在温度环境中的可靠性研究,能够利用有限的试验数据获得可信度较高的评估结果。     

退化产品可靠性评估方法的研究

一般退化数据的分析是基于建立退化轨道模型进行的,这方法对于退化轨道未知的产品可靠性评估往往效果较差。本文提出的方法不假定退化轨道模型,利用试验得到的产品退化信息获得产品在各检测时刻的可靠度,通过分布拟合获得参数的估计值进行可靠性评估。并给出实例说明了本方法的可行性和有效性。     

加速度计加速退化数据统计分析方法

加速退化试验广泛应用于加速度计的可靠性评估或寿命预测,然而加速退化数据统计分析方法的研究不足制约了可靠性评估或寿命预测的准确性。提出了一种基于Wiener退化模型的加速退化数据统计分析方法,利用加速因子不变原则推导退化模型各参数的变化规律,在此基础上建立加速退化模型,从而克服依赖假定进行加速退化建模容易造成较大误差的不足。针对传统的极大似然估计方法适用性不强的问题,提出了利用fminsearch函数结合最小二乘法求解极大似然估计值的方法。针对寿命预测时无法得到可靠寿命解析式的问题,提出了利用fzero函数求取可靠寿命的方法。仿真试验证明了加速因子不变原则推导结论的正确性,案例应用验证了所提方法的有效性。研究工作在加速退化建模、参数估计、寿命预测三个方面提出了有效的方法,具有一定的工程应用价值。     

基于虚拟样本的火工品可靠性评估

为了提高小样本下火工品可靠性评估的精度,研究了升降法实验及其数据分析方法。结合火工品升降法实验数据的特点,给出了一种数据填充方法,把二元成败型数据转化为虚拟完全样本数据。模拟结果表明,与基于二元成败型数据的估计相比,基于虚拟完全样本数据的位置参数估计基本一致,而刻度参数估计具有更优的统计性质。利用该虚拟样本数据,结合信仰推断方法,给出了火工品可靠性评估方法。最后将该方法应用于某产品的可靠性评估,并与大样本评估方法进行了比较,表明该方法可以在较小样本下实现对高可靠性火工品的可靠性评估。     

一种基于位相型近似的退化可靠性分析方法

提出了一种用于产品性能退化数据的统计模型和分析方法。研究了由于可观测环境过程影响引起退化的单一单元系统可靠性。仅用单元当前的工作环境观测量估计失效时间分布,单元的当前工作环境被表征为有限状态半马尔可夫过程(SMP)。为了利用马尔可夫特性,通过状态保留时间的观测量和转移率将环境状态逗留时间近似为位相型(PH)随机变量。PH分布的使用使得现有解析结论容易应用于遭受连续时间马尔可夫链形式变化环境过程的单元可靠性评估。利用陀螺仪性能退化分析作为实例阐明了提出方法的有效性,并与通过Monte Carlo仿真获得的结果进行了比较。     

加速度计贮存寿命与可靠性的步进应力加速退化试验评估方法

针对加速度计长期贮存环境下贮存可靠性无法准确快速评估的难题,应用步进应力加速退化试验方法快速评估某加速度计的贮存可靠性。首先对加速度计实施故障模式影响及危害性分析和故障树分析,确定敏感应力为温度应力,加速模型为阿伦尼斯模型。其次,对其实施步进应力加速退化试验,并建立数学模型拟合其在各温度应力下性能退化曲线,结合失效阀值求解各样本的伪寿命。通过对各应力水平下样本的伪寿命进行分布假设检验,确定其贮存寿命服从威布尔分布,最终利用加速模型外推正常温度下的寿命分布参数,进行正常温度下贮存期寿命和可靠性指标的评估,得到加速度计在贮存140 160 h(16 a)时的可靠度为0.988。     

基于加速因子不变原则的加速度计可靠性分析

针对加速退化建模时过多依靠主观经验容易造成可靠性评估结果不准确,提出一种基于加速因子不变原则的加速退化建模方法。考虑了三个具有随机参数的Wiener过程模型,通过加速因子不变原则,推导得到了三类模型各参数的变化规律。在此基础上,以Arrhenius模型为加速模型得到了加速应力下三类模型的可靠度函数,从而克服依赖假定进行加速退化建模容易造成较大误差的不足。针对模型适用但并非相对最优的问题,提出综合利用分位数图(QQ图)、箱线图、偏差信息准则(DIC)值等确定相对最优模型的方法。加速度计加速退化数据应用验证了所提方法的有效性,为加速退化可靠性评估提供了一种相对客观的技术方法。     

不完美维护活动干预下的设备剩余寿命估计

剩余寿命估计是保障设备安全性和可靠性的关键技术。现有文献在研究维护活动干预下的设备剩余寿命估计问题时,通常仅考虑维护活动对退化水平或退化速率的单一影响,忽略了维护活动对两者的双重影响。鉴于此,提出了一种考虑不完美维护活动影响的性能退化建模与剩余寿命估计方法,融合了维护活动对设备退化水平和退化速率的双重影响。首先基于扩散过程分阶段建立存在不完美维护活动干预下的随机退化模型,然后基于设备的状态监测数据和维护数据对模型参数进行极大似然估计和Bayesian更新,最后在首达时间的概念下,推导得到了剩余寿命的解析概率分布。实验结果表明,所提出方法能够大大提高存在不完美维护活动影响设备的剩余寿命估计精度。     

复合应力作用下强度退化的应力-强度干涉模型可靠性统计分析

在考虑随机复合应力作用下强度随使用时间不断退化时,研究了应力-强度干涉模型下的可靠性统计推断问题,给出了一个随机复合应力-强度退化干涉失效模型和模型未知参数的估计方法,该模型考虑了应力与强度退化的相关性,文章的最后利用算例验证了该模型的有效性。     

基于Weibull云模型的陀螺输出可靠性分析

针对正常条件下难以得到长寿命陀螺失效数据,传统的基于失效数据的可靠性分析方法难以适用的问题,提出了一种基于Weibull分布的陀螺输出可靠性分析方法。作为一种在模糊数学和概率统计的基础上提出的不确定性转换模型,Weibull云模型综合考虑了模糊性、随机性以及二者之间的关联性,因此这种基于概率统计的分析方法不需要失效时间数据。首先给出了Weibull云模型的隶属函数及其特征;然后推导了Weibull云模型的推理规则和参数估计方法,并给出了两种Weibull云发生器的构造方法;在此基础上给出了一种基于Weibull云模型的陀螺输出可靠性分析方法;最后为验证该方法的适用性,运用Weibull云模型对某型半球谐振陀螺的输出可靠性进行了分析,并引用置信度的概念来描述其输出稳定性。试验结果表明,运用Weibull云模型分析得到的陀螺输出可靠性结果与实际应用中相一致。     

复合应力作用下强度退化的应力一强度干涉模型可靠性统计分析

在考虑随机复合应力作用下强度随使用时间不断退化时，研究了应力一强度干涉模型下的可靠性统计推断问题，给出了一个随机复合应力一强度退化干涉失效模型和模型未知参数的估计方法，该模型考虑了应力与强度退化的相关性，文章的最后利用算例验证了该模型的有效性。     

基于链式贝叶斯网络的结构可靠性分析

将贝叶斯网络与传统可靠性方法结合,建立结构系统的可靠性贝叶斯网络模型,通过改进的分支限界法确定结构主要失效模式,并将贝叶斯网络链式化来提升计算效率。根据可靠性方法计算条件概率表;使用概率网络估算法来考虑主要失效模式之间的相关性,计算系统可靠性;当有新信息出现时,利用贝叶斯网络推理,对结构系统可靠性进行评估。以一桁架结构为研究对象,计算结构系统的可靠性,并在新信息出现的情况下对系统可靠性进行了更新。     

基于漂移布朗运动的光纤陀螺加速贮存寿命评估

众多"长期贮存,一次使用"的军事应用需求决定了光纤陀螺的贮存寿命指标的重要性,为此针对在贮存期内具有长寿命、高可靠性特点的光纤陀螺,实施加速贮存退化试验,并采用基于漂移布朗运动的方法,对光纤陀螺的贮存寿命与可靠性进行评估.依据光纤陀螺的贮存故障模式影响及危害性分析结果,确定了加速模型,并结合线性漂移布朗运动的特点,建立了光纤陀螺可靠性评估模型.利用加速贮存退化试验的试验数据对光纤陀螺贮存寿命进行评估,得到了评估结果,从而验证了方法的适用性.     

结构可靠性优化的三阶段解耦方法

为提高基于可靠性的结构优化效率,提出一种三阶段解耦分析方法。第一阶段利用可靠性安全因子进行确定性优化,并将确定性优化结果作为初始样本点;第二阶段利用可靠性灵敏度和重量因子对样本点进行调整,获取目标函数与失效概率的数据集合;第三阶段利用目标函数与失效概率的关系,曲线获取可接受失效概率对应的目标函数,并求解最终优化设计变量。本文方法只需一次确定性优化,且现有结构可靠性求解算法均可使用,适应性强。算例分析结果表明,本文方法可以明显减少失效概率评估次数,且计算结果对可靠性安全因子与重量因子不敏感。     

拉索桥梁安全性与耐久性评估的专家系统设计

应用模糊神经网络开发了以斜拉桥为背景的拉索桥梁安全性与耐久性评估专家系统。该系统能够同时处理数值型和语言描述型变量。根据桥梁监测过程中所获得的数据，它能对桥梁总体及其各个部分的状况进行评估，及时获得桥梁运行状态信息，评估其退化及损伤程度，对大型桥梁的现代化管理具有重要的现实意义。阐述了评估系统的工作原理及其实现方法，在介绍系统结构及各模块功能的同时，以斜拉桥试验为例展示该系统用于桥梁安全性及耐久性评估的部分功能。     

结构可靠性优化的三阶段解耦方法

为提高基于可靠性的结构优化效率,提出一种三阶段解耦分析方法。第一阶段利用可靠性安全因子进行确定性优化,并将确定性优化结果作为初始样本点;第二阶段利用可靠性灵敏度和重量因子对样本点进行调整,获取目标函数与失效概率的数据集合;第三阶段利用目标函数与失效概率的关系,曲线获取可接受失效概率对应的目标函数,并求解最终优化设计变量。本文方法只需一次确定性优化,且现有结构可靠性求解算法均可使用,适应性强。算例分析结果表明,本文方法可以明显减少失效概率评估次数,且计算结果对可靠性安全因子与重量因子不敏感。     

一种基于疲劳损伤的MEMS金属薄膜电阻退化模型

微机电系统(Microelectromechanical System, MEMS)器件的疲劳可靠性问题往往可追溯到某一关键元件的性能退化．更本质的,其失效机理往往又可追溯到材料的微缺陷演化．因此,建立一种MEMS元件的材料微缺陷演化模型对探究失效机理意义重大．本文基于连续介质损伤力学理论方法对MEMS金属薄膜建立了微缺陷表征的损伤模型,进一步建立了电阻退化模型．通过本模型的建立,在一定工况条件下,可以预测基于电阻性能的MEMS薄膜可靠性问题．对建立的模型进行反演分析,结果与试验数据对比较好,验证了模型建立的正确性．本文为研究MEMS的疲劳失效机理及可靠性优化策略提供了重要理论基础．     

基于关键器件的光纤陀螺可靠性评估

以可靠性评估技术为基础,采用关键器件法对光纤陀螺工作状态下可靠性指标进行评估。通过对光纤陀螺实施故障模式、影响及危害性分析以及故障树分析,确定光纤陀螺的关键器件为超辐射发光二极管（SLD）光源,结合SLD光源性能退化数据对SLD光源进行可靠性评估,得到SLD光源的可靠度曲线。由关键器件转换法原理可知,曲线即为光纤陀螺工作状态下可靠度曲线。通过与整机法的评估结果进行对比,得出基于关键器件的光纤陀螺可靠性评估是可信的,为光纤陀螺可靠性评估提供了一种切实可行的方法。     

基于合理子域的改进响应面方法

基于结构可靠性分析理论,给出了合理子域概念.合理子域能够明确在设计点附近对失效概率起主要贡献区域尺寸,且能够保证失效点以一定概率落在其内,解决了对失效概率起主要贡献区域尺寸难以量化问题.基于合理子域概念,给出了一种改进响应面方法.该方法能够保证响应函数在设计点处是无误差的、且在合理子域内对极限状态函数具有较好近似.采取蒙特卡罗重要抽样方法求解失效概率,结合抽样点位置采取分区域评估方法以提高失效概率求解精度.算例表明,所提方法在处理具有显式和隐式极限状态函数的可靠性分析时,均具有较好的计算精度和较高的计算效率.      

基于鞍点估计及其改进法的可靠性灵敏度分析

鞍点估计可以直接逼近非正态变量空间中线性功能函数概率分布, 进而得出功能函数的失效概率. 在此基础上进行了基于鞍点估计的可靠性灵敏度分析. 对于非线性功能函数, 尤其是强非线性功能函数, 基于鞍点估计进行可靠性及灵敏度分析时存在较大的误差, 为此建立了基于鞍点估计的改进方法------鞍点线抽样方法的可靠性灵敏度分析. 在标准化的变量空间中利用线抽样方法的样本点将系统失效概率转化为一系列线性响应功能函数失效概率的平均值, 从而可靠性灵敏度转化为一系列线性响应功能函数的失效概率对随机变量分布参数偏导数的平均值, 再采用鞍点概率估计方法直接估计非正态变量标准化空间中这一系列线性响应功能函数的失效概率及可靠性灵敏度. 通过比较两种方法的基本思想、实现过程和算例结果可以发现: (1) 第1种方法只适用于线性程度较好的功能函数的情况, 其误差主要来源于非线性极限状态函数的线性化; (2) 改进方法给出的是失效概率及失效概率对随机变量分布参数偏导数的估计值, 这些估计值随样本点数的增加而趋于真值, 并且该方法可以考虑功能函数的非线性对失效概率的影响, 因此具有广泛的适用范围.