22. Понятие отказа. Виды и классификация отказов

Отказ – событие, заключающееся в полной или частичной потере работоспособности. Аналогия с предельными состояниями I и II групп.

При наступлении предельных состояний I группы – полная потеря несущей способности, устойчивости. Нормальная эксплуатация прекращается.

При наступлении предельных состояний II группы – полная потеря несущей способности, устойчивости не происходит, но возникают затруднения для нормальной эксплуатации (например, слишком большие деформации). Поэтому ограничиваются скорость движения и масса поездов.

Отказы функционирования – отказы, при которых выполнение рассматриваемым элементом или объектом своих функций становится невозможным (прекращается).

Параметрические отказы – отказы, при которых некоторые параметры объекта изменяются в недопустимых пределах.

Наступление предельных состояний I группы – при возникновении отказов функционирования, предельных состояний II группы – при возникновении параметрических отказов.

По причинам возникновения отказы могут быть случайные и систематические.

Случайные отказы – из-за непредусмотренных перегрузок, дефектов материала, погрешностей изготовления и т.д.

Систематические отказы – вследствие закономерных явлений, вызывающих постепенное накопление повреждений или изменение характеристик (влияние окружающей среды, нагрузки, времени, etc., вследствие чего развивается коррозия, происходит износ, усталость, ползучесть, старение изоляции, etc.).

По характеру возникновения отказы делятся на:

• внезапные, когда происходит резкое изменение параметров объектов в недопустимых пределах в течение короткого времени (потеря устойчивости, хрупкое разрушение);

• постепенные (коррозия, износ);

• постепенные по развитию и внезапные по проявлению (усталостные разрушения).

По причинам возникновения отказы делятся на:

• конструкционные, вызванные недостатками конструкции;

• технологические, вызванные несовершенством или нарушением технологии изготовления;

• эксплуатационные, вызванные неправильной эксплуатацией.

По возможности дальнейшей эксплуатации отказы делятся на:

• полные, когда дальнейшая эксплуатация является невозможной;

• частичные, когда эксплуатация возможна с ограничениями (скорости, нагрузки и т.д.).

По возможности ликвидации отказы делятся на:

• устранимые, которые ликвидируются путем ремонта, при этом отказы можно различать по степени требуемого ремонта;

• неустранимые, ликвидация которых невозможна или экономически нецелесообразна.

По времени возникновения отказы делятся на:

• начальные (приработочные);

• периода нормальной эксплуатации;

• износовые.

22. Надежность сложных систем. Системы с последовательным соединением элементов

Реальные технические объекты – приборы, машины, строительные конструкции являются сложными системами, состоящими из большого (во многих случаях из очень большого) числа элементов (деталей, стыков, соединений, узлов и т.д.).

С точки зрения надежности различают:

• системы с последовательным соединением элементов;

• системы с резервированием;

• сложные комбинированные системы.

Системы с последовательным соединением элементов

Системой с последовательным соединением элементов называется такая система, отказ любого элемента которой приводит к отказу всей системы.

	1		2		…			п-1		п

Пример простейшей системы с последовательным соединением элементов – электрическая гирлянда.

Последовательное соединение элементов в такой системе может совсем не соответствовать действительной структуре системы. Например, любая стержневая статически определимая ферма, с точки зрения теории надежности, является системой с последовательным соединением элементов, хотя стержни в такой системе (ферме) могут быть соединены самым сложным и разнообразным образом.

Если Р_i (t) – вероятность работы i-того элемента, то вероятность безотказной работы всей системы Р_с будет равна

Если то

Последовательное соединение элементов предъявляет жесткие требования к их надежности, иначе надежность всей системы резко падает.

Пусть, например, система состоит из десяти элементов, вероятность безотказной работы каждого равна Р = 0,9. Тогда вероятность безотказной работы системы будет

Р_с = Р ¹⁰ = 0,9¹⁰  0,35.

При высоконадежных элементах, когда вероятность их безотказной работы Р близка к единице, а вероятность отказа Q близка к нулю

Р_с = Р₁Р₂ … Р_п = (1- Q₁) (1- Q₂)…  (1- Q_п) =

= 1 – (Q₁+ Q₂+ … + Q_п) + …  1 – (Q₁+ Q₂+ … + Q_п),

так как члены с произведениями Q₂ являются величинами второго порядка малости и их можно отбросить.

Для системы из равнонадежных элементов

Р_с = 1 – пQ.

Так, если система состоит из десяти элементов с надежностью каждого Р = 0,999 и вероятностью отказа Q = 0,001, то надежность системы будет

Р_с = 1 – пQ = 1 - 100,001 = 1 – 0,01 = 0,990.

Расчет по точной формуле дает Р_с = 0,990045.