Основы теории надежности и диогностики / 04 Постеп.и внезап отказы

4. Постепенные и внезапные отказы.

Согласно классификации отказы подразделяются на постепенные и внезапные. При изучении безотказности изделия в целом поток отказов рассматривают как сумму отказов разных видов.

Многие виды потенциальных отказов развиваются под воздействием естественных процессов старения, которые приводят к ремонту или списанию машины.

В процессе эксплуатации выявляются различные дефекты, т.е. потенциальные или фактические отказы, которых можно было бы избежать за счёт соответствующих конструкторских или технологических решений.

4.1. Схема потери работоспособности.

Каждый элемент установки, подверженный в процессе эксплуатации какому-либо процессу изнашивания от взаимодействия с другими элементами или веществами имеет предельное значение своих линейных размеров, более которых эксплуатация его недопустима, т.к. это может вызвать повреждение других элементов или преждевременный отказ всей установки в целом.

Постепенные отказы возникают из-за развития процессов старения элементов машины. Это приводит к старению всей машины в целом и к появлению в ней преждевременных отказов.

Модель постепенного отказа основана на предположении, что достижение предельного состояния ещё не означает отказа и машина продолжает работать до момента планового осмотра. Для невосстанавливаемых деталей, можно считать, что вероятность достижения предельного состояния соответствует накопленной к этому моменту времени частоте отказов. Определяемая вероятность отказов будет соответствовать интенсивности отказов в рассматриваемый момент времени.

Для описания процессов старения обращаются к двум моделям: прочностной (а) и износовой (б) на рис. 1.

а) 1 - предельное давление б) 1 - фактический износ

2 - рабочее давление 2 - предельный износ

Рис.1. Схема изнашивания трубы абразивной жидкостью

Прочностная модель описывает изменение разрушающих напряжений. Износовая модель исследует изменение износа до предельного значения.

Процесс износа продолжается до наступления предельного состояния (критического уровня износа) и возникновения отказа.

4.2. Постепенные отказы

Развитие постепенных отказов вследствие износа характеризуется систематическими изменениями структурных параметров (изменением линейных размеров детали под влиянием износа, уменьшением толщины металла под влиянием коррозии и т.п.) и изменением величины допустимой нагрузки.

Развитие постепенного отказа может внешне себя не проявлять, однако в структуре элемента, подвергающегося воздействию нагрузок (например – знакопеременных), могут происходить изменения (усталость материала), способные вызвать отказ.

При достижении критического состояния детали вероятность достижения отказа велика и достигает более 50%. В качестве допустимого норматива износа выбирают значение в несколько раз меньше критического и называют его назначенным уровнем предельного состояния.

Постепенный отказ при усталостном разрушении (Рис.2) характеризуется изменением предела усталости детали (1) до достижения предельной величины в точке пересечения с линией действующих напряжений (2).

Рис.2. Схема возникновения постепенного отказа при усталостном разрушении в логарифмических координатах:

1 – величина предела усталости

2 – средние значения действующих напряжений

3 – рассеивание случайных величин

Рис.3. Схема образования постепенного отказа при изнашивании:

α - отказ одного объекта; t_отк. – наработка до отказа;

б – отказ множества однородных объектов; t_ср.- средняя наработка до отказа

Для изделий восстанавливаемых из-за возникновения постепенных отказов распределение вероятности безотказной работы в общем случае не будет подчиняться ни одному из стандартных законов и определяется методом суперпозиции.

4.3. Внезапные отказы

В эксплуатации СЭУ имеют место внезапные отказы, вызванные нарушениями правил технической эксплуатации, превышением предельно-допустимых нагрузок под влиянием внешних факторов или действием непреодолимой силы. Внезапные отказы являются следствием влияния человеческого фактора и не связаны с процессами старения.

При внезапных отказах математические ожидания действующей и допустимой нагрузок во времени не изменяются.

Рис.3. Внезапный отказ

1 – вероятность отказа

2 – интенсивность отказов

Внезапные отказы характеризуются возрастающей вероятностью отказов (1) и постоянством интенсивности отказов (2).

4