Вы здесь

Імітаційне моделювання ушкоджень та відмов складних технічних систем з регулярною структурою

Автор: 
Красножон Сергій Миколайович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2005
Артикул:
0405U003216
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

Глава 2
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Методика прогнозирования повреждений

В реальных СТС РС, работающих в конкретных условиях, количество повреждений на тот или иной ресурсный момент (момент времени, пробега и т.п.) определяется не случайным образом, как это описано в разд. 2.1, а в зависимости от свойств системы и условий ее эксплуатации. Поэтому в рамках реальной системы прогнозирования отказа должна действовать подсистема прогнозирования повреждений.
В настоящей работе за основу был принят метод прогнозирования повреждений СТС РС, учитывающий повышение вероятности возникновения каждого следующего повреждения по мере нарастания их количества [28, 55].
Принципы моделирования накопления повреждений в сложной технической системе состояли в следующем [3, 5, 7].
1. Выполнялась структурная декомпозиция СТС на отдельные компонентные и топологические элементы: узлы и связи между ними. В рамных конструкциях узлами являлись места соединения отдельных стержней рамы, а связями - сами стержни, в химических установках узлами являлись аппараты, а связями - трубопроводы между ними и т.п.
2. Повреждением Пу признавали полный отказ того или иного узла (при этом, обнулялись все входные и выходные связи этого узла), а повреждением Пс - связи (при этом обнулялась только поврежденная связь).
3. При "назначении" очередного повреждения модели учитывали три компонента:
- стохастический - с помощью генератора случайных чисел;
- нагрузочный - с помощью расчета максимальной нагрузки на СТС;
- динамический - с помощью базы данных о практическом испытании системы в реальных условиях на протяжении достаточно длинного ресурсного отрезка.
Период эксплуатации Т0 - Т? на ресурсной оси t разбивали на конечное количество интервалов - итераций (не обязательно одинаковой продолжительности): Т0 - Т1; Т1 - Т2; ...; Т(?-1) - Т? (рис. 2.1). Такая дискретизация позволяет рассматривать непрерывный процесс накопления эксплуатационных повреждений как скачкообразное изменение состояний системы на границах временных интервалов.

Рис. 2.1. Итерации жизненного цикла СТС РС на ресурсной оси t.

Рассмотрим состояние реального объекта. В период 0 - Т? при изготовлении и эксплуатации (полигонных испытаниях) в МКРС происходят некоторое количество событий, которые рассматриваются системой как повреждения. Пронумеруем в СТС МВП узлов от 1 до U и МВП связей от 1 до S и создадим матрицы-строки Му и Мс:

Му = | Му1 Му2 ... МуU |; (2.1)
Мс = | Мс1 Мс2 ... МсS |. (2.2)

Элементы матриц (2.1) и (2.2) могут принимать два значения: 0 - повреждения нет; 1 - повреждение есть. Следовательно, если в исходном состоянии при t = Т0 СТС не имеет повреждений, то все элементы матриц (2.6) и (2.7) будут равны 0:

; (2.3)
(2.4)

Рассмотрим далее вероятностно-автоматную модель повреждений СТС [55]. Входной алфавит модели - матрицы повреждений в начале очередной итерации и . Выходной алфавит - матрицы повреждений в конце очередной итерации и .
Так как ресурсная величина t - дискретная, то процесс моделирования повреждений и отказов в СТС РС будет состоять из итерационного преобразования матриц:

; ; ...; ; (2.5)
; ; ...; ; (2.6)
где Т? - временной предел испытаний (моделирования).
Преобразования (2.5) и (2.6) осуществляется путем добавления к элементам исходных матриц и элементов таких же по размеру ?-матриц повреждений узлов и связей на (i+1)-й итерации, т.е. суммированием:

; (2.7)
. (2.8)

Матрицы повреждений на итерации получаются путем следующих преобразований.
1. Исходное состояние: нулевая матрица (2.3) или (2.4).
2. Блокируются (запрещается изменение) те элементы нулевой матрицы, номера которых соответствуют элементам, "поврежденным" на предыдущих итерациях.
3. Блокируются (запрещается "назначать" повреждение) те оставшиеся элементы, номера которых соответствуют МВП, где напряжения при стандартной статической нагрузке ? не превышает заданный порог ?доп (рис. 2.2).
4. На оставшиеся незаблокированными МВП "назначаются" повреждения (т.е. 0 заменяется на 1). Для этого используется методика, позволяющая гармонично сочетать перечисленные выше стохастические, статические и динамические факторы.
Естественно, подходы к "назначению" повреждений СТС РС на итерациях их жизненного цикла существенно различаются для систем различной физической природы.

Рис. 2.2. Схема влияния результатов стендовых испытаний на блокировку возможного "повреждения".

Рассмотрим в качестве примера, как в настоящей работе эту задачу решали для механической конструкции - рамы автотранспортного средства, работающей в сложных, малопредсказуемых условиях. Важнейшей характеристикой этого объекта является то обстоятельство, что автотранспортные средства изготавливаются и используются в массовом количестве, что дает основание привлечь для моделирования и прогнозирования их жизненного цикла статистический подход [103].
Для несущих систем мобильной техники, выполненных в виде сварных рам, наиболее характерными повреждениями являются трещины элементов конструкции и сварных швов между ними. Место и время появления подобных повреждений носят, с одной стороны, стохастический характер из-за неопределенности условий изготовления и эксплуатации объекта (тщательность сборки, состояние дорог, характеристики перевозимого груза, навыки вождения и т.п.), а с другой - вполне детерминированный, связанный, например, с распределением в