可靠性設計的基本概念與方法一、結構可靠性設計概念1．可靠性含義可靠性是指一個產品在規定條件下和規定時間內完成規定功能的能力；業產品(包括像飛機這樣的航空飛行器產品)由于內部元件中固有的不確定因素以及產品構成的復雜程度使得對所執行規定功能的完成情況及其產品的失效時間(壽命)往往具有很大的隨機性，因此，可靠性的度量就具有明顯的隨機特征。一個產品在規定條件下和規定時間內規定功能的概率就稱為該產品的可靠度。作為飛機結構的可靠性問題，從定義上講可以理解為：“結構在規定的使用載荷／環境作用下及規定的時間內，為防止各種失效或有礙正常工作功能的損傷，保持其必要的強剛度、抗疲勞斷裂以及耐久性能力。靠度則應是這種能力的概率度量，當然具體的內容是相當廣泛的。例如，結構元件或結構系統的靜強度可靠性是指結構元件或結構系統的強度大于工作應力的概率，結構安全壽命靠性是指結構的裂紋形成壽命小于使用壽命的概率；結構的損傷容限可靠性則一方面指結構剩余強度大于工作應力的概率，另一方面指結構在規定的未修使用期間內，裂紋擴展小于裂紋容限的概率．可靠性的概率度量除可靠度外，還可有其他的度量方法或指標系統可靠性設計分析教程，如結構的失效概率，指結構在?時刻之前破壞的概率；失效率(().指在?時刻以前未發生破壞的條件下，在?時刻的條件破壞概率密度；平均無故障時間MTTF()，指從開始使用到發生故障的工作時間的期望值。
除此而外，還有可靠性指標、可靠壽命、中位壽命，對可修復結構還有維修度與有效度等許多可靠性度量方法。結構可靠性設計的基本過程與特點設計一個具有規定可靠性水平的結構產品，其內容是相當豐富的，應當貫穿于產品的預研、分析、設計、制造、裝配試驗、使用和管理等整個過程和各個方面。從研究及學科劃分上可大致分為三個方面。可靠性物理。研究元件、系統失效的機理，物理成固和物理模型。不同研究對象的失效機理不同，因此不同學科領域內可靠性物理研究的方法和理論基礎也不同．可靠性工程。它包含了產品的可靠性分析、預測與評估、可靠性設計、可靠性管理、可靠性生產、可靠性維修、可靠性試驗、可靠性數據的收集處理和交換等．從產品的設計到產品退役的整個過程中，每一步驟都可包含于可靠性工程之由此我們可以看出，結構可靠性設計僅是可靠性工程的其中一個環節，當然也是重要的環從內容上講，它包括了結構可靠性分析、結構可靠性設計和結構可靠性試驗三大部分。結構可靠性分析的過程大致分為三個階段。一是搜集與結構有關的隨機變量的觀測或試驗資料，并對這些資料用概率統計的方法進行分析，確定其分布概率及有關統計量，以作為可靠度和失效概率計算的依據。二是用結構力學的方法計算構件的載荷效應，通過試驗和統計獲得結構的能力，從而建立結構的失效準則.三是計算評價結構可靠性的各種指標。
當構件或結構系統的失效準則建立以后，便可根據這些準則，計算評價構件或結構系統的各種可靠性指標，如可靠度、失效概率等。結構可靠性設計技術的發展目前還不盡完善。這是因為可靠性設計必須掌握各類設計因素的真實概率特性，因而需要有原始資料的積累，需要大量的數據資源，而它的獲取必須來自于大量的可靠性試驗。這一工作尚屬起步階段，尚未形成統一標準的設計規范，但可靠性設計作為一種設計思想在現階段的結構設計中已有所體現，如：可靠性設計準則的建立，系統可靠度的分配方法等。目前的可靠性設計工作多是通過靜強剛度設計、安全壽命設計、損傷容限和耐久性設計等規范獲得結構設計結果，再利用可靠性分析方法來評價其可靠性程度，因此掌握結構可靠性分析評價技術與方法就顯得十分重要了，而真正建立起完整的結構可靠性設計體系尚有待今后工作的積累與發展。但可以預料，任何一種新的設計思想應當是對舊的設計體的完善與揚棄，因此由結構可靠性設計思想而產生的各種設計準則、方法在很大程度上與其他舊設計體系的內容在原則上應是一致的，女口：多路傳力和多重元件設計不僅是損傷容限設計的準則之一，這樣的結構體系必然可靠度就高，也會成為結構可靠性的設計原則之一:再例如結構靜強度優化設計中的等應力工程準則，在可靠性設計中則表現為系統中各元件的可靠性指標也應大致相近等。
結構可靠性試驗是為了分析、驗證與定量評價結構可靠性指標而進行的各種試驗的總稱。結構可靠性試驗的目的是為了獲得結構在各種環境下工作時的真實的可靠性指標，為結構的設計、制造和使用提供資料；同時通過試驗可發現結構的薄弱環節，改進設計參數、制造工藝和使用方法，以提高結構的可靠度。二、結構可靠性分析方法概述.安全余量方程進行結構元件可靠性分析評估時，需要建立起元件設計變量與元件能力表征量間的分析關系，這類似于確定性分析設計中的工程破壞判據，但可靠性分析是建立在隨機變量的分析基礎之上。這個概率型的聯系設計變量與結構元件固有性能表征量間的“破壞判據”，通常稱為元件的安全余量方程或破壞面方程。以下結合結構元件的工程設計問題系統可靠性設計分析教程，舉例說明各種形式的安全余量方程。討論結構元件的靜強度可靠性時，可初步認為只有兩個隨機變量，即元件的強度只和元件的內力.元件的強度由于材料的強度特性、元件尺寸等不確定因素呈隨機性；而元件所承受的內力由于作用載荷的隨機性以及元件尺寸與元件在結構系統中所位置等不確定因素顯然是隨機變量。如果元件能夠承載，則表示了元件的安全余量，故稱為安全余量方程，可靠度定義為元件能可靠承載的概率，故可表示為GOc>Pf(4.60d>上述的安全余量（邊界）方程是線性的（如圖4,53（a）所示），但要求解安全余量程的概率＜可靠性概率或失效概率）則需要依據方程中各變量的概率分布函數以及變量間概率分布的干涉特征來確定（如圖4.53（b））。
當變量的概率密度函數形式簡單且具有可和性時，我們可直接通過變量的概率分布獲得安全余量的概率分布，此時可靠性概率的計算就比較容易了.門）買廳與肉丿」的概率密度函放族市結構元件的疲勞強度可靠性同樣可表示為60式的安全余量形式，只是只應理解為元件的疲勞強度；s理解為循環交變載荷。當然，這里的物理隨機性質與載荷概率特性與靜強度問題的差別就大相徑庭了。結構元件中疲勞損傷累積的安全余量方程可表示為(4.61)節），0，則為材料的臨界損傷閥值，與材料冷、熱加工中眾多定因素相關，故是隨機變量。表示結構元件在一定載荷譜下不發生疲勞破壞的可靠性概率即為1C
