可靠性設(shè)計(jì)的基本概念與方法

1、1 46 可靠性設(shè)計(jì)的基本概念與方法一、結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)概念1可靠性含義可靠性是指一個(gè)產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力；而一個(gè)工業(yè)產(chǎn)品（包括像飛機(jī)這樣的航空飛行器產(chǎn)品) 由于內(nèi)部元件中固有的不確定因素以及產(chǎn)品構(gòu)成的復(fù)雜程度使得對(duì)所執(zhí)行規(guī)定功能的完成情況及其產(chǎn)品的失效時(shí)間(壽命）往往具有很大的隨機(jī)性， 因此，可靠性的度量就具有明顯的隨機(jī)特征。一個(gè)產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)規(guī)定功能的概率就稱為該產(chǎn)品的可靠度。作為飛機(jī)結(jié)構(gòu)的可靠性問題， 從定義上講可以理解為： “結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用載荷環(huán)境作用下及規(guī)定的時(shí)間內(nèi)， 為防止各種失效或有礙正常工作功能的損傷，應(yīng)保持其必要的強(qiáng)剛度、 抗疲勞斷裂以

2、及耐久性能力。 ”可靠度則應(yīng)是這種能力的概率度量，當(dāng)然具體的內(nèi)容是相當(dāng)廣泛的。例如, 結(jié)構(gòu)元件或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的靜強(qiáng)度可靠性是指結(jié)構(gòu)元件或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的強(qiáng)度大于工作應(yīng)力的概率，結(jié)構(gòu)安全壽命的可靠性是指結(jié)構(gòu)的裂紋形成壽命小于使用壽命的概率；結(jié)構(gòu)的損傷容限可靠性則一方面指結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度大于工作應(yīng)力的概率，另一方面指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的未修使用期間內(nèi)，裂紋擴(kuò)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(biāo)，如結(jié)構(gòu)的失效概率f(c) ，指結(jié)構(gòu)在時(shí)刻之前破壞的概率；失效率 ( （)指在時(shí)刻以前未發(fā)生破壞的條件下，在時(shí)刻的條件破壞概率密度 ; 平均無故障時(shí)間 mttf(meantimetofailu

3、re)，指從開始使用到發(fā)生故障的工作時(shí)間的期望值。除此而外, 還有可靠性指標(biāo)、可靠壽命、中位壽命，對(duì)可修復(fù)結(jié)構(gòu)還有維修度與有效度等許多可靠性度量方法。2。結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)的基本過程與特點(diǎn)設(shè)計(jì)一個(gè)具有規(guī)定可靠性水平的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，其內(nèi)容是相當(dāng)豐富的， 應(yīng)當(dāng)貫穿于產(chǎn)品的預(yù)研、分析、設(shè)計(jì)、制造、裝配試驗(yàn)、使用和管理等整個(gè)過程和各個(gè)方面。從研究及學(xué)科劃分上可大致分為三個(gè)方面。（1）可靠性數(shù)學(xué)。主要研究可靠性的定量描述方法。概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)，隨機(jī)過程等是它的重要基礎(chǔ)。（2)可靠性物理。研究元件、系統(tǒng)失效的機(jī)理, 物理成固和物理模型。不同研究對(duì)象的失效機(jī)理不同 , 因此不同學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)可靠性物理研究的方法和理論基

4、礎(chǔ)也不同（3)可靠性工程。它包含了產(chǎn)品的可靠性分析、預(yù)測(cè)與評(píng)估、可靠性設(shè)計(jì)、可靠性管理、可靠性生產(chǎn)、可靠性維修、可靠性試驗(yàn)、可靠性數(shù)據(jù)的收集處理和交換等從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)到產(chǎn)品退役的整個(gè)過程中, 每一步驟都可包含于可靠性工程之中。由此我們可以看出， 結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)僅是可靠性工程的其中一個(gè)環(huán)節(jié)，當(dāng)然也是重要的環(huán)節(jié)， 從內(nèi)容上講， 它包括了結(jié)構(gòu)可靠性分析、 結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)可靠性試驗(yàn)三大部分。結(jié)構(gòu)可靠性分析的過程大致分為三個(gè)階段。一是搜集與結(jié)構(gòu)有關(guān)的隨機(jī)變量的觀測(cè)或試驗(yàn)資料，并對(duì)這些資料用概率統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行分析， 確定其分布概率及有關(guān)統(tǒng)計(jì)量， 以作為可靠度和失效概率計(jì)算的依據(jù)。2 二是用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方

5、法計(jì)算構(gòu)件的載荷效應(yīng)，通過試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)獲得結(jié)構(gòu)的能力，從而建立結(jié)構(gòu)的失效準(zhǔn)則三是計(jì)算評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)可靠性的各種指標(biāo)。當(dāng)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的失效準(zhǔn)則建立以后，便可根據(jù)這些準(zhǔn)則， 計(jì)算評(píng)價(jià)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的各種可靠性指標(biāo)，如可靠度、 失效概率等 . 結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展目前還不盡完善。這是因?yàn)榭煽啃栽O(shè)計(jì)必須掌握各類設(shè)計(jì)因素的真實(shí)概率特性，因而需要有原始資料的積累，需要大量的數(shù)據(jù)資源,而它的獲取必須來自于大量的可靠性試驗(yàn). 這一工作尚屬起步階段 , 尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)規(guī)范， 但可靠性設(shè)計(jì)作為一種設(shè)計(jì)思想在現(xiàn)階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已有所體現(xiàn)，如：可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的建立，系統(tǒng)可靠度的分配方法等。目前的可靠性設(shè)計(jì)工作多

6、是通過靜強(qiáng)剛度設(shè)計(jì)、安全壽命設(shè)計(jì)、 損傷容限和耐久性設(shè)計(jì)等規(guī)范獲得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果， 再利用可靠性分析方法來評(píng)價(jià)其可靠性程度，因此掌握結(jié)構(gòu)可靠性分析評(píng)價(jià)技術(shù)與方法就顯得十分重要了, 而真正建立起完整的結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)體系尚有待今后工作的積累與發(fā)展。但可以預(yù)料，任何一種新的設(shè)計(jì)思想應(yīng)當(dāng)是對(duì)舊的設(shè)計(jì)體系的完善與揚(yáng)棄， 因此由結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)思想而產(chǎn)生的各種設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、方法在很大程度上與其他舊設(shè)計(jì)體系的內(nèi)容在原則上應(yīng)是一致的，如：多路傳力和多重元件設(shè)計(jì)不僅是損傷容限設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則之一，這樣的結(jié)構(gòu)體系必然可靠度就高，也會(huì)成為結(jié)構(gòu)可靠性的設(shè)計(jì)原則之一：再例如結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)中的等應(yīng)力工程準(zhǔn)則，在可靠性設(shè)計(jì)中則表現(xiàn)為

7、系統(tǒng)中各元件的可靠性指標(biāo)也應(yīng)大致相近等. 結(jié)構(gòu)可靠性試驗(yàn)是為了分析、 驗(yàn)證與定量評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)而進(jìn)行的各種試驗(yàn)的總稱。結(jié)構(gòu)可靠性試驗(yàn)的目的是為了獲得結(jié)構(gòu)在各種環(huán)境下工作時(shí)的真實(shí)的可靠性指標(biāo)，為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造和使用提供資料； 同時(shí)通過試驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，改進(jìn)設(shè)計(jì)參數(shù)、制造工藝和使用方法，以提高結(jié)構(gòu)的可靠度. 二、結(jié)構(gòu)可靠性分析方法概述1安全余量方程進(jìn)行結(jié)構(gòu)元件可靠性分析評(píng)估時(shí), 需要建立起元件設(shè)計(jì)變量與元件能力表征量間的分析關(guān)系， 這類似于確定性分析設(shè)計(jì)中的工程破壞判據(jù)，但可靠性分析是建立在隨機(jī)變量的分析基礎(chǔ)之上。 這個(gè)概率型的聯(lián)系設(shè)計(jì)變量與結(jié)構(gòu)元件固有性能表征量間的“破壞判據(jù)”，通

8、常稱為元件的安全余量方程或破壞面方程. 以下結(jié)合結(jié)構(gòu)元件的工程設(shè)計(jì)問題，舉例說明各種形式的安全余量方程. 討論結(jié)構(gòu)元件的靜強(qiáng)度可靠性時(shí)，可初步認(rèn)為只有兩個(gè)隨機(jī)變量, 即元件的強(qiáng)度只和元件的內(nèi)力s元件的強(qiáng)度由于材料的強(qiáng)度特性、元件尺寸等不確定因素呈隨機(jī)性；而元件所承受的內(nèi)力由于作用載荷的隨機(jī)性以及元件尺寸與元件在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中所處的位置等不確定因素顯然是隨機(jī)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3 元件不能承載 , 即則元件的失效概率可表示為：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

9、量方程的概率可靠性概率或失效概率)則需要依據(jù)方程中各變量的概率分布函數(shù)以及變量間概率分布的干涉特征來確定( 如圖 453（b)）。當(dāng)變量的概率密度函數(shù)形式簡(jiǎn)單且具有可和性時(shí)， 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(shí)可靠性概率的計(jì)算就比較容易了結(jié)構(gòu)元件的疲勞強(qiáng)度可靠性同樣可表示為460 式的安全余量形式， 只是只應(yīng)理解為元件的疲勞強(qiáng)度 ;s 理解為循環(huán)交變載荷。當(dāng)然，這里r與 s的物理隨機(jī)性質(zhì)與載荷概率特性與靜強(qiáng)度問題的差別就大相徑庭了。結(jié)構(gòu)元件中疲勞損傷累積的安全余量方程可表示為式中，0之（參見 43 節(jié)) ，0，則為材料的臨界損傷閥值，與材料冷、熱加工中眾多不確l a 定因

10、素相關(guān) , 故是隨機(jī)變量 . 表示結(jié)構(gòu)元件在一定載荷譜下不發(fā)生疲勞破壞的可靠性概率即為4 含 i 型裂紋結(jié)構(gòu)元件剩余強(qiáng)度的安全余量可表示為式中， ki 為應(yīng)力強(qiáng)度因子，與元件的幾何構(gòu)形、裂紋形態(tài)與長(zhǎng)度、外加載荷的作用形式及位置等諸多隨機(jī)因素有關(guān)；klcp 為平面應(yīng)變斷裂韌性 , 是一材料條件常數(shù)，與元件幾何、材料基本性能、載荷作用條件等隨機(jī)因素有關(guān). 由剩余強(qiáng)度表征的含裂結(jié)構(gòu)元件損傷容限安全余量的可靠性即為仔細(xì)分析上述三類問題的安全余量方程可以發(fā)現(xiàn)，如果能夠直接獲取這些變量的概率分布特征， 安全余量的可靠性并不難計(jì)算。 但這些變量的概率分布特征需要大量的資料、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)而來，而且許多變量并不是直

11、接可測(cè)的, 需要直接測(cè)量的轉(zhuǎn)換. 這樣我們就需要把影響這些變量的諸多因素顯式地表達(dá)出來. 另一方面，上述三類問題中的安全余量函數(shù)不顯含設(shè)計(jì)變量, 致使這類問題的可靠性設(shè)計(jì)意義降低. 因此，我們需要尋找更復(fù)雜的安全余量表達(dá)式，能夠包括更多需要考慮的設(shè)計(jì)變量，這就導(dǎo)致了更為一般的非線性安全余量函數(shù)。2應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型是可靠性分析的重要數(shù)學(xué)基礎(chǔ), 給出了兩獨(dú)立概率變量在任意已知概率分布下的可靠性概率計(jì)算理論式。當(dāng)然，實(shí)際應(yīng)用上并不局限于應(yīng)力與強(qiáng)度這兩類隨機(jī)變量 . 將圖 453（b)的干涉區(qū)域放大，即如圖454。由概率論知識(shí)，我們可以獲得結(jié)構(gòu)元件強(qiáng)度大于應(yīng)力的可靠性概率為應(yīng)當(dāng)指出應(yīng)力

12、 - 強(qiáng)度干涉模型揭示了概率設(shè)計(jì)的本質(zhì)。從干涉模型可以看到，就統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)觀點(diǎn)而盲，任何一個(gè)設(shè)計(jì)通常都存在著失效概率, 即可靠度小于 1，而我們?cè)O(shè)計(jì)能夠做到的僅是將失效概率限制在一個(gè)可以接受的限度之內(nèi)，該觀點(diǎn)在常規(guī)設(shè)計(jì)的安全系數(shù)法中是不明確的. 可靠性設(shè)計(jì)的這一重要特征客觀地反應(yīng)了5 產(chǎn)品設(shè)計(jì)和運(yùn)行的真實(shí)情況, 同時(shí)還定量地給出了產(chǎn)品在使用中的失效概率或可靠度，因而受到重視與發(fā)展. 3可靠性指標(biāo)在研究應(yīng)力強(qiáng)度兩類變量均為獨(dú)立正態(tài)分布情況下的可靠性概率計(jì)算問題中運(yùn)用變量代換 , 可使可靠性概率轉(zhuǎn)化為一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布即n（0，”的積分：不少文獻(xiàn)將上式的積分上限定義為可靠性指標(biāo)a，即式中兒 丸,，分別

13、為強(qiáng)度、應(yīng)力兩隨機(jī)變量的均值與方差。失效概率此時(shí)可表示為由此可以看出 , 在分析線性安全余量方程且變量間服從正態(tài)分布的可靠性概率時(shí)，可靠性指標(biāo) 與可靠度失效概率一樣， 可表征可靠性程度 . 對(duì)于非線性安全余量、變量不服從正態(tài)分布的情況， 可將非線性安全余量在設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)近似展開成線性關(guān)系 , 井可將非正態(tài)分布變量轉(zhuǎn)換成正態(tài)分布變量. 因此，可靠性指標(biāo) 在可靠性分析中的實(shí)用意義很大。表48 列舉一些典型數(shù)據(jù)，以便對(duì)”與pz,r的關(guān)系有一個(gè)量級(jí)的概念4可靠度與安全系數(shù)傳統(tǒng)意義上的靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全系數(shù)法從概率觀點(diǎn)上可理解為概率變量(強(qiáng)度與應(yīng)力）的均值化設(shè)計(jì) . 那么，它所獲得的可靠性效益如何呢？我們先看

14、一算例。設(shè)一拉桿的設(shè)計(jì)安全系數(shù)15，原設(shè)計(jì)為滿應(yīng)力設(shè)計(jì) , 且假定強(qiáng)度和應(yīng)力服從正態(tài)分布 , 其變異系數(shù)分別為vx：二 o1，y，ii 二 o1s，需求拉桿的強(qiáng)度可靠度只 : 。由題義知6 若安全系數(shù) 1，則”二 o，只。 o5， o8，則”一 11765，r ：o119 8。由此可見：1）在二 l 時(shí)，只有 50的可靠性，且與r和 s 的分散程度無關(guān)，2） 1 時(shí), 并不能保證元件 100% 安全3）1時(shí)，并不能肯定元件100% 破壞。從計(jì)算式中還可看出提高、減小變異系數(shù)vx 及 ys，均可提高元件的可靠度。經(jīng)常我們對(duì)上例計(jì)算中的反問題感興趣，希望知道如果給定結(jié)構(gòu)元件的可靠性指標(biāo)，傳統(tǒng)的安全

15、系數(shù)應(yīng)取多大合適。由式(469)可反解出5. 復(fù)雜問題的可靠性分析方法概述當(dāng)我們研究多個(gè)隨機(jī)因素集合的可靠性分析問題時(shí)，復(fù)雜程度就大大增加了 一般說來，多隨機(jī)變量的可靠性分析的復(fù)雜性涉及兩個(gè)方面，其一由多個(gè)隨機(jī)變量構(gòu)成的安全余量方程一般是非線性的；其二多個(gè)隨機(jī)變量的各自概率分布函數(shù)并不總是正態(tài)分布的， 而且變量間又往往具有強(qiáng)烈的相關(guān)特性。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜可靠性分析總是從數(shù)學(xué)上可描述為一個(gè)n 維重積分 , 即式中,n 重積分的積分域即由安全余量方程所定義的區(qū)域。（五，,1 ）為”個(gè)隨機(jī)變量的聯(lián)合概率密度函數(shù)。復(fù)雜問題的可靠性分析方法正是圍繞計(jì)算式(4 72)積分式而展開的 , 研究成果頗多， 限于篇

16、幅不再作深入介紹 , 有興趣讀者可參考有關(guān)的專著或技術(shù)文獻(xiàn)。6結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性分析方法前面介紹的僅是結(jié)構(gòu)元件的可靠性分析基本要領(lǐng)與方法，都是針對(duì)一個(gè)極限狀態(tài)函數(shù)定義的單個(gè)失效模式的情況。但實(shí)際工程結(jié)構(gòu)體系卻非常復(fù)雜，由諸多構(gòu)件組成，復(fù)雜構(gòu)件又有許多不同的截面， 因此結(jié)構(gòu)體系中同時(shí)存在著可能導(dǎo)致系統(tǒng)失效的彼此相聯(lián)系的多個(gè)失效模式。此外，對(duì)于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系， 每個(gè)失效模式中又都存在著若干失效元件。 顯然簡(jiǎn)單應(yīng)用前面所介紹的分析方程尚無法解決結(jié)構(gòu)體系的可靠性評(píng)價(jià) 嚴(yán)格地說尸個(gè)結(jié)構(gòu)體系才是一個(gè)完整的產(chǎn)品，因此研究結(jié)構(gòu)體系的可靠性評(píng)價(jià)問題是非常重要的。進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系的可靠性分析， 首先要了解結(jié)構(gòu)體系的自

17、身特點(diǎn)以及失效破壞過程的特征, 如：工程結(jié)構(gòu)體系多為高度靜不定系統(tǒng)，靜不定系統(tǒng)的承載能力與結(jié)構(gòu)的破壞模式有關(guān)，而大型結(jié)構(gòu)體系的破壞模式眾多，要分析其可靠度必須枚舉出所有的7 主要破壞模式； 盡管單個(gè)破壞模式相應(yīng)的破壞概率比較容易求出，且各個(gè)破壞模式之間可視作串聯(lián)關(guān)系，但各破壞模式是相關(guān)的, 在計(jì)算結(jié)構(gòu)體系可靠度只5時(shí)必須考慮各破壞模式之間的相關(guān)性; 組成結(jié)構(gòu)體系的元件的材料通常是彈塑性的，這造成了在加載過程中結(jié)構(gòu)體系內(nèi)各元件之間內(nèi)力分配在變化，計(jì)算結(jié)構(gòu)體系的強(qiáng)度可靠性時(shí)必須考慮彈塑性效應(yīng)等等大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的可靠性分析主要包括下述三項(xiàng)內(nèi)容 : 枚舉結(jié)構(gòu)體系的主要失效模式；列出各主要失效模式的安全余

18、量方程， 并計(jì)算其相應(yīng)的失效概率； 由各主要失效模式的失效概率，綜合計(jì)算結(jié)構(gòu)體系的失效概率 pj 和可靠度 r，三、結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)概述1結(jié)構(gòu)元件的可靠性設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)元件的每一個(gè)常規(guī)的強(qiáng)度、 剛度等要求均可轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的可靠性要求。故可靠性設(shè)計(jì)可表示為結(jié)構(gòu)元件可靠性設(shè)計(jì)在某種意義上是元件可靠度計(jì)算的逆問題以應(yīng)力、強(qiáng)度問題的可靠性指標(biāo)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為例可知我們能夠建立起應(yīng)力均值從及應(yīng)力方差咭與設(shè)計(jì)變量均值（設(shè)為 的關(guān)系，即求解該非線性方程， 可得出相應(yīng)設(shè)計(jì)變量的均值取值范圍，設(shè)計(jì)變量的均值就是通常工程設(shè)計(jì)上的名義值。 至于安全壽命、 損傷容限等其他可靠性設(shè)計(jì)問題在原理上是一致的，只是一般難以獲得解析解, 但就

19、一般工程設(shè)計(jì)而言，只要有一定精度的數(shù)值解也就足夠了, 不必有精確的解析解 . 2結(jié)構(gòu)體系可靠性設(shè)計(jì)的原則方法電子系統(tǒng)和一般的系統(tǒng)工程的可靠性設(shè)計(jì)通常采用的是可靠性指標(biāo)分配法，但是結(jié)構(gòu)體系的可靠性設(shè)計(jì)一般不宜采用這一方法，這是因?yàn)? （1)結(jié)構(gòu)體系中的元件通常不能簡(jiǎn)單地簡(jiǎn)化為串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)，而可靠性指標(biāo)分配法則是在串聯(lián)、 并聯(lián)逐級(jí)組合而成的系統(tǒng)上建立與發(fā)展起來的，所以對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)采用這一方法是不適宜的；(2 ）每當(dāng)結(jié)構(gòu)體系內(nèi)有一個(gè)元件達(dá)到臨界狀態(tài)后, 體系內(nèi)務(wù)元件的內(nèi)力通常將發(fā)生變化 , 如若不考慮因元件失效而帶來的內(nèi)力重新分配對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度的影響, 則此可靠性分析的結(jié)果必將精度很低，通常已沒有意義

20、；8 (3) 在計(jì)算結(jié)構(gòu)體系的可靠度時(shí)，必須考慮結(jié)構(gòu)元件之間的相關(guān)性以及各失效模式之間的相關(guān)性，如若略去這種相關(guān)性, 則計(jì)算精度很低；（ 4)結(jié)構(gòu)體系的破壞是由任意一個(gè)失效模式的出現(xiàn)而引起的，各失效模式通?？梢哉J(rèn)為是串聯(lián)的，但任何一個(gè)失效模式的發(fā)生所涉及的若干個(gè)臨界元件則并不存在簡(jiǎn)單的并聯(lián)關(guān)系,必須考慮失效歷程各階段的內(nèi)力變化. 因此結(jié)構(gòu)體系的可靠性設(shè)計(jì)必須是以結(jié)構(gòu)整體來考慮的，而不只是以結(jié)構(gòu)體系中的某個(gè)元件或某個(gè)局部來考慮，結(jié)構(gòu)體系的可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則同樣可表述為式中, 片 s 是結(jié)構(gòu)體系的可靠度， 可以通過對(duì)結(jié)構(gòu)體系的分析、 試驗(yàn)等方法得到 ,r是結(jié)構(gòu)體系的可靠度要求。 這一準(zhǔn)則同樣可應(yīng)用于強(qiáng)

21、度、 剛度、疲勞、斷裂等。由此可見 , 以結(jié)構(gòu)整體為對(duì)象的可靠性設(shè)計(jì)可利用結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法來解決對(duì)于飛機(jī)結(jié)構(gòu)， 通常以結(jié)構(gòu)重量最小作為目標(biāo)函數(shù)，則其可靠性優(yōu)化問題的基本方程可表示為：式（477)可用優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般方法求解。3結(jié)構(gòu)體系的可靠性設(shè)計(jì)評(píng)估在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案設(shè)計(jì)階段， 精確計(jì)算各遴選方案的結(jié)構(gòu)體系的可靠度是十分困難和費(fèi)時(shí)的，實(shí)際上也是不必要的。通常情況下, 只需知道各方案的結(jié)構(gòu)體系的可靠性等級(jí)， 以作為比較不同設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)之一，下面主要介紹結(jié)構(gòu)體系余度概念在結(jié)構(gòu)體系可靠性評(píng)估中的使用. 目前對(duì)結(jié)構(gòu)體系余度尚無公認(rèn)的統(tǒng)一定義, 其基本含義是指結(jié)構(gòu)體系能夠承受體系內(nèi)元件失效能力的一種度量. 結(jié)構(gòu)體系的破壞可歸結(jié)為兩大類： 由于出現(xiàn)了超過設(shè)計(jì)載荷的非預(yù)期的過大載荷而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體系的整體破壞, 如大地震、特大暴風(fēng)雪等，這一類破壞實(shí)際上是不可避免的；由于意外事件引起的結(jié)構(gòu)體系內(nèi)一部分元件的失效而導(dǎo)致的整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的破壞，如疲勞、斷裂腐蝕、顫