摘要：伴隨醫(yī)療器械自動化總體程度持續(xù)提升，醫(yī)療器械類產(chǎn)品內(nèi)部構(gòu)成系統(tǒng)日益復(fù)雜化，機(jī)械設(shè)計制造更具難度性。鑒于此，文章主要圍繞醫(yī)療器械類產(chǎn)品當(dāng)中機(jī)械可靠性設(shè)計應(yīng)用開展深入的研究和探討，期望可以為后續(xù)更多機(jī)械設(shè)計工作者和研究學(xué)者對此類課題的實踐研究提供有價值的指導(dǎo)或者參考。

關(guān)鍵詞：醫(yī)療；器械；產(chǎn)品；機(jī)械；可靠性；設(shè)計

醫(yī)療器械類產(chǎn)品現(xiàn)階段市場競爭日益激烈化，為快速搶占更多市場份額，因醫(yī)療器械類產(chǎn)品自身特殊性，持續(xù)提高對于穩(wěn)定性、強(qiáng)度性、剛度性各個層面機(jī)械的可靠性具體設(shè)計要求。因而，綜合分析醫(yī)療器械類產(chǎn)品當(dāng)中機(jī)械可靠性設(shè)計應(yīng)用，有一定的現(xiàn)實意義和價值。

1簡述醫(yī)療器械機(jī)械可靠性設(shè)計基本特點

可靠性設(shè)計是醫(yī)療器械產(chǎn)品研發(fā)過程非常重要的一環(huán)，其有以下四個基本特點：一是，以強(qiáng)度和應(yīng)力為隨機(jī)變量實施可靠性的設(shè)計。機(jī)械設(shè)計拆分后由各個零件組成，若零件與零件之間的應(yīng)力有較多較大強(qiáng)度的相互影響，則其中應(yīng)力較大的零件便有失效的可能；二是，以概率為隨機(jī)角度對機(jī)械結(jié)構(gòu)實際安全性予以衡量。通過以往的設(shè)計經(jīng)驗和各設(shè)計單元的已使用數(shù)據(jù)，或者分析目標(biāo)單元作用機(jī)制，從這些經(jīng)驗和原理方面可分析不同設(shè)計單元失效的概率。而可靠性的設(shè)計目的側(cè)重于系統(tǒng)或者零件失效概率，并使用不同的方法規(guī)避這些風(fēng)險；三是，著重考慮可維修處理性。我國人口眾多，大量患者勢必對醫(yī)療器械使用頻率高于國外產(chǎn)品，從而加大對醫(yī)療器械類產(chǎn)品使用產(chǎn)生的直接不良影響，這些影響有表面劃傷、潤滑不佳、過載使用等等情況，且這些醫(yī)療器械出現(xiàn)故障風(fēng)險也高于國外。因此維修頻率的加大勢必對醫(yī)療器械產(chǎn)品機(jī)械可靠性設(shè)計提出新的要求，即可靠性設(shè)計還應(yīng)基于維修便利操作進(jìn)行；四是，因醫(yī)療器械，特別是大型有源醫(yī)療器械類產(chǎn)品屬于復(fù)雜性綜合系統(tǒng)，不宜僅僅從單個模塊予以可靠性設(shè)計，其可靠性整個設(shè)計過程更應(yīng)側(cè)重于連接其余系統(tǒng)。對于大型醫(yī)療設(shè)備，如治療設(shè)備、影像設(shè)備，其各個模塊之間相互連接又相互獨(dú)立，可靠性設(shè)計應(yīng)充分考慮他們之間相互的連接方式，避免造成系統(tǒng)風(fēng)險。

2有效應(yīng)用

2.1可靠性分析層面醫(yī)療器械是集臨床醫(yī)學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、電子技術(shù)、計算機(jī)及信息技術(shù)等多學(xué)科交叉應(yīng)用的結(jié)果，同時醫(yī)療器械直接作用于人體，這就要求對其可靠性分析細(xì)致全面。可靠性屬于綜合性極強(qiáng)一門工程學(xué)科，從電子產(chǎn)品至非電子類產(chǎn)品類、機(jī)械類產(chǎn)品的可靠性層面設(shè)計多年研究發(fā)展。可靠性逐步引入醫(yī)療器械類的產(chǎn)品當(dāng)中，涉及到較多診療檢測相關(guān)醫(yī)療儀器、部分大型醫(yī)療設(shè)備等。醫(yī)療器械類產(chǎn)品自身可靠性往往可集中反映機(jī)械產(chǎn)品總體穩(wěn)定性，著手于可靠性的機(jī)械設(shè)計，體現(xiàn)產(chǎn)品強(qiáng)度、剛度、壽命情況。所謂可靠性的設(shè)計，即部分零部件或者系統(tǒng)處于特定條件及時間，可完成相應(yīng)功能，時間層面上可體現(xiàn)功能或者性能穩(wěn)定性，以產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)化為根本目標(biāo)，保證醫(yī)療器械類產(chǎn)品運(yùn)行能力不會有失效情況產(chǎn)生。醫(yī)療器械類的產(chǎn)品，和病患安全及臨床診斷準(zhǔn)確性密切聯(lián)系，故做好醫(yī)療器械類產(chǎn)品機(jī)械可靠性設(shè)計較為關(guān)鍵，因此進(jìn)行全面分析可靠性設(shè)計，國家發(fā)布了相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——《YY/T0316-2016醫(yī)療器械風(fēng)險管理對醫(yī)療器械的應(yīng)用》，其在機(jī)械設(shè)計層面都有相關(guān)的指導(dǎo)要求。

摘要：本文首先簡單闡述了可靠性在直升機(jī)設(shè)計工程實踐中的重要性，然后結(jié)合研制的某輕型直升機(jī)實踐，從設(shè)計指標(biāo)、可靠性框圖、可靠性模型、可靠性預(yù)計等方面對某輕型飛機(jī)的可靠性進(jìn)行系統(tǒng)研究，最終得到平均故障間隔飛行小時(MFHBF)為12.06h，大于成熟期目標(biāo)值12h，滿足設(shè)計的要求。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)；可靠性工程；淺析

引言

系統(tǒng)或設(shè)備在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成預(yù)定任務(wù)的能力稱為可靠性。可靠性包括穩(wěn)定性、耐久性和安全性，通常用百分比表示。可靠性是衡量系統(tǒng)或設(shè)備質(zhì)量好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。提高可靠性是一個系統(tǒng)工程，單純提高零部件的可靠性是難以實現(xiàn)的[1]。為達(dá)到系統(tǒng)可靠性要求所進(jìn)行的相關(guān)設(shè)計、管理、試驗等一系列工作的總和稱為產(chǎn)品的可靠性工程。可靠性設(shè)計提高了系統(tǒng)的固有可靠性；可靠性管理從研制、試驗等方面的全面質(zhì)量管理保障了系統(tǒng)的固有可靠性。我國已進(jìn)入新型直升機(jī)的自行設(shè)計、研制階段，現(xiàn)代直升機(jī)組成部件越來越多，飛行環(huán)境也越發(fā)復(fù)雜，這對直升機(jī)可靠性提出了更高要求。與固定翼飛機(jī)相比，直升機(jī)有其自身的特點，直升機(jī)的操縱系統(tǒng)和動力系統(tǒng)(包括旋翼、尾槳、傳動系統(tǒng)、自動傾斜器和發(fā)動機(jī)等)中動部件較多，受高周疲勞載荷，工況極為嚴(yán)酷，疲勞振動問題影響較大。與此同時，直升機(jī)沒有彈射救生系統(tǒng)，一旦發(fā)生部件出現(xiàn)故障往往容易導(dǎo)致嚴(yán)重的飛行事故，直升機(jī)的設(shè)計制造對可靠性工程提出了很高的要求[2-6]。直升機(jī)可靠性的提高，能很大程度防止故障和事故的發(fā)生，尤其避免災(zāi)難性事故的發(fā)生，從而保證駕駛員的安全，降低直升機(jī)總的運(yùn)行費(fèi)用，減少停機(jī)和維修的時間，大大提高直升機(jī)的利用率。設(shè)計直升機(jī)時，需要對直升機(jī)操作系統(tǒng)的可靠性預(yù)計和分析，向直升機(jī)各部件分配可靠性指標(biāo)，進(jìn)行可靠性設(shè)計。本文以某輕型直升機(jī)為例詳細(xì)介紹可靠性工程設(shè)計。

一、可靠性設(shè)計指標(biāo)

可靠性定量要求直接關(guān)系到系統(tǒng)的使用效能和全壽命周期費(fèi)用優(yōu)劣。根據(jù)效能和費(fèi)用權(quán)衡原則，正確選擇和確定可靠性定量要求，對于直升機(jī)新機(jī)可靠性的設(shè)計、研制和使用有其重要意義。常用的可靠性參數(shù)有：1.可靠度。平均故障間隔時間(MTBF)。是指相鄰兩次故障之間的平均工作時間，單位為“小時”。2.平均故障間隔飛行小時(MFHBF)。可靠性參數(shù)及其量值的選取，既要充分考慮直升機(jī)的使用特點，也要參考國內(nèi)外同類型直升機(jī)的可靠性參數(shù)。選擇的可靠性參數(shù)要能覆蓋本型號飛機(jī)的使用特點，盡量選取國際上較通用的參數(shù)，并能通過相關(guān)性準(zhǔn)則可轉(zhuǎn)換為固有值的外場使用指標(biāo)。根據(jù)上述可靠性指標(biāo)的選取原則，確定某輕型飛機(jī)的可靠性定量指標(biāo)MFHBF(平均故障間隔飛行小時)為：1.設(shè)計定型最低可接受值為5h；2.成熟期目標(biāo)值為12h。

二、可靠性框圖和模型

摘要：巖土是一種天然的物質(zhì)，它的天然特性會給巖土工程設(shè)計帶來很大的不確定性，而不確定性會影響到巖土工程設(shè)計的可靠性。隨著我國對巖土工程設(shè)計可靠性的要求的不斷提高，相關(guān)設(shè)計人員對巖土工程設(shè)計可靠性的重視程度也在不斷增加。本文重點論述了巖工程可靠性設(shè)計的現(xiàn)狀以及提高其設(shè)計的有效措施。

關(guān)鍵詞：巖土工程；可靠性；耐久性設(shè)計；有效措施

巖土工程的可靠性設(shè)計在巖土工程建設(shè)中占有重要地位，巖土工程經(jīng)常會遇到軟土地基的基坑支護(hù)工程的建設(shè)，這種類型的建筑更加需要保證設(shè)計的可靠性。土壤之間的間隙相對較小，此外，含水量相對較高，滲透率相對較低，因此巖土工程地下結(jié)構(gòu)的使用壽命相對較長，在基礎(chǔ)階段進(jìn)行治療也非常重要。地基的好壞和處理方式對巖土工程的施工質(zhì)量有很大的影響，相關(guān)設(shè)計人員在保證軟土地基的施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，達(dá)到提高巖土工程質(zhì)量和可靠性的目的。

1巖土工程可靠性設(shè)計現(xiàn)狀分析

巖土工程可靠性設(shè)計目前主要基于極限概率法和統(tǒng)計學(xué)中一些數(shù)學(xué)方法，并建立起土體的物理模型，運(yùn)用公式或者軟件對其的使用壽命、可靠度進(jìn)行一個預(yù)測及分析，抓住主要矛盾，著力發(fā)展和推廣這一項分析系統(tǒng)。對巖土工程可靠性設(shè)計而言，最主要的還是合理的采用一套可行的分析方法，巖土的地質(zhì)條件對分析的影響很大，由于巖土土體的各項不均勻性和不同的性質(zhì)，導(dǎo)致巖土工程可靠性分析存在著比較大的爭議，即采取何種方法具有代表性，最適合土體的實際情況。要找到與實際條件最為擬合的一種分析方法，重點還是要通過實踐的手段分析結(jié)果，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，缺少實踐的理論分析站不住腳。巖土工程中的持力層主要是軟土地質(zhì)，考察孔隙率、含水量、土體的疏松程度的影響，巖土工程中軟土主要是針對飽和土壤，由于土壤軟土含有一定軟土層的地基承載力和透水性相對較差，容易產(chǎn)生變形，基礎(chǔ)固結(jié)時間較長，這也會影響施工過程中地基的承載能力，造成基礎(chǔ)的不均勻沉降。

2巖土工程可靠性設(shè)計分析

巖土工程可靠度分析存在著不少的問題，也留下了很大的爭議，不同的人對不同的分析方法看法不一，具體情況還是要具體分析。對不同的巖土結(jié)構(gòu)來說，采取不同的分析方法很重要，巖土工程設(shè)計可靠性通常是通過采取一系列的技術(shù)來保證，這些技術(shù)主要包括以下三個方面：第一，表面處理。這個表面處理技術(shù)主要是考慮到基礎(chǔ)比較軟,可以加強(qiáng)給排水、更換及其他措施,以確保基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的建設(shè)。需要注意這種治療的前提是需要一個更好的土壤質(zhì)量，能滿足施工的要求。水的含量相對比較大，考慮到這種情況，可以在地面上挖溝渠，可以排放土壤中的水，以增加地基表面的強(qiáng)度。在更換時，砂墊可用在軟土厚度薄、排水方便的地區(qū)。礫石更方便，砂墊一般厚200毫米，軟土地基的排水速度快于砂，一般選擇干凈的沙，污泥含量應(yīng)控制在5%以內(nèi)。更換碎石后，必須及時壓縮地基，使得砂礫表面的施工質(zhì)量相對安全，表面處理是巖土結(jié)構(gòu)分析時所直面的一個問題；第二，地基不均沉降的問題。當(dāng)?shù)鼗痪鶆虺两禃r，可靠度分析所采取的模型必須考慮到這一因素的影響，由于溫度收縮、地基不均勻沉降都會給建筑物帶來徐變的影響，這種會影響巖土工程設(shè)計的可靠度，必須加以考慮，才能夠在未來的施工中從而保證巖土工程的順利施工。此外，也可以使用水泥和生石灰材料來處理地基；第三，材料的問題。軟粘土地基,它必須受到一定的固化處理、水泥和生石灰。和其他材料相比,施工人員還可以使用攪拌機(jī)攪拌粘土和其他機(jī)械設(shè)備,促進(jìn)土壤、水泥和其他材料混合,然后改善巖土工程基礎(chǔ)的承載能力。主要是通過水泥等固化劑加固處理軟土，并充分?jǐn)嚢鑱砀纳苹A(chǔ)的土壤質(zhì)量,這一技術(shù)通常用于飽和軟土地基。在軟土地基處理中，砂泥含量對地基處理有較大影響，泥漿的含量太大了。一旦地基被淹沒，地基的水分不易流失。在處理后，基礎(chǔ)會出現(xiàn)板塊，然后底層對含大量泥漿的砂粒質(zhì)量的影響將對地基處理的質(zhì)量產(chǎn)生更大的影響。因此，在施工過程中必須嚴(yán)格控制砂粒和其他材料的質(zhì)量，避免使用不合格的材料，保證巖土工程設(shè)計的質(zhì)量。

1現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法概述

近幾十年來，出現(xiàn)了新的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法，比如創(chuàng)造性、系統(tǒng)性、優(yōu)化性、綜合性、CAD等設(shè)計方法，與傳統(tǒng)的、靜態(tài)的、手工的機(jī)械設(shè)計方法相比，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法是動態(tài)的、科學(xué)的、系統(tǒng)的，且可設(shè)計出產(chǎn)品參數(shù)。

2現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法的發(fā)展

隨著計算機(jī)行業(yè)發(fā)展的日新月異和現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法的不斷改革，由傳統(tǒng)的以經(jīng)驗為主的設(shè)計理念轉(zhuǎn)變成了以系統(tǒng)設(shè)計方法為主。

3現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法的特點

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法特點鮮明，設(shè)計時不僅要對機(jī)械的工作原理、構(gòu)造、運(yùn)作方式、力和能量的轉(zhuǎn)換方式、物流技術(shù)，以及各零部件的材料、形狀、大小和潤滑方法等進(jìn)行思考、核對、研究，還要結(jié)合創(chuàng)造性工程、仿生學(xué)、控制論和機(jī)械電子學(xué)等眾多學(xué)科知識進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，從而使設(shè)計出的機(jī)械產(chǎn)品在市場中具有競爭力。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法以傳統(tǒng)設(shè)計方法為基礎(chǔ)，經(jīng)過改進(jìn)和發(fā)展，使現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法更加科學(xué)、合理。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計的綜合性非常強(qiáng)，且設(shè)計的知識領(lǐng)域廣泛，將控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)和科技信息技術(shù)等理論相結(jié)合，并實現(xiàn)了對整個機(jī)械系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)置。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計屬于三維體系，包括時間維、邏輯維和方法維。其中，時間維主要體現(xiàn)在對產(chǎn)品策劃、產(chǎn)品設(shè)計方案等其他設(shè)計流程的步驟上；邏輯維是指解決問題的邏輯順序；方法維是指對設(shè)計過程中的思維和方法的具體體現(xiàn)，從而使現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計實現(xiàn)更高效、更優(yōu)質(zhì)的目標(biāo)。

4現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法分析

摘要：傳統(tǒng)的工程車輛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計主要基于經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計。產(chǎn)品在長時間服役以及極端工況下，不可靠的問題突顯。本文根據(jù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計實踐經(jīng)驗，系統(tǒng)性闡述工程車輛結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計的方法，并重點分析應(yīng)力（強(qiáng)度）概率分布的確定方法以及工程實踐中的數(shù)據(jù)處理策略。

關(guān)鍵詞：工程車輛；可靠性；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計

0引言

據(jù)統(tǒng)計，工程車輛的結(jié)構(gòu)件重量占整機(jī)重量的50%～70%。在保證工程車輛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，減輕車身的重量，對降低成本、提高作業(yè)效率、增加燃油經(jīng)濟(jì)性有重要的作用。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計的核心觀點是：材料的強(qiáng)度值大于或者等于載荷產(chǎn)生的應(yīng)力[1]。即：（1）其中為載荷產(chǎn)生的應(yīng)力，S為材料強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，即為保證安全而增加的倍數(shù)。一般認(rèn)為，滿足上述條件，所設(shè)計的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是可靠的。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計方法認(rèn)為材料的強(qiáng)度和載荷應(yīng)力均為恒定值。然而隨著時間的推移，由于材料在動載荷、腐蝕、磨損、疲勞載荷的長期作用下，材料強(qiáng)度會逐漸衰減，同時外加載荷隨著工況的不同，其產(chǎn)生的應(yīng)力大小也不斷地發(fā)生著變化。因此，該設(shè)計存在如下缺陷：1）使用初期，材料強(qiáng)度大于應(yīng)力，但隨著時間的推移，材料強(qiáng)度存在小于應(yīng)力的可能，即隨著時間的變化結(jié)構(gòu)變得不可靠，而設(shè)計人員卻無法預(yù)知；2）由于設(shè)計時外加載荷被假定為恒定值，在極端工況下，存在應(yīng)力大于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，從而結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的情況。本文在前人工作的基礎(chǔ)上，基于可靠性理論，結(jié)合工程實踐系統(tǒng)性地闡述了工程車輛結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計的方法。

1工程車輛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計

1.1可靠性理論下的結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠性理論認(rèn)為零件強(qiáng)度會受到外加載荷、磨損、加工質(zhì)量、潤滑狀態(tài)等因素的影響，由于這些影響因素的狀態(tài)是隨機(jī)變化的，因此強(qiáng)度為隨機(jī)變量[2]。同理，應(yīng)力在載荷工況、零件尺寸、工作溫度等因素的影響下也為隨機(jī)變量。用f(x)表示零件強(qiáng)度，用g(x)表示零件應(yīng)力，則某一時刻下，零件的應(yīng)力和強(qiáng)度的關(guān)系如圖1所示：通常零件的強(qiáng)度是高于其應(yīng)力的，但由于強(qiáng)度與應(yīng)力的隨機(jī)性，使得應(yīng)力-強(qiáng)度兩概率密度函數(shù)曲線在一定條件下可能存在相交的區(qū)域，這一區(qū)域被稱為干涉區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)零件可能出現(xiàn)破壞，同時干涉區(qū)域的面積即為不可靠度。從時間角度講，零件使用初期，強(qiáng)度分布與應(yīng)力分布不存在交集，但隨著時間的變化，強(qiáng)度慢慢減小，最后出現(xiàn)了干涉區(qū)域，如圖2所示。因此，干涉區(qū)域面積的大小及其變化是可靠性設(shè)計重點關(guān)注的核心，是量化可靠度的重要內(nèi)容。綜上，基于可靠性理論的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計的主要內(nèi)容為：確定基于實際工況下的應(yīng)力和零件強(qiáng)度分布函數(shù)；根據(jù)設(shè)計要求，量化零件的可靠度；進(jìn)行零件結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定。

1.2基于可靠性理論的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計過程。1.2.1零件可靠度的確定。工程車輛結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計的起點是確定可靠度，即是確定在額定工作時間下的可靠度。可靠度的具體確定主要是根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品的市場信息反饋或者客戶的具體需求。一般而言，主要根據(jù)產(chǎn)品故障引發(fā)的危險性程度及經(jīng)濟(jì)性后果來確定。破壞后，造成的危險性較高、經(jīng)濟(jì)損失較大的零部件，其可靠性等級往往需要較高。產(chǎn)品可靠性水平等級與可靠度的關(guān)系如表1所示。對于工程車輛而言，關(guān)鍵零部件一般選擇4級，特殊結(jié)構(gòu)選用5級。1.2.2結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計的具體流程。在工程車輛的實際設(shè)計過程中，一般采用如下的設(shè)計流程，如圖3所示：根據(jù)確定好的應(yīng)力概率分布和強(qiáng)度概率分布，建立應(yīng)力-強(qiáng)度的干涉模型；然后建立基于可靠度的應(yīng)力、強(qiáng)度關(guān)系式；最后確定零件結(jié)構(gòu)參數(shù)。1.2.3應(yīng)力（強(qiáng)度）概率分布的確定。應(yīng)力是計算零件截面上載荷與截面幾何尺寸的函數(shù)，強(qiáng)度是關(guān)于零件材料性能和幾何尺寸的函數(shù)，因此求取應(yīng)力（強(qiáng)度）概率分布實際上需要先求取載荷、幾何尺寸以及零件材料性能的概率分布；然后再根據(jù)這三者的概率分布，計算出應(yīng)力（強(qiáng)度）的概率分布。概率分布確定過程中的數(shù)據(jù)來源主要有：1）產(chǎn)品使用或維修過程中的統(tǒng)計資料；2）可靠性試驗產(chǎn)生的數(shù)據(jù)；3）可靠性解析式計算或預(yù)測的數(shù)據(jù)。統(tǒng)計或試驗數(shù)據(jù)一般需要經(jīng)過統(tǒng)計和分析才能進(jìn)行使用。載荷概率分布的計算要求進(jìn)行實測，即對載荷-時間歷程進(jìn)行記錄、計算，再根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計，確定分布類型和建立數(shù)學(xué)模型。零件材料性能概率分布一般要求對材料進(jìn)行一定數(shù)量的試驗，然后根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，確定概率分布。由于金屬材料的力學(xué)性能相對穩(wěn)定且工藝已經(jīng)流程化，因此金屬材料的概率分布可以通過已有的金屬材料手冊數(shù)據(jù)進(jìn)行近似計算；對于新材料，由于對其研究和認(rèn)識不充分，必須經(jīng)過試驗、統(tǒng)計得出概率分布。幾何尺寸受到加工設(shè)備精度、量具精度以及人員的操作水平的影響，其概率分布可通過實際測量計算得到，大量統(tǒng)計表明，幾何尺寸一般呈現(xiàn)正態(tài)分布[3]。確定載荷概率分布、幾何尺寸概率分布、零件材料性能概率分布后，可通過各參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系求取應(yīng)力（強(qiáng)度）的概率分布。通過對大量文獻(xiàn)的綜合分析，目前確定應(yīng)力、強(qiáng)度分布的方式主要有以下幾種：1）代數(shù)法[4]。設(shè)影響零部件應(yīng)力或強(qiáng)度的參數(shù)為X1，X2，��，Xn，且它們相互獨(dú)立且服從正態(tài)分布，則可根據(jù)應(yīng)力（強(qiáng)度）與參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，把它們綜合成僅含單一隨機(jī)變量的應(yīng)力或強(qiáng)度表達(dá)函數(shù)，按照正態(tài)分布函數(shù)的運(yùn)算可求出其分布。顯然，該方法的應(yīng)用范圍主要針對影響參數(shù)為正態(tài)分布的情況。2）矩陣法[4]。當(dāng)應(yīng)力或強(qiáng)度函數(shù)f(x)比較復(fù)雜時，其數(shù)學(xué)期望和方差將很難獲取，此時采用泰勒展開式，計算展開式的數(shù)學(xué)期望及方差。該方法雖然得到的是近似解，但是求解容易，精度也足夠高。3）Monte-carlo法[5]。影響零部件應(yīng)力或強(qiáng)度的參數(shù)為X1，X2，��，Xn，可能并非屬于同一分布，此時應(yīng)力或強(qiáng)度分布函數(shù)f(x)將很難解析或者根本就無法解析。Monte-carlo法可以用于解決此問題，其主要的策略為：對于每一個參數(shù)Xi，產(chǎn)生若干符合其分布的點，代入公式就得到若干符合Y分布的點，從而模擬出Y的分布。該方法需要借助計算機(jī)，以統(tǒng)計抽樣理論為基礎(chǔ)，是目前解決工程技術(shù)問題近似解的一個數(shù)值計算方法，廣泛應(yīng)用于工程中。1.2.4基于可靠度的應(yīng)力、強(qiáng)度關(guān)系式的建立。令f(s)為應(yīng)力分布的概率密度函數(shù)，g(δ)為強(qiáng)度分布的概率密度函數(shù)，如圖4所示。應(yīng)力值S1落于寬度為dS的小區(qū)間的概率為：（2）強(qiáng)度δ大于應(yīng)力S1的概率為：（3）由于強(qiáng)度分布和應(yīng)力分布屬于兩個獨(dú)立隨機(jī)事件，因此，在dS的小區(qū)間內(nèi)，不會出現(xiàn)失效的概率（即可靠概率）為：（4）由于S1為隨機(jī)選取的區(qū)間，因此在整個定義域內(nèi)，可通過對RS1進(jìn)行積分，即可得到整個零件的可靠度。該方程即為基于可靠度的應(yīng)力強(qiáng)度關(guān)系式，其中可靠度R在零件設(shè)計前便已經(jīng)確定，應(yīng)力密度函數(shù)f(s)和強(qiáng)度密度函數(shù)g(δ)也已經(jīng)確定，因此求解該方程便可得到整個零件的設(shè)計參數(shù)。1.2.5基于正態(tài)分布的可靠性結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)文獻(xiàn)和實踐應(yīng)用，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分布和應(yīng)力分布服從正態(tài)分布的情況較為常見。因此本文結(jié)合強(qiáng)度分布和應(yīng)力分布均服從正態(tài)分布情況下，對結(jié)合參數(shù)的設(shè)計進(jìn)行說明。應(yīng)力和強(qiáng)度服從正態(tài)分布時，其密度函數(shù)為：（6）（7）令，顯然y也服從正態(tài)分布。同時當(dāng)y>0時，產(chǎn)品是可靠的，其可靠度表達(dá)式為：（8）令，則，且當(dāng)y=0時，z的下限為：（9）當(dāng)y為+∞時，z也為+∞，故可靠度R可寫為：（10）由于隨機(jī)變量z屬于正態(tài)分布，因此，可靠性公式可寫為分布函數(shù)的形式：（11）其中，zR=-z=，稱為可靠性指數(shù)。可見，對于應(yīng)力分布和強(qiáng)度分布屬于正態(tài)分布的情況，可通過應(yīng)力和強(qiáng)度的均值和標(biāo)準(zhǔn)差及可靠度求取結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)。1.2.6工程實踐中的數(shù)據(jù)處理。綜上所述，求取應(yīng)力（強(qiáng)度）概率分布前，需確定載荷、幾何尺寸以及材料性能的分布。確定分布的最佳方式是通過實驗或者統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，然而由于企業(yè)往往很難進(jìn)行大規(guī)模的基礎(chǔ)性實驗，因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計時，最佳的做法是充分利用好以往的數(shù)據(jù)。1）求取載荷概率分布的常見做法：如果企業(yè)以往有相關(guān)的載荷統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可進(jìn)行一定的處理后直接使用；若無相關(guān)數(shù)據(jù)，則必須進(jìn)行載荷-時間歷程的試驗。鑒于載荷分布的準(zhǔn)確性直接影響應(yīng)力和強(qiáng)度分布的準(zhǔn)確性，因此務(wù)必重視該項試驗。2）求取幾何尺寸分布的常見做法[2，6-7]：文獻(xiàn)顯示，幾何尺寸的偏差一般服從正態(tài)分布，因此批量加工零部件的幾何尺寸可認(rèn)為符合正態(tài)分布，一般按照“3倍標(biāo)準(zhǔn)差原則”進(jìn)行參數(shù)的確定。3）求取材料性能分布的常見做法[2，6-7]：相關(guān)文獻(xiàn)及書籍顯示，金屬材料的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度一般能較好地符合或近似符合正態(tài)分布，大部分材料的疲勞強(qiáng)度服從正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布，部分材料的疲勞強(qiáng)度服從威布爾分布。因此在具體使用過程中，可翻閱相關(guān)的資料，確定材料性能的分布類型后，再通過材料手冊進(jìn)行計算。

摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，人們逐漸提高了對施工企業(yè)的需求，在工程建設(shè)過程中巖土工程設(shè)計非常重要，不僅對工程進(jìn)度具有一定的控制作用，而且還會直接影響著建筑工程的質(zhì)量。近些年，企業(yè)的競爭力在逐漸加強(qiáng)，要想使施工企業(yè)在激烈競爭中占據(jù)有力的位置，獲得有效的發(fā)展的空間，施工企業(yè)就需要提高巖土工程設(shè)計可靠性的有效策略。由于探巖土工程的設(shè)計難度比較高，在加上巖土具有比較強(qiáng)的不確定性，會對巖土工程設(shè)計的可靠性造成一定的影響，很難保證巖土工程設(shè)計的質(zhì)量，因此，本文對提高巖土工程設(shè)計可靠性的方法和巖土工程設(shè)計可靠性的有效措施進(jìn)行了深入的分析，為提升巖土工程設(shè)計質(zhì)量提供了有力的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：巖土工程；工程設(shè)計；可靠性

巖土工程與結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行比較，存在很多的相同支出，在對巖土工程進(jìn)行設(shè)計的過程中，對于該種狀態(tài)需要采用需要獨(dú)立、有限個參數(shù)進(jìn)行確定，但是根據(jù)是設(shè)計的過程中來看，巖土工程具有一個非常顯著的特征就是它具有一定的非確定性，在實際設(shè)計的過程中，模型的建立主要是在概率論及數(shù)理統(tǒng)計的基礎(chǔ)之上。因此，在進(jìn)行設(shè)計過程中，會采用安全系數(shù)的方法進(jìn)行表示。在新時期下，由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，對于傳統(tǒng)、落后的安全系數(shù)方法已經(jīng)無法滿足施工企業(yè)的發(fā)展需求，而且對巖土工程的總體設(shè)計的質(zhì)量也會造成嚴(yán)重的影響，同時引起了社會的關(guān)注和重視。施工企業(yè)要想更好的順應(yīng)時展的潮流，就要在與很大程度上保證巖土工程的設(shè)計質(zhì)量，不斷提高巖土工程設(shè)計的可靠性。

1提高巖土工程設(shè)計可靠性的方法

1.1一次二階矩分析法

一次二階矩分析法在巖土工程可靠性設(shè)計中是比較常用的一種方法，主要是根據(jù)其展開點可以將其分為兩種方法，一種是驗算點法，一種是中心點法，一次二階矩分析法由于計算比較簡單，主要以獨(dú)立的隨機(jī)變量作為前提，從而建立可靠指標(biāo)的求解公式，在巖土工程可靠性分析中得到了廣泛的應(yīng)用看，并且其效果也非常顯著[1]。但是該種方法在實際應(yīng)用的過程中，一定要注意以下兩個問題：①由于土性指標(biāo)具有非常強(qiáng)的互相關(guān)性和自相關(guān)性，一次二階矩分析法在應(yīng)用的過程中，對變量的相關(guān)性是不要進(jìn)行考慮的，所以會出現(xiàn)一定的問題，導(dǎo)致所計算出的可靠性的指標(biāo)具有一定的差異性；②一次二階矩分析法比較適合應(yīng)用在非線性程度不是很高的極限狀態(tài)中，而對于非線性程度比較高的極限狀態(tài)來講，會存在求導(dǎo)比較困難的現(xiàn)象。

1.2蒙特卡羅分析法

[摘要]巖土工程設(shè)計的可靠性對整個工程質(zhì)量有重要的作用，因此提高巖土工程設(shè)計的可靠性就成為工程設(shè)計中急需解決的問題。本文通過分析巖土工程特性，指出為何要提高巖土工程設(shè)計可靠性，并從提高巖土工程設(shè)計可靠性的技術(shù)方法與提高巖土工程設(shè)計可靠性的有效措施展開論述，歡迎各位交流討論，指正批評。

[關(guān)鍵詞]巖土工程；可靠性；措施

因為巖土工程設(shè)計中有很多不確定的因素，對工程質(zhì)量、施工安全會產(chǎn)生不同程度的影響。因此在巖土工程設(shè)計中就要應(yīng)用多種可靠性技術(shù)，采取有效的措施，從而提高巖土工程設(shè)計的可靠性。

1巖土工程的特性

因為巖土工程的獨(dú)特特點，就要求必須要保證設(shè)計的可靠性，從而規(guī)避施工中的各類問題。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計巖土工程之前充分了解巖土特征，具體包括以下幾點：天然性。巖土工程可靠性分析中的所有對象都是天然的，而且有很多的材料都是在地面以下，這就導(dǎo)致材料有很大一部分是不可見的，只能通過多種勘測手段結(jié)合的方式來獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。地域性。通過大量的資料分析可以發(fā)現(xiàn)在不同位置的巖土就會呈現(xiàn)出不同的特征，即使在同一施工區(qū)域內(nèi)，巖土的性質(zhì)也會發(fā)生變化。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計中關(guān)注巖土地域性，做大量的數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)備工作，保證設(shè)計方案的可靠性與可行性。數(shù)據(jù)難得性。巖土工程要想獲得相關(guān)的數(shù)據(jù)信息需要通過各類的實驗，不僅對試驗方法提出較高要求，要求實驗人員掌握較高的實驗技術(shù)，因此獲得相關(guān)的數(shù)據(jù)信息就比較困難。一些施工單位為了縮減開支，實驗投入成本不足就很容易導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，影響巖土工程設(shè)計的可靠性。

2提高巖土工程設(shè)計可靠性的技術(shù)方法

2.1一次二階矩分析法

摘要：隨著全球經(jīng)濟(jì)的貿(mào)易一體化，我國現(xiàn)在已然縱身躍入世界經(jīng)濟(jì)大的格局之中。國內(nèi)的各行各業(yè)都在與世界接軌，一派創(chuàng)新、改革、發(fā)展的風(fēng)貌。人們對生活水平的要求的不斷提高，加之人員流動量巨大，交通行業(yè)發(fā)展迅速，隨之而來的也帶動了汽車行業(yè)的熱度高漲，我國的汽車保有量隨之提升，汽車的相關(guān)設(shè)計與開發(fā)應(yīng)用技術(shù)也在不斷的進(jìn)步和優(yōu)化。為了進(jìn)一步滿足人們對汽車性能的要求，所以就要考慮變速器的優(yōu)化設(shè)計。在整個汽車的傳動系統(tǒng)中，機(jī)械變速器是其中的重要的組成部分，變速器的優(yōu)與劣直接影響汽車的傳動性能，進(jìn)而影響駕駛員的操控效率。本文主要針對變速器的傳動原理，以及其可靠性優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：機(jī)械變速器；變速傳動；可靠性；優(yōu)化

現(xiàn)如今，交通越來越方便，汽車越來越普及。由于汽車所需要的是高傳動效率，加之機(jī)械式變速器制造手段精湛而且性能穩(wěn)定，成本又低的特點，在汽車的傳動系統(tǒng)中大部分都使用的是機(jī)械式變速器。當(dāng)然，這種機(jī)械式變速器也有不足之處，比如換擋時會產(chǎn)生沖擊，以及其自身體積大、笨重的缺點都很影響其性能充分展現(xiàn)出來，所以才需要采取一些可靠性高的優(yōu)化方案來彌補(bǔ)這些不足之處。其深遠(yuǎn)意義對于汽車行業(yè)的發(fā)展是極其有利的。

一、機(jī)械式變速器變速傳動原理

變速器是一種齒輪傳動裝置，它可以固定或者按照規(guī)定的檔次改變輸入軸和輸出軸的傳動比，是變速傳動系統(tǒng)的重要組成部分。變速器由兩部分組成：傳動機(jī)構(gòu)和變速機(jī)構(gòu)。傳動機(jī)構(gòu)一般情況下是使用普通齒輪傳動的，但是也有極特殊的條件下使用行星齒輪，這兩種齒輪都可以保證其傳動工作。汽車的機(jī)械式變速器達(dá)到變速傳動的原理主要是通過加大或者縮小輸入輸出軸的傳動比或者是曲軸間距來實現(xiàn)的。通過這樣的方式，汽車可以在多種行駛情況下達(dá)到對車輪的牽引力和運(yùn)行速度的達(dá)到駕駛?cè)怂枰臓顟B(tài)。汽車的機(jī)械式變速器變速傳動主要是通過齒輪的變化來實現(xiàn)減速，在需要減速的時候，換上大的齒輪來傳送，在需要加速的時候，換成小的齒輪來傳送。

二、汽車機(jī)械式變速器變速傳動機(jī)構(gòu)可靠性的優(yōu)化設(shè)計

變速器在實際的使用當(dāng)中不只是為了實現(xiàn)換擋傳動而存在，其更重要的意義在于保證汽車在運(yùn)行時的相對穩(wěn)定和安全。如果變速器的性能不好，那么將影響汽車行駛時的安全性和操作性。在優(yōu)化的過程中，可以通過變速器的材質(zhì)和其內(nèi)部零件的尺寸以及載荷進(jìn)行多次試驗研究分析車輛的機(jī)械式變速器，確定優(yōu)化設(shè)計結(jié)果是否可靠。