一、概述
航天機(jī)械產(chǎn)品一般具有長(zhǎng)壽命、高可靠的特點(diǎn)。在航天環(huán)境中工作的機(jī)械設(shè)備，面臨原子氧、紫外線輻射、電離輻射、等離子體、碎片和顆粒物、熱載荷、腐蝕等環(huán)境因素的影響，其可靠性也會(huì)受到上述因素的影響。為分析航天機(jī)械產(chǎn)品的可靠性，需要先了解這些機(jī)械產(chǎn)品的主要失效機(jī)理模型。
二、航天機(jī)械產(chǎn)品主要失效機(jī)理模型
2.1 磨損
磨損是由于機(jī)械作用而從固體表面去除材料。在大多數(shù)情況下，從表面移除的材料量相對(duì)于所涉及部件的總材料質(zhì)量而言很小。
磨損過(guò)程可以分為四種主要的磨損形式為：
（1） 粘著磨損
（2） 磨粒磨損
（3） 腐蝕磨損
（4） 表面疲勞磨損
上述給出的是主要磨損類型。當(dāng)然，還有其他一些分類方法以及其他一些磨損類型。
2.1.1 粘著磨損
定義：粘著磨損發(fā)生在兩個(gè)光滑物體相互滑動(dòng)，碎片從一個(gè)表面脫落并粘附到另一個(gè)表面。一旦碎片從其原始表面撕下并附著到相對(duì)表面，它們可能會(huì)重新附著到其表面，或成為松散碎片。
極限狀態(tài)方程：經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，粘著磨損有3大法則
（1） 磨損量通常與負(fù)載L成正比；
（2） 磨損量通常與滑動(dòng)距離x成正比；
（3） 磨損量通常與磨損表面的硬度p成反比；
Holm提出了磨損體積可以描述為：
械可靠性-粘著磨損模型01.png)
V——是材料磨損量
C——是材料相關(guān)的無(wú)量綱常數(shù)
X——是滑動(dòng)距離
L——是載荷
P——是磨損表面的硬度
這種關(guān)系模型的得到的通過(guò)綜合數(shù)據(jù)得到的，有些結(jié)果非常接近預(yù)測(cè)量，而另一些則大不相同。Archard提出了一個(gè)滑動(dòng)模型，該模型允許推導(dǎo)上述方程，同時(shí)提供了對(duì)常數(shù)c含義的洞察。從他的模型中，我們得到了粘著磨損的材料體積的以下模型；
械可靠性-粘著磨損模型02.png)
K——是磨損系數(shù)，等于任何接觸點(diǎn)形成碎片的概率
P——是軟金屬的流動(dòng)壓力
從公式可以看出，我們使用k/3替代了前面的c。第二個(gè)方程式的唯一重要要求是碎片的體積應(yīng)與連接直徑的立方成比例。
第二個(gè)方程的另外一種表達(dá)式為：
械可靠性-粘著磨損模型03.png)
Ar——是實(shí)際接觸面積
雖然了解磨損量很重要，但通常我們更感興趣的是材料磨損的深度。
為此，我們擴(kuò)展上面的模型為材料磨損的深度：
械可靠性-粘著磨損模型04.png)
d——是磨損深度
p——是名義壓力
L——是滑動(dòng)距離
H——是材料硬度
K——是磨損系數(shù)
現(xiàn)在，這個(gè)磨損關(guān)系式可以進(jìn)行表面的壽命評(píng)估。如果我們令滑動(dòng)距離為L(zhǎng)，表示成速度v和t的關(guān)系，那么變成
械可靠性-粘著磨損模型05.png)
有了上述的模型（極限狀態(tài)方程公式，我們即可進(jìn)行航天機(jī)械產(chǎn)品粘著磨損故障模式下的可靠性分析了）。在分析時(shí)，我們需要借助機(jī)械可靠性分析工具的FORM方法等，以及有限元仿真，綜合進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的可靠性評(píng)估以及設(shè)計(jì)優(yōu)化。
2.1.2 潤(rùn)滑磨損
定義：當(dāng)兩個(gè)光滑表面在存在潤(rùn)滑介質(zhì)的情況下相互滑動(dòng)時(shí)，就會(huì)發(fā)生潤(rùn)滑磨損。潤(rùn)滑介質(zhì)用于部分或完全相對(duì)分離表面的表面粗糙度，從而減少或消除磨損顆粒的形成。
機(jī)理：當(dāng)兩個(gè)表面的潤(rùn)滑劑程度不足以防止粗糙接觸時(shí)，就會(huì)發(fā)生潤(rùn)滑磨損。如果發(fā)生粗糙接觸，則可使用其他磨損機(jī)制來(lái)確定磨損。
即使在干燥條件，吸收的氣體分子也起到潤(rùn)滑劑的作用。因此，產(chǎn)生的磨損比理論預(yù)測(cè)的要少。Rowe提出了標(biāo)準(zhǔn)磨損關(guān)系模型的更為精確的表達(dá)式為：
械可靠性-潤(rùn)滑磨損模型01.png)
X——是吸收的潤(rùn)滑劑分子的面積直徑
t0——分子在吸收狀態(tài)下振動(dòng)的基本時(shí)間
U——滑動(dòng)速度
E——吸收的能量
TS——表面溫度
為了評(píng)估上述的α，需要知道表面溫度。
接觸面的溫升可以近似為：
械可靠性-潤(rùn)滑磨損模型02.png)
g——是引力常數(shù)
J——是熱的機(jī)械當(dāng)量
K_tc——是導(dǎo)熱系數(shù)
f——是摩擦系數(shù)
r——是接觸面半徑
當(dāng)磨損顆粒開(kāi)始相互作用時(shí)，它們會(huì)破壞潤(rùn)滑油膜并提高潤(rùn)滑油溫度。結(jié)果是潤(rùn)滑油膜崩塌和災(zāi)難性磨損。這種轉(zhuǎn)變的標(biāo)志是輕度磨損過(guò)程的結(jié)束，以及潤(rùn)滑不足和災(zāi)難性磨損的轉(zhuǎn)變。
一旦我們確定了油膜已經(jīng)被破壞，那么我們可以確定其潤(rùn)滑磨損。
需要注意，前面粘著磨損的模型是
械可靠性-潤(rùn)滑磨損模型03.png)
V——是磨損量體積
d——是滑動(dòng)距離
K——是磨損系數(shù)
L——是載荷
H——是材料硬度
因此，我們可以得到如下公式：
械可靠性-潤(rùn)滑磨損模型04.png)
根據(jù)前面的α的表達(dá)式，得到
械可靠性-潤(rùn)滑磨損模型05.png)
當(dāng)我們確定了K_m和α值，我們可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)粘著磨損修正公式來(lái)確定潤(rùn)滑磨損。
當(dāng)我們知道了航天機(jī)械產(chǎn)品主要的失效機(jī)理，那么就可以使用機(jī)械可靠性分析工具進(jìn)行可靠性評(píng)估?？梢允褂肍ORM等方法進(jìn)行可靠性評(píng)估及優(yōu)化設(shè)計(jì)。要將FORM等方法應(yīng)用于航天等行業(yè)的機(jī)械產(chǎn)品可靠性評(píng)估，關(guān)鍵還是在于找出相應(yīng)的失效機(jī)理模型，以及合適的模型參數(shù)。更多關(guān)于機(jī)械產(chǎn)品可靠性分析工具、FORM方法、SORM方法、主要失效機(jī)理及模型參數(shù)，可咨詢我們。
未完待續(xù)。。。