失效樹分析法是一種邏輯分析方法。邏輯分析法包括事件樹分析法(簡稱ETA)、管理失誤和風(fēng)險(xiǎn)樹分析法(簡稱MORT)和失效樹分析法(簡稱FTA)等。這里只介紹失效樹分析法。

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　　圖2材料失效抗力指標(biāo)與成分、組織、狀態(tài)關(guān)系示意圖

　　失效樹分析(FaultTreeAnalysis)早在20世紀(jì)60年代初就由美國貝爾研究所首先用于民兵導(dǎo)彈的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上,為預(yù)測導(dǎo)彈發(fā)射的隨機(jī)失效概率做出了貢獻(xiàn)。此后許多人對失效樹分析的理論和應(yīng)用進(jìn)行了研究。1974年美國原子能管理委員會主要采用失效樹分析商用原子反應(yīng)堆安全性的Wash-1400報(bào)告,進(jìn)一步推動(dòng)了對失效樹的研究和應(yīng)用。迄今FTA法在國外已被公認(rèn)為當(dāng)前對復(fù)雜安全性、可靠性分析的一種好方法。

　　失效樹分析法

　　失效樹分析法是:在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中,通過對可能造成系統(tǒng)失效的各種因素(包括軟件、硬件、環(huán)境、人為因素等)進(jìn)行分析,畫出邏輯框圖(即失效樹),從而確定系統(tǒng)失效原因的各種可能的組合方式或發(fā)生概率,以計(jì)算系統(tǒng)失效概率,采取相應(yīng)的糾正措施,以提高系統(tǒng)可靠性的一種設(shè)計(jì)分析方法。

　　FTA法具有很大的靈活性,即不是局限于對系統(tǒng)可靠性作一般的分析,而且可以分析系統(tǒng)的各種失效狀態(tài)。不僅可分析某些元部件失效對系統(tǒng)的影響,還可以對導(dǎo)致這些元部件失效的特殊原因進(jìn)行分析。

　　FTA法是一種圖形演繹方法,是失效事件在一定條件下的邏輯推理方法。它可以圍繞某些特定的失效狀態(tài)作層層深入的分析。因而在清晰的失效樹圖形下,表達(dá)了系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系,并指出元部件失效與系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系,找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。

　　FTA法不僅可以進(jìn)行定性的邏輯推導(dǎo)分析,而且可以定量地計(jì)算復(fù)雜系統(tǒng)的失效概率及其他的可靠性參數(shù),為改善和評估系統(tǒng)的可靠性提供定量的數(shù)據(jù)。

　　FTA法的步驟,因評價(jià)對象、分析目的、精細(xì)程度等而不同,但一般可按如下的步驟進(jìn)行:①失效樹的建造;②失效樹的定性分析;③失效樹的定量分析;④基本事件的重要度分析。

　　失效樹的建造是一件十分復(fù)雜和仔細(xì)的工作,要求注意以下幾點(diǎn):

　　(1)失效分析人員在建樹前必須對所分析的系統(tǒng)有深刻的了解。

　　(2)失效事件的定義要明確,否則樹中可能出現(xiàn)邏輯混亂乃至矛盾、錯(cuò)誤。

　　(3)選好頂事件,若頂事件選擇不當(dāng)就有可能無法分析和計(jì)算。對同一個(gè)系統(tǒng),選取不同的頂事件,其結(jié)果是不同的。在一般情況下,頂事件可以通過初步的失效分析,可從各種失效模式中找出該系統(tǒng)最可能發(fā)生的失效模式作為頂事件。

　　(4)合理確定系統(tǒng)的邊界條件—-規(guī)定所建立的失效樹的狀況。有了邊界條件就明確了失效樹建到何處為止。邊界條件一般包括確定頂事件、確定初始條件和確定不許可的事件等。

　　(5)對系統(tǒng)中各事件之間的邏輯關(guān)系及條件必須分析清楚,不能有邏輯上的紊亂及條件上的矛盾。

　　例如,低合金超高強(qiáng)度鋼一般在低溫回火或等溫(馬氏體等溫或貝氏體等溫)淬火狀態(tài)下使用。在服役期間,低合金超高強(qiáng)度鋼也常發(fā)生斷裂失效(破壞)。失效樹的頂事件就是構(gòu)件的破壞。這種破壞可由不同的事件——疲勞、過載、應(yīng)力腐蝕開裂及具有最大可能性的氫脆等等——造成的。這些事件,每一個(gè)都通過“或門”與頂事件相連(圖3)。斷口分析表明,失效殘骸的斷口形態(tài)不同于過載和疲勞。因此,過載和疲勞是不發(fā)展事件,并分別用棱形表示 中國可靠性論壇:http://kekaoxing.com/club

　　在圖3中。當(dāng)然如果斷口分析不能排除這些事件時(shí),那么仍有必要進(jìn)一步地發(fā)展。對于氫脆來說,它是在臨界應(yīng)力強(qiáng)度和臨界含氫量共同作用下發(fā)生的,因此臨界應(yīng)力強(qiáng)度(圖3中的事件15)和臨界含氫量(圖3中的事件14)應(yīng)采用“與門”與氫脆(圖3中的事件4)相連,其中臨界含氫量為不發(fā)展事件。

　　應(yīng)力腐蝕開裂(圖3中事件3)則是臨界應(yīng)力強(qiáng)度(圖3中事件6)和造成開裂元素的臨界濃度可以是臨界氫濃度(圖3中事件10),也可以是除氫以外的其他物質(zhì)的臨界含量(圖3中事件11),這樣事件10和事件11應(yīng)用“或門”與事件7相連。事件10和事件11均為不發(fā)展事件,故均用棱形框表示。可以看出,如果認(rèn)為應(yīng)力腐蝕開裂與氫脆都是由于臨界應(yīng)力強(qiáng)度上臨界氫濃度引起的,那末在失效樹的第一行不能區(qū)分應(yīng)力腐蝕開裂和氫脆,不過,應(yīng)力腐蝕開裂和氫脆應(yīng)該在斷裂源的起始位置上找到差別。應(yīng)力腐蝕開裂的臨界氫濃度應(yīng)在暴露表面上顯示出來,因此它的斷裂源一般在“暴露表面上”,而氫脆的臨界氫濃度可能在電鍍表面或次表面先達(dá)到,因此它的斷裂源應(yīng)在電鍍表面上或次表面上。所以是應(yīng)力腐蝕開裂還是氫脆在失效樹的第二行就可以初步確定了。雖然應(yīng)力腐蝕開裂和氫脆的條件之一都是臨界應(yīng)力強(qiáng)度,并且它們臨界應(yīng)力強(qiáng)度都取決于構(gòu)件上的載荷(事件8和事件16)和材料的流變應(yīng)力大于材料的臨界門檻應(yīng)力σi(當(dāng)然,應(yīng)力腐蝕的門檻應(yīng)力數(shù)值與氫脆的門檻應(yīng)力數(shù)值不同),但是由于應(yīng)力腐蝕開裂一般起始于暴露表面,構(gòu)件的表面流變應(yīng)力對構(gòu)件的平均載荷不敏感,而對表面的加工缺陷等原因所造成應(yīng)力集中或應(yīng)變集中則十分敏感,因而在應(yīng)力腐蝕系統(tǒng)中,加工缺陷處的流變應(yīng)力大于材料的應(yīng)力腐蝕門檻應(yīng)力用“或門”與事件9相連;在氫脆系統(tǒng)中,由于氫脆一般起源于電鍍層的次表面,構(gòu)件上的載荷(事件16)可以是施加的載荷(事件18)也可以是構(gòu)件內(nèi)部的殘余應(yīng)力(事件19),故事件18和事件19用“或門”與事件16相連。材料的氫脆門檻應(yīng)力受表面加工缺陷的影響較小,不需要進(jìn)一步的展開分析(事件17為不發(fā)展事件)了。

　　從以上FTA法在構(gòu)件斷裂失效分析中的具體應(yīng)用情況可以看出,FTA法可以對特定的失效事件作層層深入地邏輯推理分析,在清晰的失效樹的幫助下,最后找到這一特定失效事件的失效原因或該構(gòu)件的薄弱環(huán)節(jié),因此,FTA法是進(jìn)行失效分析的好方法之一。