Постепенные (износные) и внезапные отказы

Основным признаком, определяющим различные виды отказов, служит характер возникновения и протекания процессов, приводящих к отказу.

Существуют следующие основные виды отказов (рис. 4).

Рисунок 4 – Схема возникновения основных видов отказов: а – постепенный (износный); б – внезапный; в – сложный.

Постепенные (износные) отказы (рис. 4, а) возникают в результате протекания того или иного процесса старения, ухудшающего начальные параметры изделия.

Основным признаком постепенного отказа является то, что вероятность его возникновения F(t) в течение заданного периода времени от t₁ до t₂ зависит от длительности предыдущей работы изделия t₁ Чем больше эксплуатировалось изделие, тем выше вероятность возникновения отказа, т. е. F₂(∆ t)> F₁(∆ t), если t₂ > t₁, где F(∆ t) вероятность отказа за период от t до (t+∆ t).

К этому виду относится большинство отказов машины. Они связаны с процессами износа, коррозии, усталости и ползучести материалов.

Внезапные отказы (рис. 4, б) возникают в результате сочетания неблагоприятных факторов и случайных внешних воздействий, превышающих возможности изделия к их восприятию.

Отказ возникает через некоторый промежуток времени Тв, который является случайной величиной. Основным признаком внезапного отказа является независимость вероятности его возникновения F(t) в течение заданного периода времени от t₁ до t₂ от длительности предыдущей работы изделия t₁

Примерами таких отказов могут служить тепловые трещины, возникшие в детали вследствие прекращения подачи смазки, поломки детали из-за неправильной эксплуатации машины или возникновения перегрузок, деформация или поломка деталей, попавших в такие условия работы, когда каждый параметр принимает экстремальное значение (наибольшие нагрузки, минимальная твердость материала, повышенная температура и т. п.).

Выход из строя при этом происходит, как правило, внезапно, без предшествующих симптомов разрушения.

Например, причиной отказа автомобильной покрышки может быть как ее износ в результате длительной эксплуатации, так и прокол.

Вероятность отказа покрышки из-за износа протектора у старой покрышки во много раз больше, чем у новой. В противоположность этому прокол — внезапный отказ — не связан с длительностью работы покрышки до данного события. Вероятность его возникновения зависит от состояния дороги и одинакова как для новых покрышек, так и для находившихся в эксплуатации.

Наступление любого отказа зависит от скорости процесса повреждения γ =du/dt, где U — степень повреждения, и от времени начала возникновения этого процесса Тв (см. рис.4).

Для постепенного отказа Тв = 0, т. е. при эксплуатации изделия, процесс начинается сразу, даже если он вначале практически не проявляется, а скорость процесса является функцией времени γ (t).

Для внезапного отказа время возникновения его Тв является случайной величиной и подчиняется некоторому закону распределения f(Тв), не зависящему от состояния изделия. Процесс протекает весьма быстро (γ ) и поэтому функция f(Тв) определяет вероятность безотказной работы. Может быть и третий вид отказов, который включает особенности двух предыдущих (см. рис. 4, в), который будем называть сложным отказом. Здесь время возникновения отказа — случайная величина, не зависящая от состояния изделия, а скорость процесса потери работоспособности изделия γ (t) зависит от его сопротивляемости.

Например, внешние недопустимые ударные воздействия на машину (редкое случайное событие) могут явиться источником возникновения усталостной трещины из-за концентрации напряжений. Постепенное развитие трещины будет происходить по мере дальнейшей эксплуатации машины.