Анализ прочности и напряжений

Анализ прочности и напряжений определяет способность компонента или элемента противостоять электрическим и механическим воздействиям окружающей среды или другим напряжениям, которые могут быть причиной отказа. Этот анализ определяет физические последствия воздействия на компоненты, а также механические или физические свойства компонента. Вероятность отказа компонента прямо пропорциональна прикладываемым напряжениям. Определенные отношения напряжений к прочности компонента определяют надежность компонента.

Применение

Анализ прочности и напряжений используют прежде всего при определении надежности или эквивалентной интенсивности отказов компонентов. Кроме того, его используют при исследовании физики отказа и определении вероятностного режима отказа компонента, вызванного определенной причиной.

Структурная надежность компонента, то есть его способность выдерживать электрические или другие напряжения, зависит от его прочности или несущей способности. В этом случае надежность является вероятностной мерой эффективности компонента. Определение этой несущей способности включает неопределенность, поэтому ее выражают случайной величиной; прикладываемое напряжение по этой же причине тоже представляют случайной величиной. Пересечение зон неопределенности этих случайных величин, представленных соответствующими распределениями, характеризует вероятность того, что напряжение превысит прочность, то есть вероятность появления отказа.

Оценки напряжений, прочности и результирующая надежность частей определяются вторыми моментами и зависят от дисперсий случайных величин, характеризующих ожидаемые напряжения и прочность. Часто задача упрощается до сравнения одной переменной напряжения с соответствующей характеристикой прочности компонента.

В общем случае прочность и напряжение должны быть описаны функцией эффективности или функцией состояния, которая представляет множество характеристик проекта. Положительное значение этой функции соответствует безопасному состоянию, а отрицательное - состоянию отказа.

Ключевые элементы

Ключевые элементы включают детальное знание составляющих материалов компонента и конструкции, а также других исследуемых свойств и соответствующих методов моделирования ожидаемых напряжений.

Достоинства

Анализ прочности и напряжений позволяет получить точное представление о надежности компонента, как функции процессов, приводящих к отказу. Метод позволяет учесть изменения проекта, а также изменчивости прикладываемых напряжений и их взаимную корреляцию. В результате метод обеспечивает более глубокое понимание воздействий сложных напряжений и лучше отображает физику отказа компонента, поскольку позволяет учесть воздействие различных факторов (механических, условий окружающей среды), включая их взаимодействие.

Ограничения

В случае сложных напряжений и особенно, когда имеется взаимодействие или корреляция между ними, решение задачи может быть очень сложным, требующим применения специальных программных средств. Другим недостатком анализа являются возможные ошибки в предположениях о распределениях случайных величин, которые могут привести к ошибкам при решении задачи.