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)、管理失誤和風險樹分析法(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材料失效抗力指標與成分、組織、狀態關系示意圖

　　失效樹分析(FaultTreeAnalysis)早在20世紀60年代初就由美國貝爾研究所首先用于民兵導彈的控制系統設計上,為預測導彈發射的隨機失效概率做出了貢獻。此后許多人對失效樹分析的理論和應用進行了研究。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堆安全性的Wash-1400報告,進一步推動了對失效樹的研究和應用。迄今FTA法在國外已被公認為當前對復雜安全性、可靠性分析的一種好方法。

　　失效樹分析法

　　失效樹分析法是:在系統設計過程中,通過對可能造成系統失效的各種因素(包括軟件、硬件、環境、人為因素等)進行分析,畫出邏輯框圖(即失效樹),從而確定系統失效原因的各種可能的組合方式或發生概率,以計算系統失效概率,采取相應的糾正措施,以提高系統可靠性的一種設計分析方法。

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

　　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作層層深入的分析。因而在清晰的失效樹圖形下,表達了系統的內在聯系,并指出元部件失效與系統之間的邏輯關系,找出系統的薄弱環節。

　　FTA法不僅可以進行定性的邏輯推導分析,而且可以定量地計算復雜系統的失效概率及其他的可靠性參數,為改善和評估系統的可靠性提供定量的數據。

　　FTA法的步驟,因評價對象、分析目的、精細程度等而不同,但一般可按如下的步驟進行: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雜和仔細的工作,要求注意以下幾點:

　　(1)失效分析人員在建樹前必須對所分析的系統有深刻的了解。

　　(2)失效事件的定義要明確,否則樹中可能出現邏輯混亂乃至矛盾、錯誤。

　　(3)選好頂事件,若頂事件選擇不當就有可能無法分析和計算。對同一個系統,選取不同的頂事件,其結果是不同的。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最可能發生的失效模式作為頂事件。

　　(4)合理確定系統的邊界條件—-規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)對系統中各事件之間的邏輯關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)淬火狀態下使用。在服役期間,低合金超高強度鋼也常發生斷裂失效(破壞)。失效樹的頂事件就是構件的破壞。這種破壞可由不同的事件——疲勞、過載、應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不同于過載和疲勞。因此,過載和疲勞是不發展事件,并分別用棱形表示 中國可靠性論壇:http://kekaoxing.com/club

　　在圖3中。當然如果斷口分析不能排除這些事件時,那么仍有必要進一步地發展。對于氫脆來說,它是在臨界應力強度和臨界含氫量共同作用下發生的,因此臨界應力強度(圖3中的事件15)和臨界含氫量(圖3中的事件14)應采用“與門”與氫脆(圖3中的事件4)相連,其中臨界含氫量為不發展事件。

　　應力腐蝕開裂(圖3中事件3)則是臨界應力強度(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的臨界含量(圖3中事件11),這樣事件10和事件11應用“或門”與事件7相連。事件10和事件11均為不發展事件,故均用棱形框表示。可以看出,如果認為應力腐蝕開裂與氫脆都是由于臨界應力強度上臨界氫濃度引起的,那末在失效樹的第一行不能區分應力腐蝕開裂和氫脆,不過,應力腐蝕開裂和氫脆應該在斷裂源的起始位置上找到差別。應力腐蝕開裂的臨界氫濃度應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到,因此它的斷裂源應在電鍍表面上或次表面上。所以是應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。雖然應力腐蝕開裂和氫脆的條件之一都是臨界應力強度,并且它們臨界應力強度都取決于構件上的載荷(事件8和事件16)和材料的流變應力大于材料的臨界門檻應力σi(當然,應力腐蝕的門檻應力數值與氫脆的門檻應力數值不同),但是由于應力腐蝕開裂一般起始于暴露表面,構件的表面流變應力對構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力集中或應變集中則十分敏感,因而在應力腐蝕系統中,加工缺陷處的流變應力大于材料的應力腐蝕門檻應力用“或門”與事件9相連;在氫脆系統中,由于氫脆一般起源于電鍍層的次表面,構件上的載荷(事件16)可以是施加的載荷(事件18)也可以是構件內部的殘余應力(事件19),故事件18和事件19用“或門”與事件16相連。材料的氫脆門檻應力受表面加工缺陷的影響較小,不需要進一步的展開分析(事件17為不發展事件)了。

　　從以上FTA法在構件斷裂失效分析中的具體應用情況可以看出,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件的薄弱環節,因此,FTA法是進行失效分析的好方法之一。