Độ tin cậy hệ thống Kỹ thuật độ tin cậy nhiệt động học

độ tin cậy có cơ sở toán học từ lý thuyết thống kê, nhưng chưa có khoa học vững chắc về độ tin cậy của quá trình hỏng hóc vật lý, trong đó phải kể đến nhiệt động học. Nhiều kỹ sư chưa thấy được mối quan hệ giữa nhiệt động học và độ tin cậy, nên đã sử lý hai quá trình này 1 cách riêng lẻ độc lập.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Độ tin cậy hệ thống Kỹ thuật độ tin cậy nhiệt động học K THU T TIN C Y NHI T ð NG H C ð1. Nhi t ñ ng và k thu t ñ tin c y ð tin c y có cơ s toán h c t lý thuy t th ng kê, nhưng chưa có khoa h c v ngch c v ñ tin c y c a quá trình h ng hóc v t lý, trong ñó ph i k ñ n nhi t ñ ng h c.Nhi u k sư chưa th y ñư c m i quan h gi a nhi t ñ ng h c và ñ tin c y, nên ñã x lýhai quá trình này m t cách riêng l và ñ c l p. Chương này trình bày phương th c ápd ng lu t nhi t ñ ng h c và lý thuy t ñ tin c y qua bư c k t n i ch y u hai khoa h cnày thành “ k thu t ñ tin c y nhi t ñ ng” (TRE: Thermodynamic ReliabilityEngineering - xem thêm ph l c 1), giúp hi u bi t v h ng hóc th c t trong ñ tin c y.Khi ki n t o m t ph n t bán d n, ch t o m t xà thép, bơm m t trái bóng, thì h th ngñư c thi t l p luôn ch u y u t tương tác v i môi trư ng xung quanh. T thân tác ñ ngnày ñã tương tác lên h th ng và làm suy hao h th ng. Y u t suy gi m này do h th ngluôn có xu hư ng cân b ng nhi t ñ ng v i môi trư ng xung quanh. Hi u năng c a hth ng thư ng có xu hư ng gi m dư i tác ñ ng c a y u t môi trư ng. Không khí trongm t qu bóng b t ñ u khu ch tán qua thành cao su; t p ch t t môi trư ng bên ngoài skhu ch tán vào l p bán d n thu n; l c căng bên trong quá trình s n xu t là nguyên nhânc a bi n d ng trong bán d n; H p kim thép b t ñ u g sét do oxy t môi trư ng khí quy nkhu ch tán vào trong s t. Trong các trư ng h p khác, quá trình là t thân v n ñ ng nênxáo tr n là không th ñ o ngư c ñư c. Thí d , ta không mong mu n không khí ñi ngư cvào trong qu bóng, bán d n không th t thân thu n khi t ñư c, và thanh xà thép thìkhông b g sét thêm n a. Tính năng ñư c thi t l p ban ñ u trong s n xu t gi m d n m tcách ng u nhiên và tr nên ño lư ng ñư c trong th gi i vĩ mô c a chúng ta. Hi n tư ng lão hóa xu t hi n t quá trình này. Theo nhi t ñ ng h c thì lư ngentropy c a v t ch t ño lư ng m c ñ xáo tr n vi mô xu t hi n trong m c ñ vĩ mô. Lu t nhi t ñ ng th hai mô t ki n th c tr c giác v các h th ng theo entropy.T c là, các quá trình t thân xu t hi n tương tác gi a h th ng – môi trư ng d n ñ nvi c gia tăng entropy. Lu t th hai là m t cách nói khác v th b c c a h th ng và môitrư ng thay ñ i theo hư ng xáo tr n. Vi c gia tăng xáo tr n, hay entropy, làm m t d n kh năng làm vi c t t. Lư ngentropy t ng tuy không m t ñi nhưng gi m d n. Năng lư ng chung c a h th ng và môitrư ng ñư c duy trì trong quá trình khi ñ t g n ñ n s cân b ng v nhi t ñ ng h c. Thí dnhư qu bóng, trư c khi b lão hóa thì năng lư ng c a h th ng tr ng thái có t ch ccao nh t. Năng lư ng ñư c phóng thích thành d ng ñ ng lư ng c a chuy n ñ ng qubóng trong không khí. Sau khi b lão hóa, năng lư ng c a phân t khí (ñang n m trongqu bóng) ñư c phân b ng u nhiên trong môi trư ng. Các phân t này không th ddàng t ch c l i ñư c, thanh xà thép m t m t d n s c b n khi b g sét. Các thí v c alu t th hai v a mô t các quá trình không th ñão ngư c, t c là quá trình lão hóa. Chínhxác hơn thì khi entropy không tăng, t c là h th ng không b lão hóa. T ñây, ta ñ nh nghĩa k thu t ñ tin c y nhi t ñ ng h c như là tác ñ ng nh m ghinh n, nghiên c u, và ư c lư ng kh năng ti m tàng c a các v n ñ không ñ o ngư cñư c vào trong s n xu t, và dùng thông tin này vào thi t k và/hay vào phương th c ngd ng thi t k .2. H th ng và môi trư ng xung quanh Trong nhi t ñ ng h c c n ñ nh nghĩa v h th ng và môi trư ng xung quanh. Trongk thu t ñ tin c y nhi t ñ ng (TRE), có ñ nh nghĩa sau: • H th ng là m t ph n c a v t ch t và/hay vùng không gian k c n ñ nghiên c u.Theo quan ñi m k thu t thì thì ñi u này giúp hi u bi t v lão hóa. • Môi trư ng là v t ch t k c n và tương tác v i h th ng. Môi tru ng không ñư c xem xét theo b n ch t mà ch là ph n tương tác tr c ti p v ih th ng cho trư c. Y u t tương tác này hư ng h th ng c ng v i môi trư ng ñ t tr ngthái cân b ng nhi t ñ ng h c. 2.1 Công và năng lư ng t do Trư c khi lão hóa, h th ng có m t ph n năng lư ng t có “s n sàng” cho công h uích. Năng lư ng s n sàng này ñư c g i là năng lư ng t do φ. Năng lư ng t do c a hth ng thư ng nh hơn năng lư ng c a h th ng U; thí d n u T là nhi t ñ c a môitrư ng và S là entropy c a h th ng, thì φ= U – TS, tuân th ñi u ki n φ< U. N u nănglư ng t do ban ñ u, g i là φi (trư c khi lão hóa) và năng lư ng t do sau cùng φf (saukhi lão hóa), thì φf < φi. H th ng là cân b ng nhi t v i môi trư ng khi năng lư ng t doñư c t i thi u hóa. • Môi trư ng có nhi t ñ c ñ nh là thay ñ i ñ ng nhi t trong năng lư ng t do b ngcông th c hi n c a h th ng lên môi trư ng. Công = (φf - φi) (1) 2.2 Năng lư ng t do theo ñư ng d c Roller-Coaster và lu t Arrhenius ðôi khi, hư ng t i thi u hóa năng lư ng t do c a h th ng là m n và gi m d nxu ng t ñ nh. ð i v i các h th ng khác, hư ng ñi này xu ng ñ n t i thi u tương ñ ...