什么是强度-应力干涉模型？

我们知道当产品或其某个部件受到的应力（或载荷）作用大于其自身的强度时,就会发生失效.所以公认的设计方法是设计产品的强度总是大于其预期所受到的外力应力.一个好的设计通常总是涵盖足够的安全因子或是安全裕度去确保强度总是高于应力.但是使用这种设计技术时,不管是产品某个部分受到的应力还是产品某个部分的强度都被看成一个单一的点值.而使用强度-应力干涉模型时,应力和强度都被视成分布的形式来分析的. 一般强度与应力分布存在以下三种情况，如图所示：

例如，假设某个产品的强度和应力都是服从正态分布的随即变量。应力分布的平均值是ms，标准差是ss。强度分布的平均值为MS，标准差是SS。好的设计要求MS> ms，安全因子为MS/ms，并且大于1。如果仅仅看成一个单一点值时，失效往往并不能发生。然而，我们把它看成一个分布时，交叉干涉的部分就有可能应力大于强度。这样失效就会发生了。实际设计中还得考虑产品或是材料强度会随时间产生退化，或者强度分布得标准差变得越拉越大。这就使得原来强度分布跟应力分布完全没有干涉，逐渐变成干涉面积增加。

对于强度和载荷分布（假设为正态分布），有两个重要的因子：安全裕度（SM）和载荷粗糙度（LR）

失效的概率是两个分布交集区域的面积，这个可以用积分的方式计算处理。载荷和强度的分布也可以是其他分布类型， 如对数正态分布、威布额分布等。

例子：

某零件的强度为统计正态分布，平均值为5,000N，标准差为400N。在使用环境下，它所要承受的载荷也是统计正态分布，平均值为3500N，标准差为400N。每施加一次载荷的可靠度是多少？

安全裕度为

可靠度为

Reliability=NORMSDIST(2.65)=0.996

纵观强度应力干涉模型的关系，有４个基本的方法可以让设计人员来提高产品的可靠性。

１。设计人员有更多的方法来控制产品的强度

ａ．提高产品强度的平均值，可以使用不同的材料或是设计方法。

ｂ．减小产品强度的变异性或是离散性。减小材料和制成的变异。

２。设计人员还有一些方法通过控制应力来改善可靠性

ａ．降低应力的平均值：控制载荷

ｂ．减少应力的变异或是离散性。对一些使用环境的限制。

如果以上4中办法都无法解决时，还可以通过应力筛选来把处于强度分布左侧的设计或制造中的薄弱产品给剔除出来，增强留存产品的整体可靠性。如下图所示：

参考文献：  

[1] 注册可靠性工程师手册，The Certified Reliability Engineer Handbook 2008

[2] 实用可靠性工程，第四版