【摘 要】
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级联失效是系统大规模故障的一种常见故障传播机制,表现为系统中部分元件的失效会导致其他元件相继发生失效,最终引发一系列故障导致系统崩溃的现象。随着科学技术的快速发展,实际工程中不同系统间的联系越发紧密,构成存在相依关系的耦合系统。自然灾害、元件老化、操作不当或恶意攻击等初始扰动都可能通过系统间的耦合性迅速扩散。级联失效增加了系统的风险性和灾难性,而系统中的耦合关系又使得级联失效分析过程更为复杂,从而
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级联失效是系统大规模故障的一种常见故障传播机制,表现为系统中部分元件的失效会导致其他元件相继发生失效,最终引发一系列故障导致系统崩溃的现象。随着科学技术的快速发展,实际工程中不同系统间的联系越发紧密,构成存在相依关系的耦合系统。自然灾害、元件老化、操作不当或恶意攻击等初始扰动都可能通过系统间的耦合性迅速扩散。级联失效增加了系统的风险性和灾难性,而系统中的耦合关系又使得级联失效分析过程更为复杂,从而影响系统的正常运行。此外,传统可靠性理论通常假定系统及其组成元件只有正常和故障两种状态,而实际应用中系统及元件往往存在多状态的特点。针对以上问题,本文主要从以下两个方面进行研究:（1）针对耦合系统中的级联失效效应进行研究。在二态假设的条件下,基于连续时间马尔可夫过程对耦合级联失效系统进行可靠性建模,对系统耦合及状态转移过程进行分析,给出了耦合系统转移率的解析表达,证明了此类耦合系统可靠度的计算方法和解析式结果,并利用一个算例展示了耦合系统发生级联失效的具体过程,以验证该方法的有效性与可行性。（2）将基于二态假设的耦合级联失效系统推广到多态情形,根据系统故障的分类,将有限状态空间划分为正常工作集和两种不同类型的故障集,考虑系统的正常工作状态,安全故障和危险故障状态,并利用连续时间马尔可夫过程提出了多态耦合级联失效系统的可靠性与安全性模型。模型分析了级联失效传播机制以及耦合子系统故障状态与级联失效时间的相关性。本文分别推导出危险失效元件数的联合概率分布,危险失效元件数与安全失效元件数的联合概率分布,得到了在危险故障模式和安全故障模式下的系统可靠度与故障前平均时间等指标,并通过一个数值算例对不同故障模式下系统可靠性指标进行了比较分析。基于算例可以得出,危险故障模式下的可靠性较安全故障模式更高。在安全故障模式下,耦合系统受到级联失效的影响更大。
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