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有關機械、電氣機械零部件故障的機理通常歸為以下六大類：
（(）蠕變或應力斷裂（*）；
（+）腐蝕（,）；
（）磨損（-）；
（&）沖擊斷裂（.）；
（）疲勞（/）；
（)）熱（0）。
上述分類方法簡稱 “ *,-./0”分類。
•1()•
 
二、故障過程模型
故障發生的過程，既是原子、分子的微觀變化過程，又是整體的宏觀變化過程。為了研究這一過程，通常抽象出一些典型故障過程模型。我們這里介紹其中幾種重要模型。
（一）應力—強度模型當施加在元件、材料上的應力超過其耐受能力（即強度）時，故障便發生。這種模型稱作應力—強度模型。應力—強度模型是一種材料力學模型。如果我們把“應力”理解為由環境、工作條件等退化的誘因所引起的系統內部能量積蓄，把“強度”理解為材料、元件或系統的抗故障能力，則應力—強度模型將有更廣泛的含義。如果我們不注重研究故障發生的時間，只研究“應力”與耐受能力（強度）剛好相等的狀態，也就是臨界狀態，關心的是臨界狀態的應力界限，這種情況下應力—強度模型就退化成臨界模型。假如機件最初的應力與其耐受能力之間留有充分的安全余量，經過一定時間后，隨著抗故障能力的下降，應力分布與強度分布出現了交疊，就有故障發生。這種情況可以說是耐久模型的典型例子。在應力—強度模型中，故障是因應力超過了強度界限而發生的，所以，若掌握了應力和強度的概率分布規律，則根據應力與強度分布密度曲線交疊部分面積可求出產品故障概率。利用應力—強度模型可以分析故障機理并可提出提高產品可靠性的方法。對于飛機結構而言，其載荷是多種多樣的，并且具有隨機性，它們服從某種統計分布。結構的幾何尺寸由于制造加工中受隨機因素影響，它們也是服從統計分布的。通常，材料強度、靜載荷和結構幾何尺寸均服從正態分布，即使某些不完全服從正態分布，做了正態分布假設也是偏于保守的。應力作為載荷和結構幾何參數的函數，也可以做正態分布的假設。設 為強度分布的均值， 為標準差， （ ）為分布密度； 為應力分布均值，
""為標準差， 為分布密度。當應力與強度兩者的分布沒有重疊區域時，
（ ）故障不發生。當密度曲線下出現重疊部分，則表示會發生故障，且重疊部分的面積代表了發生故障的概率的大小。
引入安全余量和應力偏差度來估算產品可靠度。定義 %為安全余量， &為應力偏差度，則
(
% ’

) * )
 
•-,+•
 
" 
% &  （’ () ()）
 
令 為應力隨機變量， %為強度隨機變量，引入隨機變量 *，即
*%—
由于假定應力與強度均服從正態分布，正態隨機變量之差也必為正態分布，即 *的密度函數為
（*—*） ,
+（ *）
) ",-(（’ () (）
,
式中：*———隨機變量 *的均值，*%(； , ———隨機變量 *的標準差， *
& %。結構發生強度不足故障的條件是 *.。故結構發生靜強度破壞的概率（即故障概率）為 /0｛*.｝ % .1 +（*）2,
,
引入新的變量 3，3（*(*）4 ,，則 3服從標準正態分布，得到
/0｛*.｝0｛*(*  (* ｝  (
%(
* *{ % &  }
 
由（’ () ()）式可知 %5 （%(）4
%& ，代人上式求得 / （ ( %5） 6 ) (/  （%5）（’ () (7）我們可以用圖 ’ () ()來說明如何利用應力—強度模型分析故障機理并提出提高可靠度的方法。
圖 ’ () ()（8）所示為高可靠度狀態：應力和強度分布的標準差很小（密度曲線狹窄），且強度均值比應力均值高得多，安全余量 %5很大，所以可靠度只很高。現代飛機上許多部位，特別是危及安全的重要結構部位，可按這個原理設計。實際上，在使用過程中，由于結構受腐蝕環境和交變載荷作用，材料出現疲勞和腐蝕往往會使 %下降，而 %增大。如果設計、制造中嚴格控制材料質量和加工尺寸，使用中注意使用條件和環境影響，嚴格控制腐蝕，采用良好防腐蝕措施，可以適當控制強度的變化。若對應力變量也能進行良好的人工控制，使其有如圖 ’ () ()（ 8）所示的密度分布特性，是能保證使用中有較高可靠度的。
圖 ’ () ()（9）所示為強度分布的標準差較大，應力分布標準差較小的情況。雖然兩者均值與圖 ’ () ()（ 8）是相同的，但因強度分布密度曲線扁平，使得應力分布密度與強度分布密度曲線出現了較大的重疊部分，而使可靠度降低。對于這種情況，我們可在生產中采用質量控制方法，降低強度分布的標準差。若此種辦法仍不能明
•;):•
 

圖  " "應力、強度分布對可靠性的影響
顯降低 %，則可采用高應力篩選法，有意在產品裝機前的試驗中，適當加大應力，讓質量差的產品出現故障，以使母體強度分布截去低強度范圍的一段，使強度與應力密度曲線下重疊區域大大減小，余下的裝機件可靠度提高。
 " "（&）所示為強度分布標準差較小，但應力分布標準差較大的情況。從產品使用可靠性的觀點來看，這是一種極不利的情況。因為這種情況，產品質量控制是較好的，采用高應力篩選法或提高平均強度的方法可能費用昂貴而收效又不大。解決的辦法最好是減小應力分布的標準差，限制使用條件和環境影響。
（二）反應論模型產品的故障或性能退化，從微觀上看起源于原子、分子的變化。支配故障過程的是氧化、析出、電解、擴散、蒸發、磨損和疲勞等故障機理。氧化、腐蝕使金屬生銹的過程中，氧原子、金屬離子或電子的擴散支配著銹蝕的速度，影響著金屬的壽命。如果產品的故障是由于產品內部某種物理、化學反應的持續進行，直到它的某些參數變化超過了一定的臨界值，產品喪失規定功能或性能，這種故障就可以用反應論模型（或稱反應速度論模型）來描述。反應論模型的特點是能夠估計參與反應的應力對反應的影響程度，而應力—強度模型中沒有觸及到強度怎樣降低的理論。 •’’•
　
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