基于统一三向扩展Bootstrap策略的风力发电机组主轴轴承小样本MTBF可靠性建模方法

《Machines》：Small-Sample MTBF Reliability Modelling of Wind Turbine Main Bearings Based on Three-Way Expansion Bootstrapping

　　**摘要**风力发电机组主轴轴承是传动系统中的关键部件，具有服役寿命长、故障率低和故障间隔样本有限等特点，这增加了可靠性评估和维护决策中的不确定性。为提升小样本可靠性建模中有限故障间隔信息的利用率，本研究提出了一种结合三参数威布尔分布的统一三向扩展Bootstrap策略。该方法的核心贡献在于将区间内补充抽样、左边界扩展和右边界扩展整合到同一抽样生成框架中，从而能够同时利用现有故障间隔样本中包含的主要分布信息和边界信息。基于不同工况下Romax疲劳寿命仿真获得的36个等效故障间隔样本，将所提方法与传统Bootstrap及两向扩展Bootstrap方法进行了对比。两样本K-S检验结果表明，扩展样本与原样本之间未检测到具有统计显著性的分布差异。以原始36样本数据集的三参数威布尔拟合结果为基准，所提三向扩展方法在三种扩展策略中对尺度参数η的相对偏差最小，为2.69%。传统Bootstrap、两向扩展Bootstrap和三向扩展Bootstrap方法的平均故障间隔时间（MTBF）相对偏差分别为4.81%、7.36%和7.76%。重复仿真结果进一步表明，与传统Bootstrap方法相比，三向扩展方法提供了显著更低的MTBF变异度，尽管两向扩展方法获得了最小的MTBF标准差。上述结果表明，在所研究的仿真条件下，所提策略对风力发电机组主轴轴承小样本MTBF建模具有方法论潜力。