Известно, что надежность, как свойство механической системы сохранять во времени работоспособное состояние, лимитируется техническим состоянием ее элементов — деталей и узлов наиболее нагруженных сборочных единиц, устройств и механизмов. Это связано с тем, что ведущие процессы утраты их работоспособности — разрушение или недопустимая пластическая деформация; много- и малоцикловая объемная усталость; множество видов поверхностного разрушения деталей при трении, являются причиной отказов практически 100 % механических систем и приводят к значительным экономическим потерям.
Для обеспечения требуемого в техническом задании уровня безотказности и долговечности изделий первостепенную значимость приобретают этапы проектно-конструкторской разработки, особенно стадия конструирования, на которой в соответствии с нормативными и справочными рекомендациями [1–4] при сравнительном анализе вариантов конструкции деталей, узлов и компоновке машины выполняют контрольную проверку надежности отдельных элементов и изделия в целом.
При решении этой проблемы в настоящее время используют полученные на основе обработки многочисленных экспериментальных данных статистические модели параметрических отказов [5–17]. Анализ большинства известных эмпирических зависимостей, описывающих процессы формирования отказов элементов машин в различных условиях объемного или поверхностного нагружения, показывает, что они представляют собой различные варианты детерминистических или вероятностных моделей типа «нагрузка — сопротивление» [5–11].
В качестве параметров «нагрузки» S, отражающих техническое состояние нагруженного элемента, принимают расчетные значения силовых, деформационных, энергетических, геометрических и других характеристик, определяемых в функции внешних воздействий. Параметрами «сопротивления» R являются их предельные (критические) значения, характеризующие сопротивление изделий внешнему нагружению и определяемые как критерии их работоспособности — прочности, жесткости, износостойкости и т. п. Проектная оценка надежности деталей по заданным критериям основывается на сравнении расчетных параметров «нагрузки» S с их предельными величинами «сопротивления» R. Главным показателем надежности, определяемым с помощью модели «нагрузка — сопротивление» по выбранному критерию, является либо детерминистический коэффициент запаса n R/S = работоспособности, либо вероятность безотказной работы элемента P P(S R) = < — вероятность недостижения расчетным параметром S предельной величины R.