<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1 20151215//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.1">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="pmc">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">CMES</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Computer Modeling in Engineering &#x0026; Sciences</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">1526-1506</issn>
<issn pub-type="ppub">1526-1492</issn>
<publisher>
<publisher-name>Tech Science Press</publisher-name>
<publisher-loc>USA</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">18181</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2022.018181</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Dynamic Fatigue Reliability Analysis of Transmission Gear Considering Failure Dependence</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Dynamic Fatigue Reliability Analysis of Transmission Gear Considering Failure Dependence</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Dynamic Fatigue Reliability Analysis of Transmission Gear Considering Failure Dependence</alt-title>
</title-group>
<contrib-group content-type="authors">
<contrib id="author-1" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western">
<surname>Li</surname>
<given-names>Yonghua</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref><email>yonghuali@163.com</email>
</contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author">
<name name-style="western">
<surname>Bai</surname>
<given-names>Xiaoning</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref>
</contrib>
<contrib id="author-3" contrib-type="author">
<name name-style="western">
<surname>Shi</surname>
<given-names>Shanshan</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref>
</contrib>
<contrib id="author-4" contrib-type="author">
<name name-style="western">
<surname>Wang</surname>
<given-names>Shenxuan</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref>
</contrib>
<aff id="aff-1"><label>1</label><institution>College of Locomotive and Rolling Stock Engineering, Dalian Jiaotong University</institution>, <addr-line>Dalian, 116028</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff-2"><label>2</label><institution>School of Mechanical Engineering, Dalian Jiaotong University</institution>, <addr-line>Dalian, 116028</addr-line>, <country>China</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1">&#x002A;Corresponding Author: Yonghua Li. Email: <email>yonghuali@163.com</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub" date-type="pub" iso-8601-date="2021-12-10"><day>10</day>
<month>12</month>
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>130</volume>
<issue>2</issue>
<fpage>1077</fpage>
<lpage>1092</lpage>
<history>
<date date-type="received"><day>05</day>
<month>7</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted"><day>20</day>
<month>8</month>
<year>2021</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2022 Li et al.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>Li et al.</copyright-holder>
<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="TSP_CMES_18181.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>Multiple failure modes and strength degradation are usually inherent in the gear transmission system, which brings new challenges for conducting fatigue reliability analysis and design. This paper proposes a novel dynamic fatigue reliability analysis method for failure dependence and strength degradation based on the combination of the Copula function and Gamma process. Firstly, the dynamic simulation model of the gear transmission system is established to obtain the dynamic stress-time history. The Gamma process is then used to describe the strength degradation to establish the dynamic stress-strength interference model. The marginal distribution functions of tooth contact fatigue and dedendum bending fatigue are calculated respectively based on the dynamic interference model. Finally, the joint distribution of the two failure modes can be obtained by the t-Copula function to characterize the failure dependence, and so the dynamic fatigue reliability considering failure dependence can be estimated. The effectiveness of the proposed method is illustrated with examples. The results reveal the temporal law of reliability and the effects of failure dependence on dynamic fatigue reliability.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>Gear transmission system</kwd>
<kwd>failure dependence</kwd>
<kwd>dynamic fatigue reliability</kwd>
<kwd>the Gamma process</kwd>
<kwd>the Copula function</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>The gear transmission system has the advantages of compact structure, high carrying capacity, and high efficiency, and it is one of the most widely used transmission modes in the modern industry. Although various fields have different requirements for using the gear transmission system, the most fundamental requirement is high stability and high reliability [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>]. There are many potential failure modes in a gear transmission system due to uncertain factors such as load cases, geometric parameters, and material properties [<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>]. Furthermore, the above uncertainties have homology, and there will be different degrees of the dependence relationship between failure modes [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>]. When one failure occurs, the process of another failure mode will be affected. In the design process of the gear transmission system, whether to consider the failure dependence has a significant impact on the reliability. Meanwhile, the structural strength will gradually degenerate with increased service time, which aggravates gear failure probability growth, so the reliability shows a downward trend. Therefore, it is necessary to introduce failure dependence and dynamic reliability modeling in the whole design process to provide a more accurate reliability evaluation for gear transmission system design.</p>
<p>Many scholars have studied reliability considering failure dependence and obtained outstanding achievements. Many traditional methods are used to analyze the failure correlation of mechanical components, most of these methods are based on correlation coefficients. Ditlevsen [<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>] given the narrow reliability bounds theory through strict reasoning and proof, is widely accepted by many scholars. This theory can solve mechanical structure reliability with multiple failure modes, which is undoubtedly a milestone. Nevertheless, this method depends on the correlation coefficient, and it is difficult to achieve accurate calculations with the increase of failure modes number. Besides, the calculation result of this method is only an interval, which cannot give accurate reliability. Based on Ditlevsen&#x2019;s theory, Low et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>] simplified the calculation of fault probability boundary by programming, and effectively expanded the application value of narrow reliability bounds theory. Wang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-10">10</xref>] introduced the dependence function to quantify the failure dependence among the components, and the method is applied to the parallel system. The research results focused on the influence of the dependence relationship on structural reliability. Although the above research effectively solves the problem of reliability solutions under the coexistence of multiple failure modes, the description of dependency based on correlation coefficient has the following limitations. First, the disadvantage of the linear correlation coefficient is that it may lose the possibility of the theoretical solution, because it cannot determine the joint probability density function. Second, the difficulty of solving the linear correlation coefficient with the increase of failure modes is insurmountable. Most importantly, the linear correlation coefficient can only reveal the first-order linear relationship, but it cannot describe the more complex and higher-order actual relationship between failure modes [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-12">12</xref>]. In recent years, the applicability of the Copula function in solving the problem of correlation is favored by many scholars and has achieved good results. Tang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>] studied the differences of two-dimensional variable correlation models constructed by different Copula functions and analyzed their influence on reliability analysis results. Pan et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>] established the dependence relationship between two output performance characteristics of a structural system based on the Copula function. Eryilmaz et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>] developed a Copula-based reliability modeling method that uses the multivariate Copula. Because the Copula function only uses one parameter to describe the dependence relationship between variables, it is not suitable for describing a high-dimensional situation. Therefore, some scholars transform multivariate dependence into binary dependence, making the Copula function more practical [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>]. Shen et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>] evaluated the structural reliability under various failure modes by using Rosenblatt transform and Monte Carlo simulation method. This research provides a new way to solve the multivariate reliability problem.</p>
<p>In this paper, the Copula function is used to characterize the dependence relationship of failure modes in solving the fatigue reliability of the gear transmission system. The Gamma process is introduced to describe the strength degradation, and combined with the dynamic stress-time history to establish the dynamic fatigue reliability model. The research results reveal the influence of failure dependence and strength degradation on gear transmission systems reliability, which has an excellent guiding significance for the design and maintenance of gears.</p>
<p>This paper has four parts. The Copula function theory is introduced in <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref>, and the reliability model of the gear transmission system considering failure dependence is constructed. The strength degradation and dynamic stress-strength interference model are detailed in <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>. The Gamma process is used to reveal the law of strength degradation. <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref> proposes an engineering practice example to validate the proposed approach. It is shown to be more in line with the engineering practice than the reliability calculation results without failure dependence.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<label>2</label>
<title>Reliability Model of the Gear Transmission System</title>
<p>The coexistence of multiple failure modes is an essential feature of the mechanical structure. There is a different degree of dependence relationship that exists between various failure modes. For example, there is a positive relationship between fatigue crack growth and fatigue pitting of gear teeth. The failure dependence will seriously affect the structure safety function and make the reliability analysis and modeling more complex. According to the mechanical principle and gear transmission characteristics, the reliability model under different failure modes is established. The reliability of the gear transmission system considering the failure dependence is researched.</p>
<sec id="s2_1">
<label>2.1</label>
<title>Reliability Model Based on Dedendum Bending Fatigue</title>
<p>It is easy for the dedendum to produce fatigue crack in the transmission process, resulting in the bending fatigue fracture. The dedendum bending stress of gears can be calculated as [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>]</p>
<p><disp-formula id="eqn-1">
<label>(1)</label>
<mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>where <inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the rated tangential tooth force at the transverse pitch, <inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the active face width, <inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the normal module, <inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the tooth form factor, <inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the bending stress concentration coefficient, <inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the contact ratio factor, <inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the helix angle coefficient, <inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the work condition coefficient, <inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the dynamic load coefficient, <inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the longitudinal load distribution coefficient, <inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the load distribution coefficient.</p>
<p>Dedendum bending fatigue strength of gears can be calculated as</p>
<p><disp-formula id="eqn-2">
<label>(2)</label>
<mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>where <inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the experimental gear bending fatigue strength, <inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the experimental gear tooth stress concentration coefficient, <inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the life coefficient, <inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the relative sensitive coefficient, <inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the relative surface condition coefficient, <inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the size coefficient.</p>
<p>According to the stress-strength interference theory, the performance function of dedendum bending fatigue can be expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-3">
<label>(3)</label>
<mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>If the value of the performance function is negative, the structure is a failure. On the contrary, if the value is positive, the structure is safe. The border between the negative and positive domains is called the limit state <inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> contains all the random variables in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eqs. (1)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">(2)</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s2_2">
<label>2.2</label>
<title>Reliability Model Based on Tooth Contact Fatigue</title>
<p>The tooth contact fatigue is the common cause of gear failure and is affected by design geometry, material, manufacturing, and other variables. The contact stress of gears can be calculated as [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>]</p>
<p><disp-formula id="eqn-4">
<label>(4)</label>
<mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>where <inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the pinion pitch diameter, <inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the gear ratio, <inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the longitudinal load distribution coefficient, <inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the transverse load distribution coefficient, <inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the nodal field coefficient, <inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the elastic coefficient, <inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the contact ratio coefficient, <inline-formula id="ieqn-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the spiral angle coefficient.</p>
<p>Allowable contact fatigue strength of gears can be calculated as</p>
<p><disp-formula id="eqn-5">
<label>(5)</label>
<mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>where <inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the experimental flank contact fatigue strength, <inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the life coefficient, <inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the lubricant coefficient, <inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the velocity coefficient, <inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the tooth fineness coefficient, <inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the hardening coefficient, <inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the size coefficient.</p>
<p>The performance function of tooth contact fatigue can be expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-6">
<label>(6)</label>
<mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
</disp-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> contains all the random variables in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-4">Eqs. (4)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">(5)</xref>. It can be seen that <inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> have the same random variables, so there is a certain degree of the dependence relationship between the two failure modes. Therefore, it is necessary to establish a joint distribution among failure modes to describe their correlation accurately.</p>
</sec>
<sec id="s2_3">
<label>2.3</label>
<title>Copula Function</title>
<p>Sklar&#x2019;s theorem: Any multivariate joint distribution can be written in terms of univariate marginal distribution functions and a Copula function, which describes the dependence structure between the two variables. In other words, the Copula function connects the joint distribution of multivariate random variables with their respective marginal distribution. The Copula function has the following properties [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>].</p>
<p>(1) <inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the n-dimensional distribution function defined on <inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&#x003A;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>;</p>
<p>(2) For vector <inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, if there is any vector <inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>;</p>
<p>(3) When <inline-formula id="ieqn-44"><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>;</p>
<p>(4) <inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is monotonically increasing for any of its variables.</p>
<p>Supposing that <inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are random variables, their marginal distributions are <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively, and their joint distribution is <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Then, there is a Copula function <inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that connects the marginal distribution and the joint distribution.</p>
<p><disp-formula id="eqn-7">
<label>(7)</label>
<mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</disp-formula></p>
 
<p>According to the inverse transformation of cumulative distribution function for marginal distribution <inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the Copula function of the n-dimensional random variables can be formulated as</p>
<p><disp-formula id="eqn-8">
<label>(8)</label>
<mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>When the random variables are two-dimensional, the Copula function is <inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Combined with the above two failure modes, the reliability of gear transmission system considering failure dependence can be expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-9">
<label>(9)</label>
<mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
</disp-formula></p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<label>3</label>
<title>Dynamic Stress-Strength Interference Model</title>
<sec id="s3_1">
<label>3.1</label>
<title>Dynamic Stress-Strength Interference Theory</title>
<p>The normal operation of a mechanical structure depends on the relationship between strength and stress. In the design service period, if the stress at any moment is greater than the structural strength, the structure will fail; when the stress is less than the strength, the structure will appear cumulative fatigue damage, reducing the structure strength until it fails [<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-27">27</xref>]. The traditional structural reliability analysis based on the static stress-strength interference model does not consider the influence of time-variant strength on reliability. Due to the impact of random factors such as material oxidation, load fluctuation, and environmental corrosion, the structural strength will gradually decrease in engineering practice, showing a deterioration trend called strength degradation [<xref ref-type="bibr" rid="ref-28">28</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>]. The dynamic stress-strength interference model is constructed, as shown in <?A3B2 "fig1",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref>.</p>
<fig id="fig-1">
<label>Figure 1</label>
<caption>
<title>Dynamic stress-strength interference theory</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18181-fig-1.png"/>
</fig>
<p>As time goes on, the mean value of structural strength and its probability density distribution function <inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> decreases gradually, while the failure probability of the structure increases. When <inline-formula id="ieqn-55"><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, there is a certain safety margin between strength and stress, and the structure will not fail. At <inline-formula id="ieqn-56"><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> moment, the <inline-formula id="ieqn-57"><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> decreases to <inline-formula id="ieqn-58"><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:mi>f</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and intersects with the probability density function of structural stress <inline-formula id="ieqn-59"><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, leading to structural failure. The structural function considering the strength degradation can be expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-10">
<label>(10)</label>
<mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>where <inline-formula id="ieqn-60"><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the reliability over time, <inline-formula id="ieqn-61"><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the random process of structural strength, <inline-formula id="ieqn-62"><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the random process of structural stress, <inline-formula id="ieqn-63"><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the service time.</p>
<p>The structural reliability considering the strength degradation during the service period <inline-formula id="ieqn-64"><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> is</p>
<p><disp-formula id="eqn-11">
<label>(11)</label>
<mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</disp-formula></p>
</sec>
<sec id="s3_2">
<label>3.2</label>
<title>Gamma Process</title>
<p>Strength degradation is an external characterization of structural performance degradation under the action of various stochastic factors, which will lead to the reduction of structural safety and reliability. From the macroscopic point of view, strength degradation is a continuous process with randomness and irreversibility, which is caused by the characteristics of the structure as well as stress effects. The effects caused by strength degradation should be fully considered when performing structural dynamic reliability analysis. Stochastic process theory is usually used to describe the general law of strength degradation. Since the Gamma process [<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>] is an independent and non-negative incremental process, it is considered a natural choice to describe the degradation process. The Gamma process can describe both small degradation fluctuations and drastic steps, and is well characterized for the degradation mechanism of various structures. The probability density function <inline-formula id="ieqn-65"><mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:mi>Q</mml:mi></mml:math></inline-formula> describing the structural strength degradation using the Gamma process can be formulated as</p>
<p><disp-formula id="eqn-12">
<label>(12)</label>
<mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>where <inline-formula id="ieqn-66"><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the Gamma function, <inline-formula id="ieqn-67"><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an indicative function, if <inline-formula id="ieqn-68"><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula>, then <inline-formula id="ieqn-69"><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, if <inline-formula id="ieqn-70"><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>&#x2209;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula>, then <inline-formula id="ieqn-71"><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-72"><mml:math id="mml-ieqn-72"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> is the dimension parameter, <inline-formula id="ieqn-73"><mml:math id="mml-ieqn-73"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> is the shape parameter.</p>
<p>The Gamma process has the following characteristics.</p>
<p>(1) The probability of <inline-formula id="ieqn-74"><mml:math id="mml-ieqn-74"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> is 1;</p>
<p>(2) When <inline-formula id="ieqn-75"><mml:math id="mml-ieqn-75"><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-76"><mml:math id="mml-ieqn-76"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x223C;</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>;</p>
<p>(3) <inline-formula id="ieqn-77"><mml:math id="mml-ieqn-77"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has the independent increment.</p>
<p>The mathematical expectation <inline-formula id="ieqn-78"><mml:math id="mml-ieqn-78"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and variance <inline-formula id="ieqn-79"><mml:math id="mml-ieqn-79"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the Gamma process are</p>
<p><disp-formula id="eqn-13">
<label>(13)</label>
<mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</disp-formula></p>
 
<p>Although there are some fluctuations in the strength degradation process, it is generally a stationary random process during engineering experience. Therefore, the shape parameter is a linear function <inline-formula id="ieqn-80"><mml:math id="mml-ieqn-80"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-81"><mml:math id="mml-ieqn-81"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> is a constant. So, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-12">Eqs. (12)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">(13)</xref> can be written as</p>
<p><disp-formula id="eqn-14">
<label>(14)</label>
<mml:math id="mml-eqn-14" display="block"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-15">
<label>(15)</label>
<mml:math id="mml-eqn-15" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>Considering the essential characteristics of structural strength degradation, the <inline-formula id="ieqn-82"><mml:math id="mml-ieqn-82"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> curve is used to determine the values of <inline-formula id="ieqn-83"><mml:math id="mml-ieqn-83"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-84"><mml:math id="mml-ieqn-84"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The steps are as follows:</p>
<p>(1) The <inline-formula id="ieqn-85"><mml:math id="mml-ieqn-85"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> curve is transformed into the <inline-formula id="ieqn-86"><mml:math id="mml-ieqn-86"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> curve. The <inline-formula id="ieqn-87"><mml:math id="mml-ieqn-87"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-88"><mml:math id="mml-ieqn-88"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula> are two constants.</p>
<p><disp-formula id="eqn-16">
<label>(16)</label>
<mml:math id="mml-eqn-16" display="block"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mroot><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mroot></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>(2) Let <inline-formula id="ieqn-89"><mml:math id="mml-ieqn-89"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-90"><mml:math id="mml-ieqn-90"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-91"><mml:math id="mml-ieqn-91"><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula> denote the strength degradation of the <inline-formula id="ieqn-92"><mml:math id="mml-ieqn-92"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> curve with survival rate <inline-formula id="ieqn-93"><mml:math id="mml-ieqn-93"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the time <inline-formula id="ieqn-94"><mml:math id="mml-ieqn-94"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Then the estimated values of the mean value and variance of the strength degradation are as follows.</p>
<p><disp-formula id="eqn-17">
<label>(17)</label>
<mml:math id="mml-eqn-17" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd /></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd><mml:mtd /><mml:mtd /></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>(3) The estimated values of characteristic parameters <inline-formula id="ieqn-95"><mml:math id="mml-ieqn-95"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-96"><mml:math id="mml-ieqn-96"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula> of the Gamma process are calculated. Finally, the final parameters are estimated by averaging <inline-formula id="ieqn-97"><mml:math id="mml-ieqn-97"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-98"><mml:math id="mml-ieqn-98"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula> obtained from all-time intervals.</p>
<p><disp-formula id="eqn-18">
<label>(18)</label>
<mml:math id="mml-eqn-18" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfrac><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd /></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd><mml:mtd /></mml:mtr></mml:mtable></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>Combined with the above introduction, the flow chart of this paper is shown in <?A3B2 "fig2",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref>.</p>
<fig id="fig-2">
	<label>Figure 2</label>
	<caption>
		<title>Flow chart of the thesis</title>
	</caption>
	<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18181-fig-2.png"/>
	</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<label>4</label>
<title>Dynamic Fatigue Reliability Analysis Considering Failure Dependence</title>
<sec id="s4_1">
<label>4.1</label>
<title>Dynamic Fatigue Reliability Model</title>
<p>Taking a certain type of EMU gear transmission system as the research object, the dynamic model is constructed according to actual geometric parameters and constraints. According to the 615 kW input power and 4,200 r/min driving gear speed, constant traction torque is applied to the model. The geometric parameters of the gear pair are shown in <?A3B2 "tbl1",5,"anchor"?><xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref>. The values of each random variable in <inline-formula id="ieqn-99"><mml:math id="mml-ieqn-99"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-100"><mml:math id="mml-ieqn-100"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are obtained by referring to the standards and manuals, as shown in <?A3B2 "tbl2",5,"anchor"?><xref ref-type="table" rid="table-2">Table 2</xref>.</p>
<table-wrap id="table-1">
<label>Table 1</label>
<caption>
<title>Geometric parameters of the gear pair</title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Gear</th>
<th>Number of teeth</th>
<th>Tooth width/mm</th>
<th>Pressure angle<break/>/(&#x00B0;)</th>
<th>Normal module<break/>/mm</th>
<th>Helix angle<break/>/(&#x00B0;)</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>Pinion</td>
<td>35</td>
<td>70</td>
<td rowspan="2">20</td>
<td rowspan="2">6</td>
<td rowspan="2">17.5</td>
</tr>
<tr>
<td>Wheel</td>
<td>85</td>
<td>68</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap id="table-2">
<label>Table 2</label>
<caption>
<title>Information of <inline-formula id="ieqn-101"><mml:math id="mml-ieqn-101"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-102"><mml:math id="mml-ieqn-102"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Parameter</th>
<th>Value</th>
<th>Parameter</th>
<th>Value</th>
<th>Parameter</th>
<th>Value</th>
<th>Parameter</th>
<th>Value</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-103"><mml:math id="mml-ieqn-103"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>2.000</td>
<td><inline-formula id="ieqn-104"><mml:math id="mml-ieqn-104"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>0.980</td>
<td><inline-formula id="ieqn-105"><mml:math id="mml-ieqn-105"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>0.600</td>
<td><inline-formula id="ieqn-106"><mml:math id="mml-ieqn-106"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.120</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-107"><mml:math id="mml-ieqn-107"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.000</td>
<td><inline-formula id="ieqn-108"><mml:math id="mml-ieqn-108"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.249</td>
<td><inline-formula id="ieqn-109"><mml:math id="mml-ieqn-109"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.152</td>
<td><inline-formula id="ieqn-110"><mml:math id="mml-ieqn-110"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.100</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-111"><mml:math id="mml-ieqn-111"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>0.107</td>
<td><inline-formula id="ieqn-112"><mml:math id="mml-ieqn-112"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.100</td>
<td><inline-formula id="ieqn-113"><mml:math id="mml-ieqn-113"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.060</td>
<td><inline-formula id="ieqn-114"><mml:math id="mml-ieqn-114"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.200</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-115"><mml:math id="mml-ieqn-115"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.060</td>
<td><inline-formula id="ieqn-116"><mml:math id="mml-ieqn-116"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>73180.370</td>
<td><inline-formula id="ieqn-117"><mml:math id="mml-ieqn-117"><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>405.000</td>
<td><inline-formula id="ieqn-118"><mml:math id="mml-ieqn-118"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>0.876</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-119"><mml:math id="mml-ieqn-119"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.000</td>
<td><inline-formula id="ieqn-120"><mml:math id="mml-ieqn-120"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>0.690</td>
<td><inline-formula id="ieqn-121"><mml:math id="mml-ieqn-121"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>146.000</td>
<td><inline-formula id="ieqn-122"><mml:math id="mml-ieqn-122"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>0.336</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-123"><mml:math id="mml-ieqn-123"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>0.532</td>
<td><inline-formula id="ieqn-124"><mml:math id="mml-ieqn-124"><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>510.000</td>
<td><inline-formula id="ieqn-125"><mml:math id="mml-ieqn-125"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.000</td>
<td><inline-formula id="ieqn-126"><mml:math id="mml-ieqn-126"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>0.920</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-127"><mml:math id="mml-ieqn-127"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.026</td>
<td><inline-formula id="ieqn-128"><mml:math id="mml-ieqn-128"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.014</td>
<td><inline-formula id="ieqn-129"><mml:math id="mml-ieqn-129"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.000</td>
<td><inline-formula id="ieqn-130"><mml:math id="mml-ieqn-130"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.000</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The load-time history of the gear transmission system is obtained by dynamic analysis. The stress-time history is obtained by substituting the load-time history into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eqs. (1)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-4">(4)</xref>, as shown in <?A3B2 "fig3",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref>. It can be seen that the fluctuation of dedendum bending stress and tooth contact stress fluctuate randomly with time, respectively. Therefore, when the strength degenerates to a certain extent, the gear transmission system may fail, even if the average strength is not less than the stress.</p>
<fig id="fig-3">
<label>Figure 3</label>
<caption>
<title>Stress-time history of the gear pair (a) Dedendum bending stress (b) Tooth contact stress</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18181-fig-3.png"/>
</fig>
<p>The strength degradation is described by Gamma random process. The <inline-formula id="ieqn-131"><mml:math id="mml-ieqn-131"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> curve of the gear material can be obtained by querying the corresponding mechanical material manual, as shown in <?A3B2 "fig4",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4</xref>, and the specific parameters are shown in <?A3B2 "tbl3",5,"anchor"?><xref ref-type="table" rid="table-3">Table 3</xref>. Since the <inline-formula id="ieqn-132"><mml:math id="mml-ieqn-132"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> curves of gear and base materials are similar, this paper directly uses the <inline-formula id="ieqn-133"><mml:math id="mml-ieqn-133"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> curves of the base material to characterize the gear performance.</p>
<fig id="fig-4">
<label>Figure 4</label>
<caption>
<title>The <italic>P&#x2013;S&#x2013;N</italic> curve of the gear material</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18181-fig-4.png"/>
</fig>
<table-wrap id="table-3">
<label>Table 3</label>
<caption>
<title>Parameters estimation of the <inline-formula id="ieqn-134"><mml:math id="mml-ieqn-134"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> curve</title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col charoff="5"/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th rowspan="2">Parameters</th>
<th colspan="4">Survival rate P</th>
</tr>
<tr>
<th>0.50</th>
<th>0.90</th>
<th>0.95</th>
<th>0.99</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-135"><mml:math id="mml-ieqn-135"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>24.49</td>
<td>20.88</td>
<td>20.38</td>
<td>18.83</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-136"><mml:math id="mml-ieqn-136"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>&#x2212;7.39</td>
<td>&#x2212;6.06</td>
<td>&#x2212;5.30</td>
<td>&#x2212;4.77</td>
</tr>
<tr>
<td colspan="5"><inline-formula id="ieqn-137"><mml:math id="mml-ieqn-137"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> curve expression: <inline-formula id="ieqn-138"><mml:math id="mml-ieqn-138"><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Define the unit of operating time of the gearing system as <inline-formula id="ieqn-139"><mml:math id="mml-ieqn-139"><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the <inline-formula id="ieqn-140"><mml:math id="mml-ieqn-140"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4200</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mn>60</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.52</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Substituting the data in <xref ref-type="table" rid="table-3">Table 3</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-16">Eq. (16)</xref> to obtain the <italic>S--t</italic> curve data, as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-19">Eq. (19)</xref>.</p>
<p><disp-formula id="eqn-19">
<label>(19)</label>
<mml:math id="mml-eqn-19" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.50</mml:mn><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mroot><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>24.49</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2.52</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>7.39</mml:mn></mml:mrow></mml:mroot></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.90</mml:mn><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mroot><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>20.88</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2.52</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>6.06</mml:mn></mml:mrow></mml:mroot></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.95</mml:mn><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mroot><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>20.38</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2.52</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>5.30</mml:mn></mml:mrow></mml:mroot></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.99</mml:mn><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mroot><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>18.83</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2.52</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4.77</mml:mn></mml:mrow></mml:mroot></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>The value of strength degradation <inline-formula id="ieqn-141"><mml:math id="mml-ieqn-141"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in any time interval can be calculated from the function of the <italic>S--t</italic> curve. The parameters <inline-formula id="ieqn-142"><mml:math id="mml-ieqn-142"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-143"><mml:math id="mml-ieqn-143"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> of the Gamma process are obtained by substituting the <inline-formula id="ieqn-144"><mml:math id="mml-ieqn-144"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in different time intervals into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-17">Eqs. (17)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-18">(18)</xref>, as shown in <?A3B2 "tbl4",5,"anchor"?><xref ref-type="table" rid="table-4">Table 4</xref>. Then, <inline-formula id="ieqn-145"><mml:math id="mml-ieqn-145"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula> &#x003D; 29.6223, <inline-formula id="ieqn-146"><mml:math id="mml-ieqn-146"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> &#x003D; 19.2490.</p>
<table-wrap id="table-4">
<label>Table 4</label>
<caption>
<title>Values of <inline-formula id="ieqn-147"><mml:math id="mml-ieqn-147"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-148"><mml:math id="mml-ieqn-148"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> corresponding to time interval <inline-formula id="ieqn-149"><mml:math id="mml-ieqn-149"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th><italic>j</italic></th>
<th>2</th>
<th>3</th>
<th>4</th>
<th>5</th>
<th>6</th>
<th>7</th>
<th>8</th>
<th>9</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-150"><mml:math id="mml-ieqn-150"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>2.4791</td>
<td>6.0127</td>
<td>10.6402</td>
<td>16.2586</td>
<td>22.7800</td>
<td>30.1248</td>
<td>38.2194</td>
<td>46.9945</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-151"><mml:math id="mml-ieqn-151"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>10.0644</td>
<td>12.9571</td>
<td>15.3054</td>
<td>17.3441</td>
<td>19.1609</td>
<td>20.8006</td>
<td>22.2906</td>
<td>23.6495</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Through the above analysis, the strength degradation of the gear pair can be described as a Gamma process with a shape parameter of 19.2490<italic>t</italic> and a dimension parameter of 29.6223. By substituting the dynamic stress-time history and Gamma process into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">Eq. (3)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-6">Eq. (6)</xref>, the dynamic fatigue reliability model of the gear is constructed. The performance function values of tooth contact and dedendum bending are obtained by numerical calculation.</p>
</sec>
<sec id="s4_2">
<label>4.2</label>
<title>Characterization of Failure Dependence</title>
<p>Nonparametric kernel distribution estimation is used to select the optimal Copula function. The core idea of this method is to use nonparametric kernel distribution to estimate the marginal distribution of <inline-formula id="ieqn-152"><mml:math id="mml-ieqn-152"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-153"><mml:math id="mml-ieqn-153"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and preliminarily screen out the Copula functions that can describe the correlation of failure modes. At the same time, the relevant parameters of each Copula function are calculated. Finally, the optimal Copula function is selected by comparing the Square Euclidean distance between each Copula function and the empirical Copula function.</p>
<p>The marginal distribution functions of <inline-formula id="ieqn-154"><mml:math id="mml-ieqn-154"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-155"><mml:math id="mml-ieqn-155"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are determined by the kernel distribution estimation method, and the accuracy of the marginal distribution functions is verified by comparing with the empirical distribution function. The results are shown in <?A3B2 "fig5",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-5">Fig. 5</xref>. It can be seen that the kernel distribution estimation and the empirical distribution coincide, so the marginal distribution functions obtained by the kernel distribution estimation can be used to construct the Copula function.</p>
<fig id="fig-5">
<label>Figure 5</label>
<caption>
<title>Marginal distribution of limit state functions (a) Dedendum bending (b) Tooth contact</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18181-fig-5.png"/>
</fig>
<p>The bivariate frequency histogram (shown in <?A3B2 "fig6",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-6">Fig. 6</xref>) is drawn as the joint density function for the two failure modes to choose the appropriate Copula function. <xref ref-type="fig" rid="fig-6">Fig.6</xref> shows the frequency histogram has tail symmetry, so the Gauss Copula function and t-Copula function are preliminarily selected to fit the dependence relationship of two failure modes. The expressions of the Gauss Copula function and t-Copula function are as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-20">
<label>(20)</label>
<mml:math id="mml-eqn-20" display="block"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>R</mml:mi><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
</disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-21">
<label>(21)</label>
<mml:math id="mml-eqn-21" display="block"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>where <inline-formula id="ieqn-156"><mml:math id="mml-ieqn-156"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the inverse function of the standard normal distribution function. <italic>R</italic> is an n-dimensional coefficient matrix. <inline-formula id="ieqn-157"><mml:math id="mml-ieqn-157"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the n dimension distribution function with the coefficient matrix <italic>R</italic>, and the degree of freedom <inline-formula id="ieqn-158"><mml:math id="mml-ieqn-158"><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula>. <inline-formula id="ieqn-159"><mml:math id="mml-ieqn-159"><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the inverse function of the one-dimensional distribution function.</p>
<fig id="fig-6">
	<label>Figure 6</label>
	<caption>
		<title>Bivariate frequency histogram</title>
	</caption>
	<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18181-fig-6.png"/>
	</fig>
<p>The parameters estimation results for the Gauss Copula and t-Copula functions are calculated, respectively. The coefficient matrix <italic>R</italic> of Gauss Copula is as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-22">
<label>(22)</label>
<mml:math id="mml-eqn-22" display="block"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1.0000</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0.9269</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0.9269</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1.0000</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>The coefficient matrix <italic>R</italic> and degree of freedom <inline-formula id="ieqn-160"><mml:math id="mml-ieqn-160"><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula> of t-Copula are as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-23">
<label>(23)</label>
<mml:math id="mml-eqn-23" display="block"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1.0000</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0.9276</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0.9276</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1.0000</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7.6936</mml:mn></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>It is substituting the <italic>R</italic> and <inline-formula id="ieqn-161"><mml:math id="mml-ieqn-161"><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-20">Eqs. (20)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-21">(21)</xref> to calculate the density function and distribution function of the two Copula functions. The Square Euclid distance between the alternative Copula function and the empirical Copula function was then calculated through <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-24">Eqs. (24)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-25">(25)</xref>. <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-24">Eq. (24)</xref> is the expression of the empirical Copula function. <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-25">Eq. (25)</xref> is the Square Euclid distance of the Gauss Copula function and t-Copula function, reflecting the fitting degree of the Copula function to the failure dependence. The smaller the distance, the better the fitting effect. The results are shown in <?A3B2 "tbl5",5,"anchor"?><xref ref-type="table" rid="table-5">Table 5</xref>.</p>
<p><disp-formula id="eqn-24">
<label>(24)</label>
<mml:math id="mml-eqn-24" display="block"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-25">
<label>(25)</label>
<mml:math id="mml-eqn-25" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>where <inline-formula id="ieqn-162"><mml:math id="mml-ieqn-162"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is a characteristic function, when <inline-formula id="ieqn-163"><mml:math id="mml-ieqn-163"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the <inline-formula id="ieqn-164"><mml:math id="mml-ieqn-164"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, otherwise, <inline-formula id="ieqn-165"><mml:math id="mml-ieqn-165"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>According to the results in <xref ref-type="table" rid="table-5">Table 5</xref>, the Square Euclid distance between the t-Copula function and the empirical Copula function was the smallest. It indicates that the t-Copula function is more appropriate to describe the dependence relationship. The density function and distribution function of the t-Copula is shown in <?A3B2 "fig7",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-7">Fig. 7</xref>. It can be seen that the t-Copula function has good tail correlation characteristics, which can well fit the dependence relationship between the tooth contact fatigue and dedendum bending fatigue.</p>
<table-wrap id="table-5">
<label>Table 5</label>
<caption>
<title>The square Euclid distance of two Copula functions</title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col/>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Copula function</th>
<th>Gauss Copula</th>
<th>t-Copula</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>Value</td>
<td>0.4586</td>
<td>0.4342</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<fig id="fig-7">
<label>Figure 7</label>
<caption>
<title>The t-Copula function diagram (a) Density function (b) Distribution function diagram</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18181-fig-7.png"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4_3">
<label>4.3</label>
<title>Dynamic Fatigue Reliability Analysis Results</title>
<p>Substituting the above-calculated parameters into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">Eq. (9)</xref>, the dynamic fatigue reliability of gear transmission system considering failure dependence is obtained, as shown in <?A3B2 "fig8",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-8">Fig. 8</xref>.</p>
<p>It can be seen from <xref ref-type="fig" rid="fig-8">Fig.8</xref> that the reliability gradually decreases due to the strength degradation with the increase of service time. The dynamic fatigue reliability of the gear transmission system has an inevitable fluctuation. The main reason for the reliability fluctuation is that both the dynamic contact stress and dedendum bending stress has randomness. Because of the dependence relationship between the two failure modes, the reliability is lower than that of the single failure mode, and the fluctuation is more obvious. The results show that the failure dependence greatly influences the reliability of the gear transmission system. In this paper, only infant mortality (assume 400 hours) is analyzed, and the reliability is following the description of the bathtub curve. The study provides a theoretical basis for considering the correlation in the design stage. Compared with the deterministic reliability analysis, the result is more suitable for engineering practice.</p>
<fig id="fig-8">
	<label>Figure 8</label>
	<caption>
		<title>Dynamic fatigue reliability of the gear transmission system</title>
	</caption>
	<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18181-fig-8.png"/>
	</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<label>5</label>
<title>Conclusions</title>
<p>In this paper, a novel dynamic fatigue reliability analysis method for failure dependence and strength degradation is proposed, which provides an effective approach for dynamic fatigue reliability analysis of gear transmission systems in the design stage. We first constructed each failure mode&#x2019;s function based on stress-strength interference and gear transmission theory, then used the Copula function to characterize the dependence relationship between failure modes. Simultaneously, we introduce the Gamma process to describe structural strength degradation to construct a dynamic fatigue reliability model.</p>
<p>A practical engineering example illustrated the dynamic fatigue reliability considering failure dependence is more in line with the engineering practice, reflecting the influence of failure dependence and strength degradation on reliability. The results show that the gear strength degradation follows the Gamma process with a shape parameter of 19.2490<italic>t</italic> and a dimension parameter of 29.6223. The reliability of the gear transmission system considering failure dependence is about 0.94 after 400 h, which is lower than that under a single failure mode. It shows that the dependence relationship has a significant influence on structural reliability. The safety of the design can be guaranteed by considering the failure dependence and strength degradation.</p>
<p>This study opens avenues for more accurate calculation of failure probability and determination of design parameters in the design stage. Moreover, the research results can provide essential data for making maintenance cycles and plans.</p>
</sec>
</body>
<back>
<fn-group>
<fn fn-type="other">
<p><bold>Funding Statement:</bold> This work was supported by the National Natural Science Foundation of China under Contract No. 51875073, the Scientific Research Project of Education Department of Liaoning Province under Contract No. JDL2019005, the Dalian Science and Technology Innovation Fund Plan under Contract No. 2019J11CY017, the Innovation Team Support Plan of Liaoning Higher Education under Contract No. LT2016010.</p>
</fn>
<fn fn-type="conflict">
<p><bold>Conflicts of Interest:</bold> The authors declare that they have no conflicts of interest to report regarding the present study.</p>
</fn>
</fn-group>
<ref-list content-type="authoryear">
<title>References</title>
<ref id="ref-1"><label>1.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Li</surname>, <given-names>H. N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>S. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tang</surname>, <given-names>J. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>W. T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ouyang</surname>, <given-names>H. W.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A novel approach for calculating no-load static transmission error based on measured discrete tooth surfaces</article-title>. <source>Mechanism and Machine Theory</source><italic>,</italic> <volume>138</volume><italic>,</italic> <fpage>112</fpage>&#x2013;<lpage>123</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.mechmachtheory.2019.03.044</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>2.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>S. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Keshtegar</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Trung</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yaseen</surname>, <given-names>Z. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bui</surname>, <given-names>D. T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Reliability-based structural design optimization: Hybridized conjugate mean value approach</article-title>. <source>Engineering with Computers</source><italic>,</italic> <volume>37</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>381</fpage>&#x2013;<lpage>394</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00366-019-00829-7</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>3.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Meng</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>S. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lv</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Correia</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>An enhanced reliability index method and its application in reliability-based collaborative design and optimization</article-title>. <source>Mathematical Problems in Engineering</source><italic>,</italic> <volume>2019</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>10</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2019/4536906</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>4.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhi</surname>, <given-names>P. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>B. Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Time-dependent reliability analysis of the motor hanger for EMU based on stochastic process</article-title>. <source>International Journal of Structural</source><italic>,</italic> <volume>11</volume><issue>(3)</issue><italic>,</italic> <fpage>453</fpage>&#x2013;<lpage>469</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1108/ijsi-07-2019-0075</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-5"><label>5.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhi</surname>, <given-names>P. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>Y. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>B. Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shi</surname>, <given-names>S. S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Bounds-based structure reliability analysis of bogie frame under variable load cases</article-title>. <source>Engineering Failure Analysis</source><italic>,</italic> <volume>114</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>104541</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engfailanal.2020.104541</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-6"><label>6.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Park</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kim</surname>, <given-names>N. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Haftka</surname>, <given-names>R. T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>The effect of ignoring dependence between failure modes on evaluating system reliability</article-title>. <source>Structural and Multidisciplinary Optimization</source><italic>,</italic> <volume>52</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>251</fpage>&#x2013;<lpage>268</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00158-015-1239-7</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-7"><label>7.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ditlevsen</surname>, <given-names>O.</given-names></string-name></person-group> (<year>1983</year>). <article-title>System reliability bounding by conditioning</article-title>. <source>Journal of Engineering Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>109</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>1156</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(ASCE)0733-9399(1983)109:4(1156)</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>8.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ditlevsen</surname>, <given-names>O.</given-names></string-name></person-group> (<year>1979</year>). <article-title>Narrow reliability bounds for structural systems</article-title>. <source>Journal of Structural Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>7</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>453</fpage>&#x2013;<lpage>472</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/03601217908905329</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>9.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Low</surname>, <given-names>B. K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tang</surname>, <given-names>W. H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Efficient system reliability analysis illustrated for a retaining wall and a soil slope</article-title>. <source>Computers and Geotechnics</source><italic>,</italic> <volume>38</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>196</fpage>&#x2013;<lpage>204</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compgeo.2010.11.005</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-10"><label>10.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>L. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jia</surname>, <given-names>X. J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Reliability evaluation of a load-sharing parallel system with failure dependence</article-title>. <source>Communications in Statistics: Simulation and Computation</source><italic>,</italic> <volume>45</volume><italic>(</italic><issue>9</issue><italic>),</italic> <fpage>3094</fpage>&#x2013;<lpage>3113</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/03610918.2014.920880</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-11"><label>11.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yu</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>Z. L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Meng</surname>, <given-names>D. B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Time-variant reliability assessment for multiple failure modes and temporal parameters</article-title>. <source>Structural and Multidisciplinary Optimization</source><italic>,</italic> <volume>58</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>1705</fpage>&#x2013;<lpage>1717</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00158-018-1993-4</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-12"><label>12.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lu</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>Z. C.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>A method for estimating the reliability of structural systems with moment-matching and Copula concept</article-title>. <source>Mechanics Based Design of Structures and Machines</source><italic>,</italic> <volume>46</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>196</fpage>&#x2013;<lpage>208</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/15397734.2017.1324312</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-13"><label>13.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Tang</surname>, <given-names>X. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>D. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>C. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>L. M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Bivariate distribution models using Copulas for reliability analysis</article-title>. <source>Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part O Journal of Risk &#x0026; Reliability</source><italic>,</italic> <volume>227</volume><italic>(</italic><issue>5</issue><italic>),</italic> <fpage>499</fpage>&#x2013;<lpage>512</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/1748006X13481928</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-14"><label>14.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Pan</surname>, <given-names>Z. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Balakrishnan</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sun</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>J. L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Bivariate degradation analysis of products based on wiener processes and Copulas</article-title>. <source>Journal of Statistical Computation and Simulation</source><italic>,</italic> <volume>83</volume><italic>(</italic><issue>7</issue><italic>),</italic> <fpage>1316</fpage>&#x2013;<lpage>1329</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00949655.2012.658805</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-15"><label>15.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Eryilmaz</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Multivariate Copula based dynamic reliability modeling with application to weighted-k-out-of-n systems of dependent components</article-title>. <source>Structural Safety</source><italic>,</italic> <volume>51</volume><italic>,</italic> <fpage>23</fpage>&#x2013;<lpage>28</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.strusafe.2014.05.004</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>16.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Gu</surname>, <given-names>Y. K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fan</surname>, <given-names>C. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liang</surname>, <given-names>L. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Reliability calculation method based on the Copula function for mechanical systems with dependent failure</article-title>. <source>Annals of Operations Research</source><italic>,</italic> <volume>85</volume><italic>(</italic><issue>5&#x2013;6</issue><italic>),</italic> <fpage>320</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10479-019-03202-5</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>17.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wei</surname>, <given-names>Q. D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Elsayed</surname>, <given-names>E. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>Y. X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kang</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Multivariate degradation modeling of smart electricity meter with multiple performance characteristics via vine Copulas</article-title>. <source>Quality and Reliability Engineering International</source><italic>,</italic> <volume>33</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>803</fpage>&#x2013;<lpage>821</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/qre.2058</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-18"><label>18.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>J. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ma</surname>, <given-names>X. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhao</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>A stress-strength time-varying correlation interference model for structural reliability analysis using Copulas</article-title>. <source>IEEE Transactions on Reliability</source><italic>,</italic> <volume>66</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>15</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TR.2017.2694459</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-19"><label>19.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Shen</surname>, <given-names>L. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Y. G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Song</surname>, <given-names>B. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Song</surname>, <given-names>K. L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Reliability evaluation and importance analysis of structural systems considering dependence of multiple failure modes</article-title>. <source>Engineering with Computers</source>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00366-020-01100-0</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-20"><label>20.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Kumar</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hirani</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Agrawal</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Fatigue failure prediction in spur gear pair using AGMA approach</article-title>. <source>Materials Today: Proceedings</source><italic>,</italic> <volume>4</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>2470</fpage>&#x2013;<lpage>2477</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.matpr.2017.02.099</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-21"><label>21.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sklar</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>1960</year>). <article-title>Fonctions de r&#x00E9;partition &#x00E0; n dimensions et leurs marges</article-title>. <source>Publications de l&#x2019;Institut de Statistique de l&#x2019;Universit&#x00E9; de Paris</source><italic>,</italic> <volume>8</volume><italic>,</italic> <fpage>229</fpage>&#x2013;<lpage>231</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-22"><label>22.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Nelsen</surname>, <given-names>R. B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2006</year>). <source>An introduction to copulas</source>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-23"><label>23.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Li</surname>, <given-names>Y. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhi</surname>, <given-names>P. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gong</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Time-variant reliability analysis of motor-hanger connecting bolts in electric trains</article-title>. <source>Forensic Engineering</source><italic>,</italic> <volume>172</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>125</fpage>&#x2013;<lpage>132</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1680/jfoen.20.00006</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-24"><label>24.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>S. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Peng</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>X. C.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Computational-experimental approaches for fatigue reliability assessment of turbine bladed disks</article-title>. <source>International Journal of Mechanical Sciences</source><italic>,</italic> <volume>142</volume><italic>(</italic><issue>8</issue><italic>),</italic> <fpage>502</fpage>&#x2013;<lpage>517</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijmecsci.2018.04.050</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-25"><label>25.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Qian</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lei</surname>, <given-names>W. S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A statistical model of fatigue failure incorporating effects of specimen size and load amplitude on fatigue life</article-title>. <source>Philosophical Magazine</source><italic>,</italic> <volume>99</volume><italic>(</italic><issue>17</issue><italic>),</italic> <fpage>2089</fpage>&#x2013;<lpage>2125</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/14786435.2019.1609707</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-26"><label>26.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Qian</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lei</surname>, <given-names>W. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Niffenegger</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gonz&#x00E1;lez-Albuixech</surname>, <given-names>V. F.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>On the temperature independence of statistical model parameters for cleavage fracture in ferritic steels</article-title>. <source>Philosophical Magazine</source><italic>,</italic> <volume>98</volume><italic>(</italic><issue>11</issue><italic>),</italic> <fpage>959</fpage>&#x2013;<lpage>1004</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/14786435.2018.1425011</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-27"><label>27.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>S. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yu</surname>, <given-names>Z. Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Fatigue reliability assessment of turbine discs under multi-source uncertainties</article-title>. <source>Fatigue &#x0026; Fracture of Engineering Materials &#x0026; Structures</source><italic>,</italic> <volume>41</volume><italic>(</italic><issue>6</issue><italic>),</italic> <fpage>1291</fpage>&#x2013;<lpage>1305</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/ffe.12772</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-28"><label>28.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>S. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lei</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>Q. Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Probabilistic fatigue life prediction and reliability assessment of a high pressure turbine disc considering load variations</article-title>. <source>International Journal of Damage Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>27</volume><italic>(</italic><issue>10</issue><italic>),</italic> <fpage>1569</fpage>&#x2013;<lpage>1588</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/1056789517737132</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-29"><label>29.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>S. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>H. Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Peng</surname>, <given-names>W. W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>H. K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mahadevan</surname>, <given-names>S. K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Probabilistic physics of failure-based framework for fatigue life prediction of aircraft gas turbine discs under uncertainty</article-title>. <source>Reliability Engineering &#x0026; System Safety</source><italic>,</italic> <volume>146</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>12</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ress.2015.10.002</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-30"><label>30.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ai</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>S. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liao</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Correia</surname>, <given-names>J. A. F. O.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Souto</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Probabilistic modeling of fatigue life distribution and size effect of components with random defects</article-title>. <source>International Journal of Fatigue</source><italic>,</italic> <volume>126</volume><italic>(</italic><issue>7</issue><italic>),</italic> <fpage>165</fpage>&#x2013;<lpage>173</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijfatigue.2019.05.005</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-31"><label>31.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ling</surname>, <given-names>M. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tsui</surname>, <given-names>K. L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Balakrishnan</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Accelerated degradation analysis for the quality of a system based on the Gamma process</article-title>. <source>IEEE Transactions on Reliability</source><italic>,</italic> <volume>64</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>463</fpage>&#x2013;<lpage>472</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TR.2014.2337071</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-32"><label>32.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>P. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>B. X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>F. T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Inference for constant-stress accelerated degradation test based on Gamma process</article-title>. <source>Applied Mathematical Modelling</source><italic>,</italic> <volume>67</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>123</fpage>&#x2013;<lpage>134</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apm.2018.10.017</pub-id>.</mixed-citation></ref>
</ref-list>
</back>
</article>
