一種考慮多機(jī)理的加速壽命試驗(yàn)載荷譜確定方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明一種考慮多機(jī)理的加速壽命試驗(yàn)載荷譜確定方法，其具體步驟如下：1.主機(jī)理分析；2.加速因子計(jì)算；3.加速應(yīng)力水平與加速因子初步確定；4.基于疲勞、磨損動(dòng)作類(lèi)機(jī)理的試驗(yàn)時(shí)間初步確定；5.考慮老化和腐蝕類(lèi)機(jī)理的試驗(yàn)時(shí)間最終確定；6.加速壽命試驗(yàn)載荷譜最終確定。本發(fā)明可以直接應(yīng)用于產(chǎn)品，給出了基于機(jī)理計(jì)算確定加速壽命試驗(yàn)載荷譜各參數(shù)的方法，工程適用性強(qiáng)；同時(shí)，本發(fā)明分疲勞、磨損動(dòng)作類(lèi)機(jī)理和老化、腐蝕類(lèi)機(jī)理進(jìn)行了多機(jī)理的試驗(yàn)時(shí)間協(xié)同分析，保證了加速壽命試驗(yàn)時(shí)間的準(zhǔn)確性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種考慮多機(jī)理的加速壽命試驗(yàn)載荷譜確定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提供一種考慮多機(jī)理的加速壽命試驗(yàn)載荷譜確定方法，特別是涉及一種多 機(jī)理作用下產(chǎn)品層加速壽命試驗(yàn)各試驗(yàn)參數(shù)的確定方法，屬于加速壽命試驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 壽命作為耐久性的度量，是武器裝備重要的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)，是影響裝備效能充分 發(fā)揮的關(guān)鍵因素。如何設(shè)計(jì)加速壽命試驗(yàn)載荷譜并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證產(chǎn)品壽命指標(biāo)是當(dāng)前長(zhǎng)壽 命產(chǎn)品壽命分析和試驗(yàn)所面臨的普遍問(wèn)題，同時(shí)也是產(chǎn)品長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)、分析、試驗(yàn)、評(píng)估及 預(yù)測(cè)中的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于機(jī)械類(lèi)長(zhǎng)壽命產(chǎn)品，由于其價(jià)格高，不可能通過(guò)增大樣本量來(lái)減少 試驗(yàn)時(shí)間；且工作過(guò)程作用應(yīng)力復(fù)雜，其失效是多個(gè)失效機(jī)理共同作用的結(jié)果，使得加速因 子難以確定，故針對(duì)長(zhǎng)壽命產(chǎn)品的加速壽命試驗(yàn)研究目前還主要集中在單機(jī)的單一失效機(jī) 理上，而對(duì)系統(tǒng)級(jí)的加速壽命試驗(yàn)以及載荷譜確定方法的研究還相對(duì)較少。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 1、發(fā)明目的
[0004] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題，提供一種考慮多機(jī)理的加速壽命 試驗(yàn)載荷譜確定方法，它是一種基于故障機(jī)理的長(zhǎng)壽命產(chǎn)品加速壽命試驗(yàn)載荷譜確定方 法，基于產(chǎn)品主機(jī)理分析結(jié)果，針對(duì)不同耗損型失效機(jī)理進(jìn)行壽命與加速因子計(jì)算并最終 確定加速壽命試驗(yàn)載荷譜，為實(shí)現(xiàn)新一代裝備長(zhǎng)壽命技術(shù)要求提供了有效的方法支撐，對(duì) 復(fù)雜系統(tǒng)的加速壽命試驗(yàn)方法研究具有借鑒意義。
[0005] 2、技術(shù)方案
[0006] 本發(fā)明一種考慮多機(jī)理的加速壽命試驗(yàn)載荷譜確定方法，該方法具體步驟如下：
[0007] 步驟一：主機(jī)理分析。確定產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)及其對(duì)應(yīng)的耗損型失效機(jī)理。主機(jī)理 分析根據(jù)給定的載荷譜或任務(wù)剖面，結(jié)合作動(dòng)器產(chǎn)品的組成、結(jié)構(gòu)、原理，進(jìn)行故障模式、機(jī) 理和影響分析（FMMEA, Failure Mode, Mechanisms and Effects Analysis)，在 FMMEA 的基 礎(chǔ)上根據(jù)各機(jī)理對(duì)應(yīng)的故障模式的嚴(yán)酷度及發(fā)生頻度，綜合確定產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)及其對(duì)應(yīng) 的主機(jī)理。
[0008] 步驟二：加速因子計(jì)算。根據(jù)步驟一中主機(jī)理分析結(jié)果，帶入加速因子模型中分別 計(jì)算各主機(jī)理在不同應(yīng)力水平下的加速因子。
[0009] 步驟三：加速應(yīng)力水平與加速因子初步確定。針對(duì)不同應(yīng)力水平下各主機(jī)理加速 因子計(jì)算結(jié)果，根據(jù)加速因子均方根最小原則初步確定加速應(yīng)力水平h ;再結(jié)合初步確定 的加速應(yīng)力水平根據(jù)加速因子取小原則確定加速因子Af。
[0010] 步驟四：基于疲勞、磨損動(dòng)作類(lèi)機(jī)理的試驗(yàn)時(shí)間初步確定。根據(jù)疲勞、磨損動(dòng)作類(lèi) 機(jī)理結(jié)合產(chǎn)品常規(guī)應(yīng)力載荷譜初步確定試驗(yàn)時(shí)間。主要包括：
[0011] a.根據(jù)加速因子Af確定高應(yīng)力載荷譜。在保證總循環(huán)次數(shù)和應(yīng)力水平數(shù)不變的 條件下減小低應(yīng)力水平循環(huán)數(shù)，同時(shí)相應(yīng)增加Sj下的循環(huán)次數(shù)，使得高應(yīng)力譜的累積損傷 是常規(guī)應(yīng)力載荷譜的Af倍，此時(shí)對(duì)應(yīng)的載荷類(lèi)型和應(yīng)力水平為初步確定的高應(yīng)力載荷譜。
[0012] b.加速壽命試驗(yàn)循環(huán)單元數(shù)確定。根據(jù)常規(guī)應(yīng)力譜對(duì)應(yīng)的循環(huán)單元數(shù)N。和加速 因子A f，確定加速壽命試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的循環(huán)單元數(shù)Ντ(若Ντ非整數(shù)則向上取整）為：
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種考慮多機(jī)理的加速壽命試驗(yàn)載荷譜確定方法，其特征在于：該方法具體步驟如 下： 步驟一：主機(jī)理分析；確定產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)及其對(duì)應(yīng)的耗損型失效機(jī)理，主機(jī)理分析 根據(jù)給定的載荷譜或任務(wù)剖面，結(jié)合作動(dòng)器產(chǎn)品的組成、結(jié)構(gòu)、原理，進(jìn)行故障模式、機(jī)理和 影響分析即FMMEA，在FMMEA的基礎(chǔ)上根據(jù)各機(jī)理對(duì)應(yīng)的故障模式的嚴(yán)酷度及發(fā)生頻度，綜 合確定產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)及其對(duì)應(yīng)的主機(jī)理； 步驟二：加速因子計(jì)算；根據(jù)步驟一中主機(jī)理分析結(jié)果，帶入加速因子模型中分別計(jì) 算各主機(jī)理在不同應(yīng)力水平下的加速因子； 步驟三：加速應(yīng)力水平與加速因子初步確定；針對(duì)不同應(yīng)力水平下各主機(jī)理加速因子 計(jì)算結(jié)果，根據(jù)加速因子均方根最小原則初步確定加速應(yīng)力水平h ;再結(jié)合初步確定的加 速應(yīng)力水平根據(jù)加速因子取小原則確定加速因子Af ; 步驟四：基于疲勞、磨損動(dòng)作類(lèi)機(jī)理的試驗(yàn)時(shí)間初步確定；根據(jù)疲勞、磨損動(dòng)作類(lèi)機(jī)理 結(jié)合產(chǎn)品常規(guī)應(yīng)力載荷譜初步確定試驗(yàn)時(shí)間，主要包括： a. 根據(jù)加速因子Af確定高應(yīng)力載荷譜；在保證總循環(huán)次數(shù)和應(yīng)力水平數(shù)不變的條件 下減小低應(yīng)力水平循環(huán)數(shù)，同時(shí)相應(yīng)增加Sj下的循環(huán)次數(shù)，使得高應(yīng)力譜的累積損傷是常 規(guī)應(yīng)力載荷譜的A f倍，此時(shí)對(duì)應(yīng)的載荷類(lèi)型和應(yīng)力水平為初步確定的高應(yīng)力載荷譜； b. 加速壽命試驗(yàn)循環(huán)單元數(shù)確定；根據(jù)常規(guī)應(yīng)力譜對(duì)應(yīng)的循環(huán)單元數(shù)N。和加速因子 Af，確定加速壽命試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的循環(huán)單元數(shù)&為 ：
(1) 式中：Sj初步確定的加速應(yīng)力水平；Afw速壽命試驗(yàn)產(chǎn)品的加速因子；NC常規(guī)應(yīng)力載荷 譜對(duì)應(yīng)的循環(huán)單元數(shù)；若Ντ非整數(shù)則向上取整； c. 循環(huán)單元載荷譜初步確定；加速壽命試驗(yàn)一個(gè)循環(huán)單元載荷譜每級(jí)應(yīng)力水平下的 循環(huán)次數(shù)n,_n為：
(2) 瓦干niQ刃倔壞單元載荷譜每級(jí)應(yīng)力水平下的循環(huán)次數(shù)，若niQ非整數(shù)則向上取整；叫為 高應(yīng)力載荷譜每級(jí)應(yīng)力水平下的循環(huán)次數(shù)；NT加速壽命試驗(yàn)載荷譜對(duì)應(yīng)的循環(huán)單元數(shù)； 結(jié)合常規(guī)應(yīng)力譜每種應(yīng)力水平下頻率為fi(1，一個(gè)循環(huán)單元試驗(yàn)時(shí)間h為：
(3) 式中：r為常規(guī)應(yīng)力譜應(yīng)力水平數(shù)；ni(l循環(huán)單元載荷譜每級(jí)應(yīng)力水平下的循環(huán)次數(shù)； fiQ常規(guī)應(yīng)力譜每種應(yīng)力水平下頻率；h -個(gè)循環(huán)單元試驗(yàn)時(shí)間； d. 加速壽命試驗(yàn)時(shí)間的初步確定；考慮產(chǎn)品分散系數(shù)初步計(jì)算加速壽命試驗(yàn)時(shí)間，取 分散系數(shù)K = 1. 2?1. 5,初步確定的加速壽命試驗(yàn)時(shí)間為： t J0 = K X Nj X t〇 (4) 考慮產(chǎn)品分散系數(shù)后的加速壽命試驗(yàn)循環(huán)單元數(shù)N/為： Ν/ =ΚΧΝΤ (5) 式中：初步確定的加速壽命試驗(yàn)時(shí)間；N/考慮分散系數(shù)后的加速壽命試驗(yàn)循環(huán)單 元數(shù)； 步驟五：考慮老化和腐蝕類(lèi)機(jī)理的試驗(yàn)時(shí)間的最終確定；老化與腐蝕類(lèi)機(jī)理的加速壽 命試驗(yàn)時(shí)間用式（6)進(jìn)行計(jì)算：
(6) 式中％為基于老化和腐蝕機(jī)理確定的加速壽命試驗(yàn)的試驗(yàn)時(shí)間，、為壽命指標(biāo)要求 值，Aft為老化和腐蝕機(jī)理的加速因子； 分別計(jì)算在不同應(yīng)力水平下的tT1，然后選取其中小于且最接近tT(l的試驗(yàn)時(shí)間所對(duì)應(yīng) 的應(yīng)力水平作為老化和腐蝕機(jī)理的加速應(yīng)力水平； 步驟六：加速壽命試驗(yàn)載荷譜的最終確定；綜合步驟四確定的加速壽命試驗(yàn)循環(huán)單元 載荷譜參數(shù)與循環(huán)單元數(shù)和步驟五確定的加速壽命試驗(yàn)時(shí)間，取兩個(gè)試驗(yàn)時(shí)間的最大值作 為產(chǎn)品加速壽命試驗(yàn)載荷譜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮多機(jī)理的加速壽命試驗(yàn)載荷譜確定方法，其特征在 于：步驟一中所述的"主機(jī)理"是指對(duì)產(chǎn)品壽命起關(guān)鍵作用的耗損型失效機(jī)理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮多機(jī)理的加速壽命試驗(yàn)載荷譜確定方法，其特征在 于：步驟一中所述的"綜合確定產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)及其對(duì)應(yīng)的主機(jī)理"是以嚴(yán)酷度大和發(fā)生頻 度高的故障模式對(duì)應(yīng)的機(jī)理作為產(chǎn)品的主機(jī)理，主機(jī)理對(duì)應(yīng)的最低約定層次單元為產(chǎn)品的 薄弱環(huán)節(jié)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮多機(jī)理的加速壽命試驗(yàn)載荷譜確定方法，其特征在 于：步驟三中所述的"根據(jù)加速因子均方根最小原則初步確定加速應(yīng)力水平"是指分別計(jì)算 每種加速應(yīng)力水平下的所有薄弱環(huán)節(jié)的加速因子均方根，以加速因子均方根最小對(duì)應(yīng)的加 速應(yīng)力水平作為產(chǎn)品加速壽命試驗(yàn)的加速應(yīng)力水平。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮多機(jī)理的加速壽命試驗(yàn)載荷譜確定方法，其特征在 于：步驟三中所述的"根據(jù)加速因子取小原則確定加速因子"是指在確定的加速應(yīng)力水平 下利用加速因子模型計(jì)算每個(gè)薄弱環(huán)節(jié)的加速因子，以最小的加速因子作為產(chǎn)品的加速因 子。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104156599SQ201410396392
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月13日
【發(fā)明者】廖尋, 陳云霞, 井海龍, 康銳 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)