一種考慮多機理的加速壽命試驗載荷譜確定方法
【專利摘要】本發明一種考慮多機理的加速壽命試驗載荷譜確定方法，其具體步驟如下：1.主機理分析；2.加速因子計算；3.加速應力水平與加速因子初步確定；4.基于疲勞、磨損動作類機理的試驗時間初步確定；5.考慮老化和腐蝕類機理的試驗時間最終確定；6.加速壽命試驗載荷譜最終確定。本發明可以直接應用于產品，給出了基于機理計算確定加速壽命試驗載荷譜各參數的方法，工程適用性強；同時，本發明分疲勞、磨損動作類機理和老化、腐蝕類機理進行了多機理的試驗時間協同分析，保證了加速壽命試驗時間的準確性。
【專利說明】一種考慮多機理的加速壽命試驗載荷譜確定方法
【技術領域】
[0001] 本發明提供一種考慮多機理的加速壽命試驗載荷譜確定方法，特別是涉及一種多 機理作用下產品層加速壽命試驗各試驗參數的確定方法，屬于加速壽命試驗【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 壽命作為耐久性的度量，是武器裝備重要的戰術技術指標，是影響裝備效能充分 發揮的關鍵因素。如何設計加速壽命試驗載荷譜并通過試驗驗證產品壽命指標是當前長壽 命產品壽命分析和試驗所面臨的普遍問題，同時也是產品長壽命設計、分析、試驗、評估及 預測中的關鍵技術。對于機械類長壽命產品，由于其價格高，不可能通過增大樣本量來減少 試驗時間；且工作過程作用應力復雜，其失效是多個失效機理共同作用的結果，使得加速因 子難以確定，故針對長壽命產品的加速壽命試驗研究目前還主要集中在單機的單一失效機 理上，而對系統級的加速壽命試驗以及載荷譜確定方法的研究還相對較少。
【發明內容】
[0003] 1、發明目的
[0004] 本發明的目的在于針對現有技術所存在的問題，提供一種考慮多機理的加速壽命 試驗載荷譜確定方法，它是一種基于故障機理的長壽命產品加速壽命試驗載荷譜確定方 法，基于產品主機理分析結果，針對不同耗損型失效機理進行壽命與加速因子計算并最終 確定加速壽命試驗載荷譜，為實現新一代裝備長壽命技術要求提供了有效的方法支撐，對 復雜系統的加速壽命試驗方法研究具有借鑒意義。
[0005] 2、技術方案
[0006] 本發明一種考慮多機理的加速壽命試驗載荷譜確定方法，該方法具體步驟如下：
[0007] 步驟一：主機理分析。確定產品的薄弱環節及其對應的耗損型失效機理。主機理 分析根據給定的載荷譜或任務剖面，結合作動器產品的組成、結構、原理，進行故障模式、機 理和影響分析（FMMEA, Failure Mode, Mechanisms and Effects Analysis)，在 FMMEA 的基 礎上根據各機理對應的故障模式的嚴酷度及發生頻度，綜合確定產品的薄弱環節及其對應 的主機理。
[0008] 步驟二：加速因子計算。根據步驟一中主機理分析結果，帶入加速因子模型中分別 計算各主機理在不同應力水平下的加速因子。
[0009] 步驟三：加速應力水平與加速因子初步確定。針對不同應力水平下各主機理加速 因子計算結果，根據加速因子均方根最小原則初步確定加速應力水平h ;再結合初步確定 的加速應力水平根據加速因子取小原則確定加速因子Af。
[0010] 步驟四：基于疲勞、磨損動作類機理的試驗時間初步確定。根據疲勞、磨損動作類 機理結合產品常規應力載荷譜初步確定試驗時間。主要包括：
[0011] a.根據加速因子Af確定高應力載荷譜。在保證總循環次數和應力水平數不變的 條件下減小低應力水平循環數，同時相應增加Sj下的循環次數，使得高應力譜的累積損傷 是常規應力載荷譜的Af倍，此時對應的載荷類型和應力水平為初步確定的高應力載荷譜。
[0012] b.加速壽命試驗循環單元數確定。根據常規應力譜對應的循環單元數N。和加速 因子A f，確定加速壽命試驗對應的循環單元數Ντ(若Ντ非整數則向上取整）為：
[0013]
【權利要求】
1. 一種考慮多機理的加速壽命試驗載荷譜確定方法，其特征在于：該方法具體步驟如 下： 步驟一：主機理分析；確定產品的薄弱環節及其對應的耗損型失效機理，主機理分析 根據給定的載荷譜或任務剖面，結合作動器產品的組成、結構、原理，進行故障模式、機理和 影響分析即FMMEA，在FMMEA的基礎上根據各機理對應的故障模式的嚴酷度及發生頻度，綜 合確定產品的薄弱環節及其對應的主機理； 步驟二：加速因子計算；根據步驟一中主機理分析結果，帶入加速因子模型中分別計 算各主機理在不同應力水平下的加速因子； 步驟三：加速應力水平與加速因子初步確定；針對不同應力水平下各主機理加速因子 計算結果，根據加速因子均方根最小原則初步確定加速應力水平h ;再結合初步確定的加 速應力水平根據加速因子取小原則確定加速因子Af ; 步驟四：基于疲勞、磨損動作類機理的試驗時間初步確定；根據疲勞、磨損動作類機理 結合產品常規應力載荷譜初步確定試驗時間，主要包括： a. 根據加速因子Af確定高應力載荷譜；在保證總循環次數和應力水平數不變的條件 下減小低應力水平循環數，同時相應增加Sj下的循環次數，使得高應力譜的累積損傷是常 規應力載荷譜的A f倍，此時對應的載荷類型和應力水平為初步確定的高應力載荷譜； b. 加速壽命試驗循環單元數確定；根據常規應力譜對應的循環單元數N。和加速因子 Af，確定加速壽命試驗對應的循環單元數&為 ：
(1) 式中：Sj初步確定的加速應力水平；Afw速壽命試驗產品的加速因子；NC常規應力載荷 譜對應的循環單元數；若Ντ非整數則向上取整； c. 循環單元載荷譜初步確定；加速壽命試驗一個循環單元載荷譜每級應力水平下的 循環次數n,_n為：
(2) 瓦干niQ刃倔壞單元載荷譜每級應力水平下的循環次數，若niQ非整數則向上取整；叫為 高應力載荷譜每級應力水平下的循環次數；NT加速壽命試驗載荷譜對應的循環單元數； 結合常規應力譜每種應力水平下頻率為fi(1，一個循環單元試驗時間h為：
(3) 式中：r為常規應力譜應力水平數；ni(l循環單元載荷譜每級應力水平下的循環次數； fiQ常規應力譜每種應力水平下頻率；h -個循環單元試驗時間； d. 加速壽命試驗時間的初步確定；考慮產品分散系數初步計算加速壽命試驗時間，取 分散系數K = 1. 2?1. 5,初步確定的加速壽命試驗時間為： t J0 = K X Nj X t〇 (4) 考慮產品分散系數后的加速壽命試驗循環單元數N/為： Ν/ =ΚΧΝΤ (5) 式中：初步確定的加速壽命試驗時間；N/考慮分散系數后的加速壽命試驗循環單 元數； 步驟五：考慮老化和腐蝕類機理的試驗時間的最終確定；老化與腐蝕類機理的加速壽 命試驗時間用式（6)進行計算：
(6) 式中％為基于老化和腐蝕機理確定的加速壽命試驗的試驗時間，、為壽命指標要求 值，Aft為老化和腐蝕機理的加速因子； 分別計算在不同應力水平下的tT1，然后選取其中小于且最接近tT(l的試驗時間所對應 的應力水平作為老化和腐蝕機理的加速應力水平； 步驟六：加速壽命試驗載荷譜的最終確定；綜合步驟四確定的加速壽命試驗循環單元 載荷譜參數與循環單元數和步驟五確定的加速壽命試驗時間，取兩個試驗時間的最大值作 為產品加速壽命試驗載荷譜。
2. 根據權利要求1所述的一種考慮多機理的加速壽命試驗載荷譜確定方法，其特征在 于：步驟一中所述的"主機理"是指對產品壽命起關鍵作用的耗損型失效機理。
3. 根據權利要求1所述的一種考慮多機理的加速壽命試驗載荷譜確定方法，其特征在 于：步驟一中所述的"綜合確定產品的薄弱環節及其對應的主機理"是以嚴酷度大和發生頻 度高的故障模式對應的機理作為產品的主機理，主機理對應的最低約定層次單元為產品的 薄弱環節。
4. 根據權利要求1所述的一種考慮多機理的加速壽命試驗載荷譜確定方法，其特征在 于：步驟三中所述的"根據加速因子均方根最小原則初步確定加速應力水平"是指分別計算 每種加速應力水平下的所有薄弱環節的加速因子均方根，以加速因子均方根最小對應的加 速應力水平作為產品加速壽命試驗的加速應力水平。
5. 根據權利要求1所述的一種考慮多機理的加速壽命試驗載荷譜確定方法，其特征在 于：步驟三中所述的"根據加速因子取小原則確定加速因子"是指在確定的加速應力水平 下利用加速因子模型計算每個薄弱環節的加速因子，以最小的加速因子作為產品的加速因 子。
【文檔編號】G06F19/00GK104156599SQ201410396392
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月13日 優先權日:2014年8月13日
【發明者】廖尋, 陳云霞, 井海龍, 康銳 申請人:北京航空航天大學