一種多應力多機理作用下柱塞泵產品綜合加速因子優化方法
【專利摘要】一種多應力多機理作用下柱塞泵產品綜合加速因子優化方法，步驟如下：一：主機理分析；二：加速因子計算模型選擇；根據步驟一中主機理分析結果，選擇對應的加速因子模型，計算柱塞泵產品各薄弱環節的加速因子；三：綜合加速因子確定；結合產品工作極限與試驗設備加載能力確定加速應力類型與范圍，建立綜合加速因子優化模型，并利用matlab計算軟件進行模型求解，得到產品的綜合加速因子。本發明所提供優化方法，為產品層的加速壽命試驗方法研究提供理論支撐,為柱塞泵產品中的承力件、摩擦副與密封件對應的疲勞、磨損與老化加速因子計算模型及同類產品加速因子分析提供了方法支撐,具有思路明確、可操作性強。
【專利說明】一種多應力多機理作用下柱塞泵產品綜合加速因子優化方 法
【技術領域】
[0001] 本發明提供一種多應力多機理作用下柱塞泵產品綜合加速因子優化方法，特別涉 及不同耗損型機理的加速因子計算與長壽命產品系統級加速因子的確定方法，屬于壽命試 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和加速因子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。
[0003] 對于長壽命產品，工程中常通過加速壽命試驗驗證其壽命指標，但由于柱塞泵產 品價格高，不可能通過增大試驗樣本量來減少試驗時間；同時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，這使得其加速因子難以確定。通過對現有技術的查新， 國內外還沒有關于多應力多機理作用下柱塞杲產品綜合加速因子優化方法的研究。
【發明內容】
[0004] 1、發明目的
[0005] 本發明的目的在于針對現有技術所存在的問題，提出了一種考慮多應力多機理作 用下柱塞泵產品綜合加速因子優化方法，本方法基于產品主機理分析結果，在充分考慮材 料分散性基礎上，針對薄弱環節的耗損型失效機理進行加速因子計算，通過柱塞泵產品整 體加速因子的優化模型對加速因子進行優化，以確定產品綜合加速因子，并利用matlab的 優化工具箱進行模型計算，得到產品在多應力多機理作用下的綜合加速因子。該加速因子 優化方法可為實現新一代裝備產壽命技術要求提供方法支撐。
[0006] 2、技術方案
[0007]本發明提供一種多應力多機理作用下柱塞泵產品綜合加速因子優化方法，該方法 具體步驟如下：
[0008]步驟一：主機理分析。確定柱塞杲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，結合柱塞泵產品的組成、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，綜合確定柱塞泵產品的薄弱環 節及其對應的主機理。
[0009]步驟二：加速因子計算模型選擇。根據步驟一中主機理分析結果，選擇對應的加速 因子計算模型，計算柱塞栗產品各薄弱環節的加速因子。對應的加速因子計算模型主要包 括：
[0010] a.疲勞類機理：
[0012] C1)
[0011] 疲勞加速因子計算模型如下式所示：
【權利要求】
1. 一種多應力多機理作用下柱塞泵產品綜合加速因子優化方法，其特征在于：該方法 具體步驟如下： 步驟一：主機理分析；確定柱塞泵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，結合柱塞泵產品的組成、結構、原理，進行故障模式、 機理和影響分析，即進行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，綜合確定柱塞泵產品的薄弱環節及其對應的主機理； 步驟二：加速因子計算模型選擇；根據步驟一中主機理分析結果，選擇對應的加速因 子模型，計算柱塞泵產品各薄弱環節的加速因子； 步驟三：綜合加速因子確定；基于產品主機理分析結果和常規試驗載荷譜，結合產品 工作極限與試驗設備加載能力確定加速應力類型與范圍，建立綜合加速因子優化模型，并 利用matlab計算軟件進行模型求解，得到產品的綜合加速因子。
2. 根據權利要求1所述的一種多應力多機理作用下柱塞泵產品綜合加速因子優化方 法，其特征在于：在步驟一中所述的"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所述的一種多應力多機理作用下柱塞泵產品綜合加速因子優化方 法，其特征在于：在步驟一中所述的"綜合確定產品的薄弱環節及其對應的主機理"，它是 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所述的一種多應力多機理作用下柱塞泵產品綜合加速因子優化方 法，其特征在于：在步驟二中所述的"加速因子計算模型"，它包括： a. 疲勞類機理： 疲勞加速因子計算模型如下式所示：
(1) (2) 其中，Qi，Q2-柱塞泵加速載荷和常規載荷出口流量； n2一加速載荷和常規載荷的轉速，r/min ; Pu P2-柱塞泵加速載荷和常規載荷出口壓力，MPa ; β u β 2-柱塞泵加速載荷和常規載荷斜盤傾角，由流量決定，rad ; m-與材料有關的參數； b. 磨損類機理： 磨損加速因子計算模型如下式所示：
其中，Qi，Q2-柱塞泵加速載荷和常規載荷出口流量； (3) (4) nu n2一加速載荷和常規載荷的轉速，r/min ; Pu P2-柱塞泵加速載荷和常規載荷出口壓力，MPa ; β u β 2-柱塞泵加速載荷和常規載荷斜盤傾角，由流量決定，rad ; m-與材料有關的參數； c.老化類機理： 老化加速因子計算模型如下公式所示：
(5) 其中：E 活化能/J*mol 1 ; R--氣體常數8. 314八111〇1*1〇_1 ; ?\，T2--加速載荷和常規載荷老化反應溫度/Κ。
5. 根據權利要求1所述的一種多應力多機理作用下柱塞泵產品綜合加速因子優化方 法，其特征在于：在步驟三中所述的"確定加速應力類型與范圍"，它包括兩方面內容：1)加 速應力類型確定：選擇能夠對耗損型失效機理壽命存在明顯加速作用的應力類型作為加速 應力類型；2)加速應力范圍確定：加速應力的大小應大于常規應力大小，小于產品的工作 極限和試驗設備的加載能力。
6. 根據權利要求1所述的一種多應力多機理作用下柱塞泵產品綜合加速因子優化方 法，其特征在于：在步驟三中所述的"綜合加速因子"，它包括： a. 應力類型與范圍確定：基于產品主機理分析結果和常規試驗載荷譜，結合步驟二中 所選擇的加速因子計算模型以及產品工作極限與試驗設備加載能力確定加速應力類型與 范圍； b. 綜合加速因子優化模型建立：產品綜合加速因子優化模型主要包括以下兩個部分： 1)加速壽命試驗載荷水平優化模型建立：假設柱塞泵產品共有m個主機理，在加速因 子模型中共有η個應力類型參數和p個材料參數；則柱塞泵產品加速壽命試驗載荷水平的 優化模型如下式所示：
(6) 其中：Τ為產品壽命指標，?\為第i個機理對應的單元的壽命指標，h為第i個機理對 應的單元的運行比，該"運行比"是指在系統工作過程中，單元的運行時間與系統的運行時 間的比值；i為加速試驗的載荷空間，&為第j個應力類型，5為材料參數空間集，yk為第 k個材料參數類型，ft 為在第i個機理在i應力水平和材料參數|時的加速因子，η為 載荷類型數，Ρ為材料參數類型數，a為最小可接受加速因子值，Ν為加速試驗的最少測量次 數，h為加速壽命試驗的一個試驗循環時間，△ t為單次測量時間； 2)產品的綜合加速因子確定：確定產品綜合加速因子的模型如下式所示：
(7) c.模型求解；利用matlab計算軟件對優化模型求解。
【文檔編號】G06F19/00GK104298853SQ201410425718
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年8月26日 優先權日:2014年8月26日
【發明者】陳云霞, 井海龍, 廖尋, 康銳 申請人:北京航空航天大學