[發明專利]一種基于馬爾可夫信息矩陣的加速壽命試驗載荷譜設計方法

有效

• 申請號: 201810075634.1
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108345727B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 王少萍;馬仲海;張超;孫旭
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06K9/62
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文穎

1.一種基于馬爾可夫信息矩陣的加速壽命試驗載荷譜設計方法，包括以下幾個步驟：

步驟一、利用隱馬爾可夫模型獲取航空液壓泵工作載荷剖面，并統計液壓泵載荷的馬爾可夫信息矩陣；

基于時間的馬爾可夫矩陣為：

其中：M表示馬爾可夫信息矩陣，i，j分別為不同的應力等級，n表示載荷周期內的各個應力等級，t_i為各級應力持續的時間，m_i,j表示馬爾可夫信息矩陣從應力等級i轉移到應力等級j的統計值，表示集合中元素個數的運算符，k表示載荷切換點，X_k為在切換點k時的狀態，通過遍歷載荷譜歷史信息，得到馬爾可夫信息矩陣；

通過馬爾可夫信息矩陣統計載荷譜，在原有馬爾可夫矩陣的基礎上增加應力累積施加信息，構成一種新型的基于時間的馬爾可夫矩陣，同時包含載荷譜切換頻次信息和各等級載荷的持續時長信息；

步驟二、根據馬爾可夫信息矩陣計算載荷轉移矩陣和等級持續時長矩陣；

通過由步驟一對歷史載荷信息的統計所得到馬爾可夫信息矩陣M進行進一步的計算，得到狀態的載荷轉移矩陣Q_T和等級持續時長矩陣D_T：

其中，P(X_k＝x_k|X_k-1＝x_k-1)則表示在切換點k狀態為x_k的概率，且該概率僅僅與切換點k-1的概率有關，q_ij為從應力等級i轉移到應力等級j的概率大小，d_i為應力等級為i時載荷持續時長所占的比例；

步驟三、分析關鍵失效模式，根據累積損傷一致原則，設計加速載荷譜；

缸體柱塞副的磨粒磨損計算采用Archard磨損模型：

V＝KP_loadL/(3H)

式中，P_load是載荷，L是磨損行程，H是維氏硬度，K是磨損系數；

通過對柱塞副受力分析，其每個循環所造成的磨損表示為：

其中，m，l分別為柱塞在柱塞腔外和柱塞腔內的長度，m和l的大小隨著柱塞的運動變化而變化，Q為柱塞的輸出流量，p_s為出口壓力，d為柱塞的直徑，ω為柱塞泵的轉速，r為柱塞中心到液壓泵旋轉軸心的距離，Z為液壓泵柱塞的總個數，為等效的常數系數；

對于轉子配流盤副磨損的計算采用逆冪率模型計算

v＝ap_s^bω^c

其中，a,b,c根據實驗數據進行參數估計；

假設壓力和流量兩個加速應力分別為S₁和S₂，先選取恒定的應力S₁并提升應力等級，計算出在該恒定加速應力下，對應的其他應力等級S₂下的加速時長，假設加速系數為K₁，K₁＞1；則根據累積損傷相等，以及各等級累積時間所占總時間比例的不同，進行相應的時間折算，即t_i'＝t_i/K；i＝1,2...8；根據各個應力等級S₂上的加速時長，計算每個等級下的加速應力S′₂，保證在兩種加速應力下，對部件成的損傷一致；

首先選取加速時壓力P’，計算等效加速時長T₂，計算各等級應力持續時長，然后根據流量加速因子計算加速流量，最后，根據轉移矩陣Q_T，加速應力P’和Q’，等級持續時長矩陣D_T，生成加速載荷譜，利用該加速載荷譜生成新的加速載荷譜并指導加速壽命試驗。