[發(fā)明專利]一種基于載荷信息矩陣的多維綜合應(yīng)力壽命試驗(yàn)載荷譜設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010630354.X
• 申請(qǐng)日: 2020-07-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111947950B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬仲海;聶松林;尹方龍;紀(jì)輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M99/00
• 分類號(hào): G01M99/00;F04B51/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于載荷信息矩陣的多維綜合應(yīng)力壽命試驗(yàn)載荷譜設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用于復(fù)雜工況下機(jī)電設(shè)備壽命試驗(yàn)領(lǐng)域。該方法在利用載荷信息矩陣統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)復(fù)雜工況下所受的多種不同類型的應(yīng)力特性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用加速模型對(duì)應(yīng)力等級(jí)進(jìn)行歸一化處理。該載荷信息矩陣能兼顧不同類型應(yīng)力的施加時(shí)長(zhǎng)和應(yīng)力等級(jí)之前的切換頻次。能有效的統(tǒng)計(jì)和分析同時(shí)受到多種應(yīng)力的機(jī)電設(shè)備綜合應(yīng)力試驗(yàn)載荷譜，并且依據(jù)等效累積損傷一致理論可以對(duì)載荷信息矩陣的應(yīng)力等級(jí)按照加速因子進(jìn)行加速，從而縮短試驗(yàn)施加，完成加速壽命試驗(yàn)載荷譜的設(shè)計(jì)。本方法針對(duì)承受多維應(yīng)力的機(jī)電設(shè)備提供了一種有效的載荷譜統(tǒng)計(jì)及設(shè)計(jì)方法，便于壽命試驗(yàn)和加速壽命試驗(yàn)的開(kāi)展。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)電產(chǎn)品可靠性壽命試驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及一種基于載荷信息矩陣的多維綜合應(yīng)力試驗(yàn)載荷譜設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

可靠性壽命試驗(yàn)對(duì)于機(jī)電產(chǎn)品可靠性的測(cè)定，驗(yàn)證以及設(shè)備壽命的進(jìn)一步改進(jìn)指導(dǎo)有著重要的作用，通過(guò)可靠性壽命試驗(yàn)，可以深入了解被測(cè)試產(chǎn)品的壽命特征、失效規(guī)律。通常一些簡(jiǎn)易機(jī)電設(shè)備的壽命特征是通過(guò)在正常條件下的壽命試驗(yàn)的方法來(lái)獲得的。然而，以飛機(jī)液壓泵為例，對(duì)于這一類高可靠性長(zhǎng)壽命的機(jī)電產(chǎn)品，由于其設(shè)計(jì)精密、制造工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、專用性強(qiáng)，一般不會(huì)進(jìn)行大批量的生產(chǎn)，進(jìn)行其全生命周期壽命試驗(yàn)和相關(guān)的破壞性壽命試驗(yàn)的情況就更少。正常條件下的壽命試驗(yàn)會(huì)造成壽命試驗(yàn)周期過(guò)長(zhǎng)，不僅壽命試驗(yàn)成本巨大，還會(huì)導(dǎo)致研制周期過(guò)長(zhǎng)，無(wú)法與研制需求相匹配，使產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力下降。因此，工程上一般采用加速壽命試驗(yàn)的方法進(jìn)行此類機(jī)電產(chǎn)品的壽命評(píng)估，即在失效機(jī)理不發(fā)生改變的前提下，提高工作應(yīng)力，從而加速被測(cè)產(chǎn)品的測(cè)試時(shí)間。

目前，電子類產(chǎn)品加速壽命試驗(yàn)方法比較成熟，有完善的試驗(yàn)規(guī)范和統(tǒng)計(jì)方法可循，其主要加速壽命試驗(yàn)方法可以分為恒定應(yīng)力加速、步進(jìn)應(yīng)力加速、序進(jìn)應(yīng)力加速和交變應(yīng)力加速這幾類，并且多采用單一應(yīng)力進(jìn)行試驗(yàn)。機(jī)電產(chǎn)品因?yàn)楣收蠙C(jī)理相比電子產(chǎn)品更為復(fù)雜，在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)受到多種恒定應(yīng)力，交變應(yīng)力等不同類型的應(yīng)力，工況的復(fù)雜性和周期性應(yīng)力決定了其故障模式繁多、應(yīng)力耦合嚴(yán)重且承受變應(yīng)力等特性，其壽命特征不能完全取決于單一應(yīng)力的作用。因此，傳統(tǒng)單一應(yīng)力的加速試驗(yàn)載荷譜很難滿足多應(yīng)力下的機(jī)械產(chǎn)品的加速試驗(yàn)要求，試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際工況下的壽命指標(biāo)存在偏差，給可靠性與壽命評(píng)估帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。考慮到目前機(jī)電產(chǎn)品試驗(yàn)環(huán)境下的載荷譜和加速方法難以準(zhǔn)確反映實(shí)際復(fù)雜工況，并難以給出準(zhǔn)確的壽命評(píng)估結(jié)果，如何針對(duì)實(shí)際多維應(yīng)力的特性設(shè)計(jì)壽命試驗(yàn)以及加速壽命試驗(yàn)的載荷譜成為突破機(jī)電產(chǎn)品多維綜合應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)理論和統(tǒng)計(jì)方法的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決在不改變機(jī)電產(chǎn)品失效機(jī)理的前提下，實(shí)現(xiàn)其可靠性壽命試驗(yàn)?zāi)芘c多應(yīng)力載荷下的復(fù)雜工況相匹配，提出一種基于載荷信息矩陣的多維綜合應(yīng)力壽命試驗(yàn)載荷譜設(shè)計(jì)方法，為機(jī)電產(chǎn)品多應(yīng)力載荷譜的統(tǒng)計(jì)與設(shè)計(jì)提供了一種實(shí)用、可操作、符合實(shí)際工況的載荷譜設(shè)計(jì)方法，為可靠性壽命試驗(yàn)載荷譜設(shè)計(jì)與壽命評(píng)估聽(tīng)過(guò)一種行之有效的方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為基于載荷信息矩陣的多維綜合應(yīng)力壽命試驗(yàn)載荷譜設(shè)計(jì)方法，具體為：

步驟一、分析需要進(jìn)行壽命試驗(yàn)的機(jī)電產(chǎn)品其失效模式及失效機(jī)理，并且提取與失效機(jī)理相關(guān)的敏感應(yīng)力；

步驟二、根據(jù)所描述機(jī)電產(chǎn)品的失效機(jī)理，選取相應(yīng)的加速模型，建立機(jī)電產(chǎn)品的失效過(guò)程與敏感應(yīng)力之間的關(guān)系；按照所能承受的應(yīng)力范圍大小，對(duì)所有應(yīng)力進(jìn)行歸一化處理；

步驟三、對(duì)上述歸一化處理的敏感應(yīng)力及各自的應(yīng)力特性，建立載荷信息矩陣，形成多維綜合應(yīng)力載荷信息矩陣；

步驟四、利用載荷矩陣以及載荷譜生成算法，設(shè)計(jì)常規(guī)應(yīng)力下的綜合應(yīng)力可靠性壽命試驗(yàn)載荷譜；若需要設(shè)計(jì)加速壽命試驗(yàn)，則根據(jù)加速因子，提高載荷矩陣中的應(yīng)力等級(jí)，再進(jìn)行加速載荷譜的生成。最后利用生成的多維綜合應(yīng)力試驗(yàn)載荷譜指導(dǎo)壽命試驗(yàn)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：