基于步降加速退化試驗(yàn)的壓力繼電器貯存壽命預(yù)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于步降加速退化試驗(yàn)的壓力繼電器貯存壽命預(yù)測方法，包括以下步驟：1、設(shè)計(jì)壓力繼電器步降加速退化試驗(yàn)方案；2、將所有壓力繼電器樣品放入溫度試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)；3、按照試驗(yàn)方案，在每個加速應(yīng)力水平下進(jìn)行試驗(yàn)，并逐一對樣品進(jìn)行性能測試；4、利用試驗(yàn)中獲得的性能數(shù)據(jù)對壓力繼電器性能退化過程進(jìn)行建模，從而預(yù)測壓力繼電器在庫房常規(guī)貯存下的貯存壽命。該方法能夠反映壓力繼電器庫房常規(guī)貯存的性能退化進(jìn)程，以較大的加速系數(shù)進(jìn)行加速試驗(yàn)，縮短了試驗(yàn)時間，為壓力繼電器庫房貯存壽命研究提供了一種可行的技術(shù)方法。
【專利說明】基于步降加速退化試驗(yàn)的壓力繼電器貯存壽命預(yù)測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)電產(chǎn)品加速試驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及一種通過測試并分析壓 力繼電器在步降加速退化試驗(yàn)下的性能退化數(shù)據(jù)，評價其在庫房常規(guī)貯存條件下貯存壽命 的加速試驗(yàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 壓力繼電器是一種利用油液或氣體的壓力來啟閉電氣觸點(diǎn)的機(jī)電產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用 于航空航天、機(jī)械工程、武器裝備等領(lǐng)域。壓力繼電器的主要作用是當(dāng)液壓/氣壓系統(tǒng)中流 體壓力達(dá)到預(yù)定值時，啟動電信號使電氣元件（如電磁繼電器、電機(jī)、電磁離合器等）動作 實(shí)現(xiàn)電路通斷，從而實(shí)現(xiàn)卸壓、換向、順序作動等功能。在壓力繼電器的庫房貯存過程中，其 貯存失效主要是由于彈簧、波紋膜片等彈性元件隨時間推移發(fā)生劣化，導(dǎo)致電信號啟動對 應(yīng)的流體壓力超出容許范圍，從而使得繼電器性能無法滿足控制精度要求。對于包含壓力 繼電器且長期處于庫房貯存狀態(tài)的裝備而言，由于壓力繼電器的性能發(fā)生退化，將影響裝 備性能，嚴(yán)重時甚至造成裝備失效。因此對壓力繼電器的庫房貯存可靠性進(jìn)行評價，合理評 估和預(yù)測其貯存壽命，對保障相關(guān)裝備的可靠性和完好率具有重要意義。
[0003] 壓力繼電器貯存壽命預(yù)測目前主要有基于現(xiàn)場貯存和基于加速試驗(yàn)的方法。基于 現(xiàn)場貯存的方法對產(chǎn)品在庫房常規(guī)貯存下的性能參數(shù)進(jìn)行測試，通過對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行建模 分析實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品貯存壽命預(yù)測。這種方法存在耗時長、費(fèi)用大、預(yù)測提前量有限的突出問題。 而基于加速試驗(yàn)的方法通過適當(dāng)提高試驗(yàn)應(yīng)力水平，獲取加速應(yīng)力水平下的性能退化或 失效數(shù)據(jù)，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析，外推預(yù)測出庫房常規(guī)貯存條件下的貯存壽命。與前者 相比，基于加速試驗(yàn)的方法耗時短、費(fèi)用少、預(yù)測提前量大，可以實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品貯存壽命的快 速評估和預(yù)測。
[0004] 目前已有研究通過引入加速退化試驗(yàn)進(jìn)行產(chǎn)品貯存壽命預(yù)測，并在推進(jìn)劑、橡膠 件等產(chǎn)品的壽命預(yù)測中進(jìn)行了成功應(yīng)用。與常用的恒定、步進(jìn)加載方式相比，步降加載方式 效率更高、耗時更短，但目前還未見到利用步降加速退化試驗(yàn)開展壓力繼電器貯存壽命預(yù) 測的研究報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種效率高、耗時短、費(fèi)用少、可以快速預(yù)測的基于步降加速 退化試驗(yàn)的壓力繼電器貯存壽命預(yù)測方法。
[0006] 本發(fā)明提供的基于步降加速退化試驗(yàn)的壓力繼電器貯存壽命預(yù)測方法，包括以下 步驟：
[0007] 步驟1、設(shè)計(jì)壓力繼電器步降加速退化試驗(yàn)方案：
[0008] 1-1以溫度作為試驗(yàn)的加速應(yīng)力；
[0009] 1-2以不同的溫度作為試驗(yàn)的加速應(yīng)力水平，由高溫到低溫分別為S1,S2，…，S1，其 中I為加速應(yīng)力水平數(shù)，I應(yīng)等于或大于3 ;將第i個加速應(yīng)力水平記為Si,i表示加速應(yīng)力 水平的編號，i= 1，...，I;最低加速應(yīng)力水平應(yīng)高于庫房常規(guī)貯存溫度，最高加速應(yīng)力水 平的設(shè)置必須保證壓力繼電器的退化機(jī)理與庫房常規(guī)貯存時保持一致；
[0010] 1-3壓力繼電器樣品數(shù)J等于或大于3 ;
[0011] 1-4試驗(yàn)的加速應(yīng)力水平按照從高溫到低溫的順序S1 -S2 ―…一S1進(jìn)行施加；從 試驗(yàn)開始至第i個加速應(yīng)力水平Si下的試驗(yàn)完成，當(dāng)已施加加速應(yīng)力水平下的累計(jì)試驗(yàn) 時間到達(dá)預(yù)設(shè)的試驗(yàn)停止時間τi時，完成當(dāng)前加速應(yīng)力水平試驗(yàn)，并對樣品施加下一個加 速應(yīng)力水平Si+1繼續(xù)試驗(yàn)，直至完成所有加速應(yīng)力水平試驗(yàn)；
[0012] 1-5在第i個加速應(yīng)力水平Si下對每個樣品的性能進(jìn)行性能測試，測試次數(shù)K至 少為5次，測試項(xiàng)目為壓力繼電器電信號啟動對應(yīng)的流體壓力P;設(shè)tiik表示在第i個加 速應(yīng)力水平Si下進(jìn)行第k次性能測試所對應(yīng)的累計(jì)試驗(yàn)時間，按以下方法設(shè)定tiik，k= 1，. ..，K:當(dāng)累計(jì)試驗(yàn)時間ti，k達(dá)到τH(當(dāng)i= 1時，τH=τ。= 〇)、τi時，分別進(jìn)行第 1次和第K次性能測試，即ti;1 =τ=τi;在此基礎(chǔ)上設(shè)定進(jìn)行第2次、第3次、…、 第K-I次性能測試所對應(yīng)的累計(jì)試驗(yàn)時間ti;k，k= 2, 3, . . .，K-1，使得在第i個加速應(yīng)力水 平Si下的所有K次性能測試中，相鄰兩次性能測試之間的時間間隔滿足由小到大的要求；
[0013] 步驟2、將所有壓力繼電器樣品放入溫度試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)；
[0014] 步驟3、在每個加速應(yīng)力水平下，到達(dá)步驟1中所設(shè)定的進(jìn)行性能測試所對應(yīng)的累 計(jì)試驗(yàn)時間時暫停試驗(yàn)，并從試驗(yàn)箱中取出所有樣品，待樣品在常溫下充分冷卻1小時后 逐一進(jìn)行性能測試；性能測試完畢后將所有樣品放入溫度試驗(yàn)箱繼續(xù)試驗(yàn)，直至步驟1中 所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案全部執(zhí)打完畢后結(jié)束試驗(yàn)；
[0015] 步驟4、將步驟3中測試得到的所有樣品的流體壓力P的測試值記為y，y= {yij(ti，k)，i= 1，· · ·，1 ;j= 1，· ··，J;k= 1，· · ·，κ}，其中i表示I個加速應(yīng)力水平的編 號，j表不J個樣品的編號，k表不每個加速應(yīng)力水平下K次測試的編號，ti;k表不在第i個 加速應(yīng)力水平Si下進(jìn)行第k次性能測試所對應(yīng)的累計(jì)試驗(yàn)時間，表示在ti;k時刻 對第j個樣品進(jìn)行性能測試獲得的P的測試值；
[0016] 將y作為測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出壓力繼電器在庫房常規(guī)貯存下的貯存可靠度 良⑴，步驟如下：
[0017]4-1采用下述式（1)描述P的理論值隨時間的變化關(guān)系（即退化模型）：
[0018] Dy (Iitpjj) = ay + In i C I )
[0019] 其中，Bipbij分別為待估計(jì)的參數(shù)，記為t為時間，Dii(Uipy)為第j個 樣品在第i個加速應(yīng)力水平Si下t時刻P的理論值；
[0020] 4-2令％=(ay^}取不同的嘗試值，并代入由下述式⑵表示的誤差平方和 SSEij(CPy)，使SSEj^tpy)取得最小值時所對應(yīng)的嘗試值即為(J)ii的估計(jì)值，記為_，
[0021] SSEy(tpy)=工Dlj(IlCj)]Ii=1,,,,,1;j= 1}",,J (2) k，l
[0022] 其中yij (ti,k)、Dy(IiiJfij)分別是第j個樣品在第i個加速應(yīng)力水平Si下tiik時刻 流體壓力P的測試值和理論值；
[0023] 4-3將辛_代入式⑴中的Φ,,得出Dij(Uly)，結(jié)合廠家給出的壓力繼電器性能退化 失效閾值化，通過下述式（3)求取Dij(Ifpy)的反函數(shù)獲得第j個樣品在第i個加速應(yīng)力水 平Si下的偽失效壽命時間^ :
[0024] C11 (3)
[0025] 將樣品在所有加速應(yīng)力水平下的全部偽失效壽命時間記為t， t=AIi=I,二 1，·..，·!};
[0026] 4-4第i個加速應(yīng)力水平Si下壓力繼電器貯存可靠度R(t)采用下述式（4)所示 的Weibull分布進(jìn)行描述：
[0027] R(t) =expIXQ+t-τh/r^)111]，τH〈t彡τi (4)
[0028] 其中，m為壓力繼電器的形狀參數(shù)，Jli為壓力繼電器在第i個加速應(yīng)力水平SiT 的特征參數(shù)；τi為第i個加速應(yīng)力水平Si下預(yù)設(shè)的試驗(yàn)停止時間A為等效參數(shù)，C1 = 0， 當(dāng)i彡2時，Ci由下述式（5)求出：
[0029] Ci =(Uτη-τ卜2) ·ηyηη (5)
[0030] 其中，τ〇 = 〇;
[0031] 加速模型采用下述式（6)所示的Arrhenius模型進(jìn)行描述：
[0032] InIli =γ〇+γ^^+273) (6)
[0033]其中Y。和Yi是模型參數(shù)，Si為第i個加速應(yīng)力水平；
[0034]將式（6)中的Jli代入式（5)，得到下述式（7):
[0035] Ci = (Ch+τη-τ卜2) · exp[Y / 以+273)-Y^(Sh+273) ] (7)
[0036] 即Ci可由已知參數(shù)τpSi和未知參數(shù)YI進(jìn)行迭代表示；
[0037] 將式（6)中的Jli代入式（4)，得到下述式⑶：
[0038] R (t)=exp [_ ((Q+t-τη)/exp (Y?+Y/ ^+273)) Γ]，τH〈t彡τi(8)
[0039] 其中，Ci由式（7)表示；將式⑶中的未知參數(shù)γ。、h、m記為Ψ，即Ψ= (Y〇,Y!，m)；
[0040] 4-5通過下述式（9)計(jì)算t的似然函數(shù)L(Ψ11):

【權(quán)利要求】
1. 一種基于步降加速退化試驗(yàn)的壓力繼電器貯存壽命預(yù)測方法，其特征是包括以下步 驟： 步驟1、設(shè)計(jì)壓力繼電器步降加速退化試驗(yàn)方案： 1-1以溫度作為試驗(yàn)的加速應(yīng)力； 1-2以不同的溫度作為試驗(yàn)的加速應(yīng)力水平，由高溫到低溫分別為S1,S2，…，S1，其中I為加速應(yīng)力水平數(shù)，I應(yīng)等于或大于3 ;將第i個加速應(yīng)力水平記為Si,i表示加速應(yīng)力水平 的編號，i= 1，...，I;最低加速應(yīng)力水平應(yīng)高于庫房常規(guī)貯存溫度，最高加速應(yīng)力水平的 設(shè)置必須保證壓力繼電器的退化機(jī)理與庫房常規(guī)貯存時保持一致； 1-3壓力繼電器樣品數(shù)J等于或大于3 ; 1-4試驗(yàn)的加速應(yīng)力水平按照從高溫到低溫的順序S1 -S2 -…一S1進(jìn)行施加；從試驗(yàn) 開始至第i個加速應(yīng)力水平Si下的試驗(yàn)完成，當(dāng)已施加加速應(yīng)力水平下的累計(jì)試驗(yàn)時間到 達(dá)預(yù)設(shè)的試驗(yàn)停止時間τi時，完成當(dāng)前加速應(yīng)力水平試驗(yàn)，并對樣品施加下一個加速應(yīng)力 水平Si+1繼續(xù)試驗(yàn)，直至完成所有加速應(yīng)力水平試驗(yàn)； 1-5在第i個加速應(yīng)力水平Si下對每個樣品的性能進(jìn)行性能測試，測試次數(shù)K至少為 5次，測試項(xiàng)目為壓力繼電器電信號啟動對應(yīng)的流體壓力P;設(shè)ti,k表示在第i個加速應(yīng)力 水平Si下進(jìn)行第k次性能測試所對應(yīng)的累計(jì)試驗(yàn)時間，按以下方法設(shè)定tiik，k= 1，. ..，K: 當(dāng)累計(jì)試驗(yàn)時間達(dá)到Τη、^時，分別進(jìn)行第1次和第K次性能測試，即tM=Τη、 \K =Ti ;在此基礎(chǔ)上設(shè)定進(jìn)行第2次、第3次、…、第K-I次性能測試所對應(yīng)的累計(jì)試驗(yàn) 時間ti;k，k= 2, 3,. . .，K-1，使得在第i個加速應(yīng)力水平Si下的所有K次性能測試中，相鄰 兩次性能測試之間的時間間隔滿足由小到大的要求； 步驟2、將所有壓力繼電器樣品放入溫度試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)； 步驟3、在每個加速應(yīng)力水平下，到達(dá)步驟1中所設(shè)定的進(jìn)行性能測試所對應(yīng)的累計(jì)試 驗(yàn)時間時暫停試驗(yàn)，并從試驗(yàn)箱中取出所有樣品，待樣品在常溫下充分冷卻1小時后逐一 進(jìn)行性能測試；性能測試完畢后將所有樣品放入溫度試驗(yàn)箱繼續(xù)試驗(yàn)，直至步驟1中所設(shè) 計(jì)的試驗(yàn)方案全部執(zhí)行完畢后結(jié)束試驗(yàn)； 步驟4、將步驟3中測試得到的所有樣品的流體壓力P的測試值記為y，y= {yytiik)，i=1，. ..，I;j= 1，. ..，J;k= 1，. . .，K}，其中i表示I個加速應(yīng)力水平的編號，j表示J 個樣品的編號，k表示每個加速應(yīng)力水平下K次測試的編號，表示在第i個加速應(yīng)力水 平Si下進(jìn)行第k次性能測試所對應(yīng)的累計(jì)試驗(yàn)時間，表示在ti;k時刻對第j個樣 品進(jìn)行性能測試獲得的P的測試值； 將y作為測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出壓力繼電器在庫房常規(guī)貯存下的貯存可靠度七⑴， 步驟如下： 4-1采用下述式（1)描述P的理論值隨時間的變化關(guān)系（即退化模型）： Dy(Iitpij)^aij +?, Int ( I ) 其中，au、IDij分別為待估計(jì)的參數(shù),記為fij=^為），t為時間，Dy(Ufii)為第j個樣 品在第i個加速應(yīng)力水平Si下t時刻P的理論值； 4-2令A(yù)=(^by)取不同的嘗試值，并代入由下述式⑵表示的誤差平方和 SS?(φ?i：h使SSEi?(φii：?取得最小值時所對應(yīng)的嘗試值即為φy的估計(jì)值，記為φij， ?
其中yu(ti;k)、Ds(^fij)分別是第j個樣品在第i個加速應(yīng)力水平Si下tik時刻流體 壓力P的測試值和理論值； 4-3將Φ,代入式（1)中的fij得出結(jié)合廠家給出的壓力繼電器性能退化失效 閾值Df，通過下述式（3)求取1--?)的反函數(shù)獲得第j個樣品在第i個加速應(yīng)力水平Si 下的偽失效壽命時間匕：
將樣品在所有加速應(yīng)力水平下的全部偽失效壽命時間記為t，t= !?"丨i= 1,…,1;j= 1"..，J}; 4-4第i個加速應(yīng)力水平Si下壓力繼電器貯存可靠度R(t)采用下述式（4)所示的Weibull分布進(jìn)行描述： R(t) =exp[-(Ci+t-τ^1/Hi)"1],τ^<?^Ti (4) 其中，m為壓力繼電器的形狀參數(shù)，Jli為壓力繼電器在第i個加速應(yīng)力水平Si下的特 征參數(shù)；τi為第i個加速應(yīng)力水平Si下預(yù)設(shè)的試驗(yàn)停止時間A為等效參數(shù)，C1 = 0,當(dāng) i彡2時，Ci由下述式（5)求出： Ci = (Ci^1+τJ_rτJ_2) ·ni/n(5) 其中，τQ=ο; 加速模型采用下述式（6)所示的Arrhenius模型進(jìn)行描述： Inni =y〇+y1/(Si+273) (6) 其中YC1和Yi是模型參數(shù)，Si為第i個加速應(yīng)力水平； 將式（6)中的Jii代入式（5)，得到下述式（7): Ci = (Ch+τη-τ卜2) · exp[Y 夕以+273)-Y^(Sh+273) ] (7) 即Ci可由已知參數(shù)τpSi和未知參數(shù)Yi進(jìn)行迭代表示； 將式（6)中的Jli代入式（4)，得到下述式（8): R(t) =exp[-((Ci+t-τi_1)/exp(y〇+y!/(8^273)))°1],τ^Ti (8) 其中，Ci由式（7)表示；將式（8)中的未知參數(shù)γ。、Ypm記為Ψ，即Ψ= (γ。，Y1,m); 4-5通過下述式（9)計(jì)算t的似然函數(shù)L(Ψ11):
其中埒以為將ξ,代入式（8)所取得的值，h(l；)為將fy代入下述式（1〇)所取得的值：h(t) =m/exp(y〇+yy(Si+273)) · [ (Ci+t-τ^1)/exp(y〇+y^ (Si+273)) ]m_1,τ Ti (10) 4-6對L(Wt)求對數(shù)得到對數(shù)似然函數(shù)lnUu/|t)，令Ψ= (Y(l，Y1,m)取不同的嘗 試值并代入InL(Ψ 11)，使InL(Ψ 11)取得最大值時所對應(yīng)的嘗試值即為Ψ的估計(jì)值，記為 #，希=(^_，其中&、六、01分別為未知參數(shù)^(1、^1、111的估計(jì)值，
4-7將Φ=(Α4，Α)代入下述式Q2)得到壓力繼電器在庫房常規(guī)貯存下（庫房常規(guī)貯 存溫度為Stl)的貯存可靠度&(t):
4-8結(jié)合廠家給出的貯存可靠度額定值RT，通過下述式（13)求取或,(1)的反函數(shù)得到 壓力繼電器在庫房常規(guī)貯存下的貯存壽命tr，從而對其貯存壽命進(jìn)行預(yù)測：
【文檔編號】G01R31/327GK104316872SQ201410631076
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】譚源源, 張春華, 汪亞順, 陳循, 羅巍, 申曄, 魯相, 萬伏彬, 方鑫 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)