專利名稱：用于優(yōu)化產品設計的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于優(yōu)化產品設計的新的改進方法和裝置，通過使產品同時承受不同水平的多個激發(fā)源作用來實現(xiàn)這種優(yōu)化。
背景技術：
制造商所關心的一個主要問題是發(fā)現(xiàn)最終導致產品、部件或零件破壞的潛在缺陷或裂紋。為此，制造商使用了各種測試方法，使機械產品、部件或零件承受各種不同的應力，這些應力通常被認為可產生一些可能的破壞模式(方式)。識別出破壞模式后，制造商就重新設計產品來減小甚至消除這些破壞模式。這些應力可以是壓力、紫外線、化學反應、振動、溫度(例如，過熱或過冷，且溫度劇變)、濕度、機械循環(huán)運動(例如，重復開關合頁門)以及機械載荷。在整個申請文件中，術語“產品”、“部件”和“零件”是可互換使用的。
先前，在實驗室中，通常使用傳統(tǒng)成熟的測試方法來對機械產品和部件進行標準測試。這意味著測試的目標是在給定應力源水平(例如振動、循環(huán)載荷、溫度、濕度)的條件下，檢測可經受住給定次數循環(huán)的產品或部件數目。這種測試通常依賴于現(xiàn)場數據和制造/設計經驗。
另一種測試方法是基于將所有應力源以運行使用水平引入到整個系統(tǒng)中，以便在生產之前進行最終的鑒定測試。這種方法的目的是在現(xiàn)場情況下再現(xiàn)系統(tǒng)的準確應力狀態(tài)。例如，汽車冷卻裝置承受路面振動、乙二醇流、壓力、熱量以及環(huán)境狀況，這些因素恰恰是在軌道耐久性標準測試過程中所希望發(fā)生的。
因此，需要提供一種方法和裝置，在同時改變激發(fā)源的情況下，該方法和裝置能夠在機械產品和部件中產生所有可能的應力分布形式，從而可產生出各種破壞模式。
本發(fā)明的測試可顯著地提高產品質量，降低設計成本，降低生產成本，減少保修費用，增加客戶滿意率，并擴大市場份額。

發(fā)明內容
本發(fā)明總的目的是在各種不同情況下可方便地進行并增強產品的測試，以便通過減小進行測試所需的能量、時間以及費用來更全面更有效的測試。
本發(fā)明的一個目的是使產品在多個激發(fā)源下進行更全面的測試，這些激發(fā)源包括溫度、振動、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)以及機械加載，但并不局限于此。根據本發(fā)明的這個方面，本發(fā)明的裝置和方法使產品在同時改變多個激發(fā)源的情況下進行測試，這些激發(fā)源包括振動、溫度、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)以及機械加載，但并不局限于此，以便確認出產品的破壞模式。
根據本發(fā)明的另一個方面，產品承受可在該產品中產生均勻分布隨機應力的激發(fā)源的作用。
根據本發(fā)明的另一個方面，產品承受可在該產品中產生六個軸線方向均勻分布隨機應力的激發(fā)源的作用。
根據本發(fā)明的又一個方面，產品可承受水平變化的激發(fā)源作用。另外，這些激發(fā)源可同時作用于該產品。再者，這些同時作用的激發(fā)源的水平在作用于產品的過程中是可變化的。
結合附圖，并從下述本發(fā)明的詳細說明書和隨后的權利要求書中，可對本發(fā)明作出更全面的理解，并確定本發(fā)明的保護范圍。
附圖簡介

圖1是本發(fā)明用于在不同狀態(tài)下測試產品的裝置的透視圖。
圖2是圖1所示的本發(fā)明裝置的頂部透視圖。
圖3是本發(fā)明的在不同狀態(tài)下測試產品的方法的流程圖。
圖4所示是本發(fā)明的在不同狀態(tài)下測試產品的方法結果圖。
發(fā)明的詳細描述通常，機械系統(tǒng)的共振頻率在200Hz以下。因此，機械系統(tǒng)(例如，產品、部件、零件)可大致作為含有至少一個頻率在200Hz以下的模態(tài)形式的系統(tǒng)。相反地，固體系統(tǒng)通常具有頻率在200Hz以上的第一共振頻率(也稱為第一模態(tài)形式)。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用來在產品、部件或零件中產生各種應力分布形式，特別是六個軸線方向均勻分布隨機應力的方法和裝置，以激發(fā)出那些特定產品、部件或零件的破壞模式。六個軸線方向均勻分布隨機應力通常是作為一個點的應力變化歷程，該點具有均勻分布隨機應力，所述應力包括三個垂直軸上的拉應力和壓應力以及繞同樣的三個正交軸的扭轉應力。六個軸線方向均勻分布隨機應力形式總稱為產品所有點處的六個軸線方向均勻隨機應力，這樣，每個點處的六個軸線方向均勻隨機應力的應力變化歷程構成非循環(huán)應力分布形式的隨時間的變化函數。所有可能的應力分布狀態(tài)在任何時間上具有相同的概率。
盡管本發(fā)明主要是針對是機械產品、部件和零件，但本發(fā)明也可用于其它形式的產品、部件和零件，例如固體電子設備、托架、夾緊裝置、緊固件、裝飾附件以及不屬于機械系統(tǒng)的其它產品。
在一個優(yōu)選實施例中，在產品的一個或多個固定位置上，六個軸線方向的均勻隨機動作可在產品中產生六個軸線方向均勻分布隨機應力。這些六個軸線方向均勻分布隨機應力形式可識別其它方法以先未發(fā)現(xiàn)的破壞模式。另外，同時引入的其它激發(fā)源(以不同層面)，例如溫度、振動、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)運動以及機械載荷，可識別與產品有關的其它破壞模式。
少于六個軸線方向的動作(無論是直接輸入到產品的固定位置還是使用通過某些裝置架來激發(fā)六個軸線方向運動剛性臺)可使所產生的應力分布形式少于產生和包括在產品隨機應力時間變化函數中的所有可能的應力分布形式。產品時間歷程中所缺少的這些應力分布形態(tài)具有在產品設計中不能激發(fā)破壞模式的潛在可能。另外，在使用三、四、五或六個軸線方向運動，且其中的一個或多個軸線方向運動是依賴于一個或多個其它軸線的情況下，會使一定的應力分布形態(tài)重復產生，并失去其它的應力分布形式。這兩種情況都有可能不能產生激發(fā)破壞模式所必須的應力分布形式，因此，直到在現(xiàn)場作業(yè)時出現(xiàn)了這些應力分布形式為止，破壞模式處于不能檢測的狀態(tài)。
如圖1所示，圖1是本發(fā)明用于在不同狀態(tài)下測試產品的裝置的透視圖。在此盡管僅顯示了一個裝置，但顯然可以預見可以使用多個裝置來測試產品。裝置1的基本結構主要由底座2、平臺3以及多個支承件4構成，上述支承件4使底座2與平臺3剛性連接。
底座2可由任何適當的材料構成，其大致是平的、牢固的，并具有足夠的質量以防止在正常工作過程中裝置1產生不經意的移動。類似地，平臺3也可由任何適當的材料制成。最好平臺3大致是平的，從而為多個支承件4的頂端提供齊平的表面。盡管圖中僅顯示了三個支承件，但少于或多于三個支承件也是可以的。
多個支承件4有兩個主要使用目的。首先，多個支承件4可將底座2與平臺3剛性連接。其次，多個支承件4提供了一個裝置來連接多個致動器5(由于圖1的視圖方向所限，一些致動器未完全顯示出來)。致動器5也可稱為力傳遞裝置。致動器5可以是氣動的、液壓的、或者是氣動和液壓混合操作的。盡管在圖中顯示了六個致動器，但顯然少于六個也是可以的。多個致動器5可通過任何適當的方式連接在多個支承件4上。然而，最好多個致動器5可滑動地連接在多個支承件4上，以允許多個致動器5有確定的運動自由度。例如，多個支承件4包括一條沿其長度方向豎直延伸的凹槽6。多個致動器5裝有連接裝置7，連接裝置7包括可松裝在上述凹槽6中的附件。另外，連接裝置7可剛性地固定到多個支承件4上，以使多個致動器5安裝在位。
如果使用六個致動器5，它們最好是成對布置，每一對與其它對之間相互間隔120°。每個致動器5主要由缸體8(由于視圖方向所限，一些缸體未完全顯示出來)構成，缸體8與活塞9(由于視圖方向所限，一些活塞未完全顯示出來)相配合作用，以在轉動點上產生力和力矩。每個致動器5的壓力可以線性的“鋸齒”波方式在最大伸長壓力和最大縮回壓力之間循環(huán)。每個致動器5的頻率略有不同。當致動器5相互同相和異相時，這種頻率上的不同會產生一種循環(huán)干涉特性。正是這種致動器的在頻率上的不同，從而在產品上產生六個軸線方向的均勻分布隨機應力。作為一個例子，六個氣動致動器5可分別在1.8Hz、1.9Hz、2.0Hz、2.1Hz、2.2Hz、2.3Hz和2.4Hz的頻率下工作。因此，當致動器5彼此同相和異相時，中心處的頻率含量將從2Hz到無窮大。還應注意到，其它頻率可用于各個致動器5，以便產生更低的頻率。
每個致動器5的活塞部分可轉動地固定到萬向接頭9a上，萬向接頭9a又可轉動地固定到滑座10上，滑座10再可轉動地連接到連接裝置11上，所述連接裝置11從中心轂套12向外延伸。多個連接裝置11的數目通常與滑座10的數目是相匹配的。每對萬向接頭9a與其各自的滑座10相連接。連接裝置11包括任何適當的裝置或器件，例如桿、螺栓、螺母和鎖緊墊圈、冶金連接(焊接)裝置、超彈性或半彈性阻尼器、機械彈簧、或者球和承窩。
當致動器5動作時，其產生力作用于萬向接頭9a，然后力由萬向接頭9a傳給滑座10，再由滑座10傳給連接裝置11，接著由連接裝置11傳給中心轂套12，并在該點處產生力矩。所產生的力矩是否是繞中心轂套12的，將取決于是哪一個致動器動作和它們相互按什么順序動作。
中心轂套12是力傳遞件或力傳遞裝置13的位置較低的部件。力傳遞裝置13的主要作用是將多個致動器5所產生的力和力矩在中心轂套12處傳遞給產品自身。任何適當的裝置都可用作力傳遞裝置13，例如全方向柄或桿。力傳遞裝置13具有多個處于各個位置上的組合鉸鏈裝置14。這些組合鉸鏈裝置14可使力傳遞裝置13傾斜地定位，以便于固定產品。在一個優(yōu)選實施例中，可通過力傳遞裝置13各個桿部分的幾何外形來確定其傾斜角度位置。最好，所述桿部分是在某一角度(如30°)上截取的，且所截的表面具有徑向對稱的聯(lián)鎖幾何結構，以便兩個桿部分可從兩者同軸對中到其中心線成最大角度范圍的多個方向進行安裝。當桿部分在所需的方向定位時，控制所述桿部分長度的繩或鏈可通過收縮夾、液壓力或位于中心轂套12處的其它力裝置來收緊。桿部分調節(jié)定位的目的是使自由桿端(也是包含固定裝置的力傳遞裝置的部分)定位于可將該裝置最佳地固定在固定位置或所測試產品的其它一些點的定位方向上。其它裝置或器件也可基本上完成上述全方向桿相同的功能，例如繩和帶輪、穿過萬向接頭的實心桿、不帶萬向接頭的實心桿(其可提供較小的力和較大的位移)、或者直接將產品連接到中心轂套12上。
通過固定裝置15可將產品固定到力傳遞裝置13上。術語“固定”或“緊固”概括地定義為包括可使激發(fā)源作用于產品的任何裝置。因此，固定和緊固并不一定要求產品通過幾種機械裝置牢固地緊固在任一給定的固定位置上。例如，產品可僅僅放置在表面上，并承受振動或熱激勵。固定裝置15可包括任何適當的裝置或器件，例如夾緊裝置、螺栓、螺釘、鉤、緊固件、粘合劑、箍帶、粘膠、焊接(冶金連接)、中間墊片或夾緊件、抽真空(真空)以及電磁，在某些情況下，其它的固定位置是要牢固地進行固定的，連接可簡單地通過接觸或斷續(xù)接觸來實現(xiàn)。最好，如果產品具有多個固定位置(也就是，汽車儀表盤)，其應當在每個固定位置都固定有本發(fā)明的裝置，以使測試效果最佳。另外，本發(fā)明的裝置也可在非固定位置上固定到所述產品上。
為了使力傳遞裝置13可沿所有的三個軸線縱向運動，力傳遞裝置13從中心轂套12向上延伸，直到其穿過一個裝置為止，如萬向接頭裝置16。萬向接頭16在靠近平臺3的開孔17的區(qū)域內固定在平臺3上。在一個優(yōu)選實施例中，萬向接頭裝置16由外環(huán)套、內環(huán)套和內直線軸承(可使桿或柄通過該萬向接頭裝置16直線運動的裝置)構成，所述外環(huán)套通過適當的裝置進行固定，以使其可垂直于其主中心線自由轉動；所述內環(huán)套通過軸承固定在所述外環(huán)套上，以使其可垂直于其主中心線和垂直于所述外環(huán)套的轉動軸線自由轉動；所述內配線軸承支承著力傳遞裝置13的柄或桿。這種結構的作用是使與中心轂套12連接的桿或柄自由運動，并同時限制住樞轉點，以使要與產品進行連接的桿或柄的自由端就會相應于中心轂套12的所有運動而運動。這就會使中心轂套12在離開致動器5附近的位置上重新運動，并因此而緊靠著產品以便于固定或連接。萬向接頭裝置16名義上固定在力傳遞裝置13桿部分的中點位置上。在另一個實施例中，萬向接頭裝置16是可調的，使其可沿桿部分上下移動。該結構特征可改變力傳遞裝置13(例如全方向桿)的力臂，這樣，無論是較大的力和較小的位移還是較大的位移和較小的力，都可在產品的固定位置上實現(xiàn)。換句話說，可通過改變萬向接頭裝置16的位置，來實現(xiàn)力傳遞裝置13的力矩調節(jié)。力傳遞裝置13穿過萬向接頭裝置16后，繼續(xù)向上延伸直到其終止于固定裝置15。這里所示的固定裝置15固定一個工件18，例如一個杯子。然而，很多其它形式的產品和部件也可進行測試，例如汽車零件、飛機零件、船舶零件、電子部件(包括固體的)、消費品和結構材料，但不局限于這些產品和部件。而且，力傳遞裝置13可緊靠所測試的產品設置，但不需要進行固定。例如，力傳遞裝置13可以只抵靠著所述產品。
最后，整體裝置1還可包括罩殼，例如箱體17，或者其它適當的結構，其可罩住一個或多個裝置1。箱體17最好是密封的，以便可精心控制激發(fā)源在箱體17中的放入和取出以及控制箱體17中作用于所述產品的激發(fā)源的水平。
參見圖2，圖2是圖1所示本發(fā)明裝置的頂部透視圖。在該圖中，去掉了平臺3，以便能更清楚地表示出裝置1的各個部件，包括致動器5、中心轂套12和萬向接頭裝置16。
在另一個實施例中，產品可固定在中心轂套12上，因此，不需要力傳遞裝置13、萬向接頭裝置16和平臺3。如圖2所示，中心轂套12裝有固定裝置12a來固定產品，或者產品可直接固定在中心轂套12上。在此情況下，中心轂套12可用作力傳遞裝置來向所測試的產品傳遞力和力矩。當然，使用這種特殊的變換取決于產品的大小，關鍵是所述產品不能干擾致動器5的正常工作。
盡管圖中未特別表示，該裝置還包括用于使多個力傳遞裝置(例如氣動致動器)動作的裝置、使產品承受振動的裝置、使產品承受溫度的裝置、使產品承受壓力的裝置、使產品承受紫外線的裝置、使產品承受化學反應的裝置、使產品承受濕度的裝置、使產品承受機械循環(huán)的裝置、使產品承受機械載荷的裝置、用于控制產品所承受振動量的裝置、用于控制產品所承受溫度水平的裝置、用于控制所承受壓力水平的裝置、用于控制產品所承受紫外線水平的裝置、用于控制產品所承受化學反應水平的裝置、用于控制產品所承受濕度水平的裝置、用于控制產品所承受機械循環(huán)運動量的裝置以及用于控制產品所承受機械加載量的裝置。
本發(fā)明的裝置可產生的頻率范圍是從2Hz到無窮大。然而，在實際中，連接點的阻尼和產品的材料限制了其所能達到的頻率上限。另外，所述裝置可放置在任何適當的箱體中，該箱體最好能產生的熱范圍是在至少-60℃到至少177℃、可控溫度變化斜率(controlled temperature ramprate)至少為5℃/min、濕度是5％-95％的相對濕度。
在不同狀態(tài)下測試產品以確定其所有可能的破壞模式的方法例子包括下述操作方法，并表示在圖3的流程圖中。
如圖3所示，在步驟100中，確定了產品至少幾種可能的破壞模式。可能的破壞模式通常由過去的經驗(例如保證聲明、現(xiàn)場數據、預先測試)、計算模型、生產經驗以及材料破壞分析來確定。值得注意的是，不是所有的破壞模式都可識別出來。盡管如此，由于應力的作用的結果，它們最終是要顯現(xiàn)出來的。
參看圖3，在步驟200中，識別作用于產品的應力源。以與步驟100相同的方式來確定所作用的可能應力源，其中，使用了在步驟100中所識別出的所有破壞模式，并且列出對這些破壞模式起作用的所有應力源。然而，破壞模式的數據資料不一定能確定出個別根本應力的根本原因。例如，在確定引起破裂的根本應力之前，塑性破壞需要進行光學檢查，如電子顯微檢查，來確定破裂形式。
參看圖3，在步驟300中，設立作用于產品的應力的上下限。應力下限既是工作應力水平也是所用設備的水平下限。應力上限既是產品技術水平極限也是所用設備的水平上限。應力下限可由下述因素確定(1)由過去的經驗、預期或計算模型而確定的產品的工作應力水平；或者(2)設備可控水平下限，工作應力水平最好高于設備可控水平下限。應力上限可由下述因素確定(1)產品技術水平極限(可能是不知道的)，它是產品構成材料的破壞極限；或者(2)設備可控水平下限，產品技術水平極限最好高于設備可控水平上限。
參看圖3，在步驟400中，產品是固定的，以便來承受所作用的所有應力水平和應力源。例如，將產品放置在可來自于任何來源的箱體中，如來自Thermatron(Grand Rapids，Michigan)，通過向所述產品供應潮濕空氣來施加濕度。對于溫度，存在兩種基本應力源(1)實際溫度，和(2)溫度變化率(temperature ramp rate)。相應地，最大溫度上限、最小溫度下限以及溫度變化率都必須是確定的。減少停留時間，這樣，產品就可達到箱體的溫度。對于振動，最好，產品的每個固定位置或點都連接或固定在本發(fā)明的裝置上。本發(fā)明的六軸裝置既可自身位于箱體中也可經過隔膜或套管延伸到箱體中。對于紫外線，可在箱體中放置一個裝置，如碳弧燈。對于化學反應或作用，可通過幾個步驟來完成。首先，在實際測試之前，使產品處于試驗條件下。其次，實際反應可通過向在箱體中的產品噴化學物來實現(xiàn)?；瘜W物的噴射可以是間斷的或連續(xù)的。重要的是使噴射裝置干燥?；瘜W反應水平的提高既可通過提高化學物噴射速率也可通過增加化學物噴射集中度來實現(xiàn)。對于機械加載，大多是使用氣缸。但是，也可使用靜重和螺線管。每個循環(huán)載荷和時間都是變化的。最后，也可使用壓力(如氣壓)。在每一種情況下，需要提供一種裝置來控制和調節(jié)各種應力水平。
參見圖3，在步驟500中，應力作用循環(huán)開始。最好，至少一個下限應力作用于產品，以在產品上產生均勻分布隨機應力形態(tài)。但是，應當注意的是對于任一點應力應在從其下限到上限的連續(xù)區(qū)域上作用。應力水平和/或應力源數目可逐步增加，直到破壞模式產生或者直到所有的應力源都是在其上限作用時為止。如果所有的應力源都處于上限，就在該上限位置連續(xù)作用應力源，直到破壞模式發(fā)生。當破壞模式發(fā)生時，停止對產品作用所有應力，并記錄破壞模式的時間。
參見圖3，在步驟600中，對破壞模式的根本原因進行研究。這種研究或分析也稱為失效分析。首先，通過視覺觀察來確定產品或系統(tǒng)的哪種結構特征破壞了。這包括書面記錄、圖像或錄像帶在內的失效記錄。其次，通過顯微鏡觀察確定是否已產生破壞模式。破壞分析包括(a)用于確定破裂形式的破裂面的初始破壞估算?？赡艿钠屏研问桨ㄆ凇嗔?、化學反應、過載以及扭轉/拉伸/彎曲/伸長/扭曲。破裂面的記錄可以是書面記錄、圖像或簡圖。第三，如果沒有產生破壞特征，通過觀察產品來確定是否是安裝有誤，是否是材料有誤，或者是否是產品有誤。這包括書面記錄、圖像或錄像帶在內的記錄。第四，確定應力源。在失效產品研究的基礎上，從最可能引起破壞的應力開始著手在一定時刻施加一個應力，以測試停止時的應力水平。如果發(fā)現(xiàn)沒有單個應力源可再產生破壞，就作用組合應力。如果在不同破壞模式產生之前，沒有組合應力產生特殊的破壞模式，破壞模式則是偶然隨機的，因此就優(yōu)化了設計。如果產生了破壞特征，且通過顯微鏡觀察不能徹底異清，就需要進行進一步的失效分析，這需要將已破壞的產品從進一步的測試中去掉。進一步的失效分析包括電子顯微鏡觀察、化學分析以確定化學組成以及檢測污染、紅外頻譜測定來確定化學組成以及檢測污染、染色滲透試驗來檢測裂紋、磁通量、X射線、超聲波以及有限元分析。
參看圖3，在步驟700中，修復或更換產品已破壞的部分。
參看圖3，在步驟800中，重復進行所有的步驟500，直到所測試產品的破壞部分不能再修復。
參看3，在步驟900中，重新設計產品以彌補所識別的破壞模式。在這樣操作的時候，要注意以下方面破壞的時間、破壞模式的數目以及破壞模式是否是可重復的或隨機的。這是一種確定產品是否已優(yōu)化設計的方法(見圖4)。
參看圖3，在步驟1000中，重復進行所有的步驟500，直到破壞模式是隨機時為止。跟蹤破壞模式來確定它們是否是已被修正。然而，這種方法不能產生統(tǒng)計可靠值。
根據所測試的產品情況，這些步驟可重復進行或者交替地更換進行或者同時包括各種不同水平的溫度、振動、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)和機械加載。
下面將具體描述在不同狀態(tài)下為了識別所有可能的破壞模式而測試產品的方法。
實施例選擇由硬質塑料制成的汽車杯形座支持器作為測試產品，該杯形座支持器具有用于容納和配置杯形座支持接受器的機構和兩個杯形座支持接受器。如步驟100中所定義的，識別出幾個可能的破壞模式。這些是位于安裝轂部的塑料裂紋、容納機構重建無用的杯形座支持器時產生的刺戳、以及由于過度干涉所造成的安裝夾的裂紋。如步驟200中所確定的，可識別出在部件中產生破壞的所有應力源。這些是溫度(熱和冷)、溫度變化率、容納機構的循環(huán)速率、杯形座插入件(落下物)的循環(huán)速率、杯形座的負載(cup load)、容納機構負載、來自石油潤滑劑、非石油潤滑劑和飲料(咖啡、碳酸蘇打水)的化學反應、紫外光以及固定位置處的力(三個移動和三個轉動)。如步驟300中所定義的，建立每個應力源的上下限。它們是-40℃至177℃、溫度變化率15℃/min、1個容納機構/min至10個容納機構/min、1個杯形座落下物/min至10個杯形座落下物/min、1/2磅至50磅的杯形座負載、1/4磅至15磅的容納機構負載、從不用石油潤滑劑到用SAE 20潤滑、從不用石油潤滑劑到用鋰基潤滑脂潤滑、從沒有飲料到12 oz.的咖啡(常規(guī)的)或者12 oz.的可樂(常規(guī)的)澆到部件上、一個200瓦的紫外燈所發(fā)出的紫外光、在四個固定位置的每一個位置上具有10磅的峰值力和10磅·英寸的峰值力矩到具有100磅的峰值力和100磅·英寸的峰值力矩。如步驟400中所定義的，四個固定位置各用螺栓固定本發(fā)明的六軸致動裝置上。所定位的氣缸可對容納機構作用載荷。兩個氣缸裝有模型杯形座，并固定就位，且在它處于打開位置時，對杯形座支持接受器施加載荷。該裝置放置在裝有加熱和冷卻控制器的箱體中?？刂破餮b在氣缸上以產生所需的循環(huán)速率。紫外燈裝在箱體中。準備好潤滑劑和飲料試樣。如步驟500中所定義的，通過使溫度從室溫到177℃，再到-40℃并再回到室溫的循環(huán)來作用循環(huán)溫度。這就將三個應力激發(fā)源作用于產品了。繼續(xù)作用循環(huán)熱時，固定位置能量就以上述所列最低能量設置作用在所有四個固定位置上。這種應力狀態(tài)繼續(xù)進行一個熱循環(huán)。當上述所有激發(fā)源都以現(xiàn)在的水平作用時，機械循環(huán)運動以上述所列最低設置的加載和速率開始進行。這種應力狀態(tài)持續(xù)一個熱循環(huán)。所有的機械加載(循環(huán)和各固定點)增加全部負載量的1/4。這種應力狀態(tài)持續(xù)一個熱循環(huán)。所有的機械加載(循環(huán)和各固定點)另外再增加全部負載量的1/4。這種應力狀態(tài)繼續(xù)進行一個熱循環(huán)。所有的機械加載(循環(huán)和固定點)另外再增加全部負載量的1/4。這種應力狀態(tài)繼續(xù)進行一個熱循環(huán)。在所作用的3/4機械加載的點處，第一破壞模式就產生了。這就起動了步驟600。初始目視觀察表明容納機構鎖緊裝置處的塑料翼片已經破裂了。光學觀察顯示產生破裂是由于在載荷作用下裂紋(空穴)產生疲勞。再進一步觀察已不需要。這種破裂被記錄并修復(步驟700)。在滿機械加載的情況下，步驟500繼續(xù)進行一個熱循環(huán)。接通紫外光，而所有其它的應力源處于原先水平，并進行另一個熱循環(huán)。第二破壞模式就產生了。初始視覺觀察表明一個杯形座支持接受器的側邊已破裂了。光學觀察表明該接受器的唇緣部出現(xiàn)了疲勞。更換該部件的零件，并以原先水平(同一應力源)只作用杯形座插入件的機械載荷，從核實是哪一個應力源造成了上述破壞。該應力源不再造成破壞。杯形座插入件和固定位置的機械加以荷則原先的水平(兩個應力源的組合)進行作用，就會再次產生破壞模式。結果是，固定位置力隨機地移動杯形座支持器，這樣，當模型杯形座插入時，就會碰擊杯形座支持器的唇緣部。該破壞模式被記錄并固定該部件(步驟700)。在該點，所有的應力源都處于最高水平上。在所有應力水平處于原先水平的情況下，繼續(xù)進行熱循環(huán)直到產生破壞為止。在六次附加熱循環(huán)之后產生破壞。這就第三次起動步驟600。初始視覺觀察表明容納機構的鉸鏈已脫離其安裝座。光學觀察顯示沒有破壞特征，零件簡單地變成分離的。以原先的水平逐級作用應力確定了在高溫情況下(當塑料最具彈性時)，容納機構的機械加載使鉸鏈脫離其安裝座。繼續(xù)進行步驟500，但沒有其它破壞模式產生。繼續(xù)重復第三破壞模式。進行步驟900，對破壞區(qū)域進行重新設計。注意正確的步驟，破壞時間和破壞模式就會遵照執(zhí)行。重復步驟500(每個步驟1000)。應力進行疊加并提高到最高水平而不產生破壞。以最大應力(注意這要及時足夠大地增加到破壞)在10次熱循環(huán)之后，最終才產生破壞。步驟600顯示了破壞是位于左杯形座支持器底部中間處的裂紋。再產生這種破壞的努力沒有成功，在該過程中，產生了兩個不能重復產生的其它破壞模式。于是就得到了隨機破壞模式。優(yōu)化了部件。
上述說明書僅僅描述了本發(fā)明的基本原理。另外，由于本領域的技術人員可很容易地作出很多的變型和變換，因此，不希望將本發(fā)明限制在上述確切的結構和方法過程中。因此，所有適當的的變型和等同替換都落在本發(fā)明權利要求書所限定的范圍內。
權利要求
1.一種用于優(yōu)化產品設計的裝置，它包括力的作用裝置，所述力的作用裝置可在產品中產生六個軸線方向的均勻隨機應力；用于將力從所述力作用裝置傳遞到產品的裝置，所述力傳遞裝置固定在所述力作用裝置上，所述力傳遞裝置具有用于固定產品的固定裝置；以及，用于使所述力傳遞裝置可在所有三個軸線方向沿縱向運動的裝置。
2.根據權利要求1所述的裝置，它還包括底座；支承裝置，所述支承裝置具有第一和第二端部，所述支承裝置的第一端部固定在所述底座上，所述力作用裝置固定在所述支承裝置上；用于使所述力作用裝置動作的致動裝置；以及，平臺，所述支承裝置的第二端部固定在所述平臺上，所述平臺具有一個開孔區(qū)域，所述力傳遞裝置通過所述平臺的開孔延伸，所述力傳遞裝置具有多個整體鉸鏈裝置，以使所述力傳遞裝置角度傾斜定位。
3.根據權利要求1所述的裝置，它還包括使產品承受振動的裝置；使產品承受溫度的裝置；使產品承受壓力的裝置；使產品承受紫外線的裝置；使產品承受化學反應的裝置；使產品承受濕度的裝置；使產品承受機械循環(huán)運動的裝置；以及，使產品承受機械加載的裝置。
4.根據權利要求3所述的裝置，它還包括控制由所述裝置作用使所述產品承受振動量的裝置；控制由所述裝置作用使所述產品承受溫度水平的裝置；控制由所述裝置作用使所述產品承受壓力水平的裝置；控制由所述裝置作用使所述產品承受紫外線水平的裝置；控制由所述裝置作用使所述產品承受化學反應水平的裝置；控制由所述裝置作用使所述產品承受濕度水平的裝置；控制由所述裝置作用使所述產品承受機械循環(huán)運動量的裝置；以及，控制由所述裝置作用使所述產品承受機械加載量的裝置。
5.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述力作用裝置包括多個致動器，所述多個致動器可相互以不同頻率進行工作，其中，所述多個致動器頻率上的不同可在產品上產生六個軸線方向的均勻分布隨機應力，所述多個致動器可產生范圍約為2Hz到無窮大的頻率。
6.一種用于優(yōu)化產品設計的裝置，它包括多個致動器，所述致動器可在產品上產生六個軸線方向的均勻分布隨機應力；力傳遞件，所述力傳遞件可將力從所述致動器傳遞給產品，所述力傳遞件固定在所述致動器上，所述力傳遞件具有用于固定產品的固定裝置，所述力傳遞件具有可調整的力矩；以及，使所述力傳遞件可在所有三個軸線方向沿縱向運動的萬向接頭。
7.根據權利要求6所述的裝置，它還包括底座；支承件，所述支承件具有第一和第二端部，所述支承件的第一端部固定在所述底座上，所述致動器固定在所述支承件上；使所述致動器動作的致動裝置；以及，平臺，所述支承件固定在所述平臺上，所述平臺具有一個開孔區(qū)域，所述力傳遞件通過所述平臺的開孔延伸，所述力傳遞件具有多個整體鉸鏈裝置，以使所述力傳遞件傾斜角度定位。
8.根據權利要求6所述的裝置，它還包括使產品承受振動的裝置；使產品承受溫度的裝置；使產品承受壓力的裝置；使產品承受紫外線的裝置；使產品承受化學反應的裝置；使產品承受濕度的裝置；使產品承受機械循環(huán)運動的裝置；以及，使產品承受機械加載的裝置。
9.根據權利要求8所述的裝置，它還包括控制由所述裝置作用使所述產品承受振動量的裝置；控制由所述裝置作用使所述產品承受溫度水平的裝置；控制由所述裝置作用使所述產品承受壓力水平的裝置；控制由所述裝置作用使所述產品承受紫外線水平的裝置；控制由所述裝置作用使所述產品承受化學反應水平的裝置；控制由所述裝置作用使所述產品承受濕度水平的裝置；控制由所述裝置作用使所述產品承受機械循環(huán)運動量的裝置；以及，控制由所述裝置作用使所述產品承受機械加載量的裝置。
10.一種用于優(yōu)化產品設計的方法，它包括以下步驟(a)提供產品；(b)將所述產品固定在力傳遞裝置上；(c)使所述產品承受至少一個激發(fā)源作用，其中，所述激發(fā)源選自以下的項目振動、溫度、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)、機械加載以及它們的組合。
11.按照權利要求10所述方法生產的產品。
12.一種用于優(yōu)化產品設計的方法，它包括以下步驟(a)提供產品；(b)將所述產品固定在力傳遞裝置上；(c)使所述產品承受第一激發(fā)源作用，其中，所述第一激發(fā)源選自以下的項目振動、溫度、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)運動、機械加載以及它們的組合；(d)使所述產品同時承受至少一個其它激發(fā)源的作用，其中，所述其它激發(fā)源選自以下的項目振動、溫度、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)、機械加載以及它們的組合。
13.按照權利要求12所述方法生產的產品。
14.一種用于優(yōu)化產品設計的方法，它包括以下步驟(a)提供產品；(b)將所述產品固定在力傳遞裝置上；(c)使所述產品承受至少一個激發(fā)源作用，其中，在整個時間范圍內，提高所述激發(fā)源的水平，其中，所述激發(fā)源選自以下的項目振動、溫度、壓力、紫外線、化學反應、溫度以及它們的組合。
15.按照權利要求14所述方法生產的產品。
16.一種用于優(yōu)化產品設計的方法，它包括以下步驟(a)提供產品；(b)將所述產品固定在力傳遞裝置上；(c)使所述產品承受第一激發(fā)源作用，其中，在整個時間范圍內，提高所述激發(fā)源的水平，其中，所述第一激發(fā)源選自以下的項目振動、溫度、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)運動、機械加載以及它們的組合；(d)使所述產品同時承受至少一個其它激發(fā)源的作用，其中，在整個時間范圍內，提高所述激發(fā)源的水平，其中，所述其它激發(fā)源選自以下的項目振動、溫度、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)、機械加載以及它們的組合。
17.按照權利要求16所述方法生產的產品。
18.一種用于優(yōu)化產品設計的方法，它包括以下步驟(a)提供產品；(b)將所述產品固定在力傳遞裝置上；(c)使所述產品承受第一激發(fā)源作用，其中，在整個時間范圍內，提高所述激發(fā)源的水平，其中，所述第一激發(fā)源選自以下的項目振動、溫度、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)、機械加載以及它們的組合；(d)使所述產品同時承受至少一個其它激發(fā)源的作用，其中，在整個時間范圍內，提高所述激發(fā)源的水平，其中，所述其它激發(fā)源選自以下的項目振動、溫度、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)、機械加載以及它們的組合。
19.按照權利要求18所述方法生產的產品。
20.一種用于優(yōu)化產品設計的方法，它包括以下步驟(a)確定在正常工作過程中作用于產品的激發(fā)源工作載荷，其中，激發(fā)源選自以下的項目溫度、振動、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)、機械加載以及它們的組合；(b)在正常工作過程中，以超過所作用激發(fā)源工作載荷的水平將至少一個激發(fā)源作用于所述產品；(c)繼續(xù)作用激發(fā)源，直到至少一個破壞模式產生。
21.根據權利要求20所述的方法，其中，在整個時間范圍內，激發(fā)源增加。
22.按照權利要求20所述方法生產的產品。
23.一種用于優(yōu)化產品設計的方法，它包括以下步驟(a)確定在正常工作過程中作用于產品的激發(fā)源工作載荷，其中，激發(fā)源選自以下的項目溫度、振動、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)、機械加載以及它們的組合；(b)將產品固定到一個用來作用激發(fā)源的裝置上；(c)在正常工作過程中，以超過所作用激發(fā)源工作載荷的水平將至少一個激發(fā)源作用于所述產品；(d)繼續(xù)作用激發(fā)源，直到至少一個破壞模式產生。
24.根據權利要求23所述的方法，其中，在整個時間范圍內，激發(fā)源增加。
25.按照權利要求23所述方法生產的產品。
26.一種用于優(yōu)化產品設計的方法，它包括以下步驟(a)確定在正常工作過程中作用于產品的激發(fā)源工作載荷，其中，激發(fā)源選自以下的項目溫度、振動、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)、機械加載以及它們的組合；(b)在正常工作過程中，以超過所作用激發(fā)源工作載荷的水平將至少一個激發(fā)源作用于所述產品；(c)繼續(xù)作用激發(fā)源，直到第一破壞模式產生；(d)修復或更換已破壞的產品；(e)重復步驟(b)、(c)、(d)，直到產品所有的破壞模式產生。
27.根據權利要求26所述的方法，其中，在整個時間范圍內，增加激發(fā)源。
28.按照權利要求26所述方法生產的產品。
29.一種用于優(yōu)化產品設計的方法，它包括以下步驟(a)確定在正常工作過程中作用于產品的激發(fā)源工作載荷，其中，激發(fā)源選自以下的項目溫度、振動、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)、機械加載以及它們的組合；(b)將產品固定到一個用來作用激發(fā)源的裝置上；(c)在正常工作過程中，以超過所作用激發(fā)源工作載荷的水平將至少一個激發(fā)源作用于所述產品；(d)繼續(xù)作用激發(fā)源，直到第一破壞模式產生；(e)修復或更換已破壞的產品；(f)重復步驟(c)、(d)、(e)，直到產品所有的破壞模式產生。
30.根據權利要求29所述的方法，其中，在整個時間范圍內，增加激發(fā)源。
31.按照權利要求29所述方法生產的產品。
32.一種用于優(yōu)化產品設計的方法，它包括以下步驟(a)確定在正常工作過程中作用于產品的激發(fā)源工作載荷，其中，激發(fā)源選自以下的項目溫度、振動、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)、機械加載以及它們的組合；(b)在正常工作過程中，以超過所作用激發(fā)源工作載荷的水平將至少一個激發(fā)源作用于所述產品；(c)繼續(xù)作用激發(fā)源，直到至少一個破壞模式產生；(d)對所述破壞模式進行分析。
33.根據權利要求32所述的方法，其中，在整個時間范圍內，增加激發(fā)源。
34.按照權利要求32所述方法生產的產品。
35.一種用于優(yōu)化產品設計的方法，它包括以下步驟(a)確定在正常工作過程中作用于產品的激發(fā)源工作載荷，其中，激發(fā)源選自以下的項目溫度、振動、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)、機械加載以及它們的組合；(b)將產品固定到一個用來作用激發(fā)源的裝置上；(c)在正常工作過程中，以超過所作用激發(fā)源工作載荷的水平將至少一個激發(fā)源作用于所述產品；(d)繼續(xù)作用激發(fā)源，直到至少一個破壞模式產生；(e)對所述破壞模式進行分析。
36.根據權利要求35所述的方法，其中，在整個時間范圍內，激發(fā)源增加。
37.按照權利要求35所述方法生產的產品。
38.一種用于優(yōu)化產品設計的方法，它包括以下步驟(a)確定在正常工作過程中作用于產品的激發(fā)源工作載荷，其中，激發(fā)源選自以下的項目溫度、振動、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)、機械加載以及它們的組合；(b)在正常工作過程中，以超過所作用激發(fā)源工作載荷的水平將至少一個激發(fā)源作用于所述產品；(c)繼續(xù)作用激發(fā)源，直到第一破壞模式產生；(d)對所述破壞模式進行分析；(e)修復或更換已破壞的產品；(f)重復步驟(b)、(c)、(d)、(e)，直到產品所有的破壞模式產生，并對其進行分析。
39.根據權利要求38所述的方法，其中，在整個時間范圍內，激發(fā)源增加。
40.按照權利要求38所述方法生產的產品。
41.一種用于優(yōu)化產品設計的方法，它包括以下步驟(a)確定在正常工作過程中作用于產品的激發(fā)源工作載荷，其中，激發(fā)源選自以下的項目溫度、振動、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)、機械加載以及它們的組合；(b)將產品固定到一個用來作用激發(fā)源的裝置上；(c)在正常工作過程中，以超過所作用激發(fā)源工作載荷的水平將至少一個激發(fā)源作用于所述產品；(d)繼續(xù)作用激發(fā)源，直到第一破壞模式產生；(e)對所述破壞模式進行分析；(f)修復或更換已破壞的產品；(g)重復步驟(c)、(d)、(e)、(f)，直到產品所有的破壞模式產生，并對其進行分析。
42.根據權利要求41所述的方法，其中，在整個時間范圍內，激發(fā)源增加。
43.按照權利要求41所述方法生產的產品。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于優(yōu)化產品設計的方法和裝置,所述產品可以是機械產品,但并不局限于機械產品,本發(fā)明可通過同時使所述產品承受多個激發(fā)源作用而實現(xiàn),所述激發(fā)源可以是:溫度、振動、壓力、紫外線、化學反應、濕度、機械循環(huán)以及機械加載,但并不局限于此。
文檔編號G01M99/00GK1270689SQ9880912
公開日2000年10月18日 申請日期1998年9月8日 優(yōu)先權日1997年9月15日
發(fā)明者亞歷山大·J·波特 申請人:恩特拉有限公司