一種多應(yīng)力多機理作用下柱塞泵產(chǎn)品綜合加速因子優(yōu)化方法
【專利摘要】一種多應(yīng)力多機理作用下柱塞泵產(chǎn)品綜合加速因子優(yōu)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(jù)步驟一中主機理分析結(jié)果，選擇對應(yīng)的加速因子模型，計算柱塞泵產(chǎn)品各薄弱環(huán)節(jié)的加速因子；三：綜合加速因子確定；結(jié)合產(chǎn)品工作極限與試驗設(shè)備加載能力確定加速應(yīng)力類型與范圍，建立綜合加速因子優(yōu)化模型，并利用matlab計算軟件進行模型求解，得到產(chǎn)品的綜合加速因子。本發(fā)明所提供優(yōu)化方法，為產(chǎn)品層的加速壽命試驗方法研究提供理論支撐,為柱塞泵產(chǎn)品中的承力件、摩擦副與密封件對應(yīng)的疲勞、磨損與老化加速因子計算模型及同類產(chǎn)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(yīng)力多機理作用下柱塞泵產(chǎn)品綜合加速因子優(yōu)化方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提供一種多應(yīng)力多機理作用下柱塞泵產(chǎn)品綜合加速因子優(yōu)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(chǎn)品系統(tǒng)級加速因子的確定方法，屬于壽命試 驗【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 壽命作為耐久性的度量，是武器裝備重要的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標，是影響裝備效能充分 發(fā)揮的關(guān)鍵因素。如何設(shè)計加速壽命試驗載荷譜和加速因子并通過試驗驗證產(chǎn)品壽命指標 是當前長壽命產(chǎn)品壽命分析和試驗所面臨的普遍問題，同時也是產(chǎn)品長壽命設(shè)計、分析、試 驗、評估及預(yù)測中的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003] 對于長壽命產(chǎn)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(chǎn) 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(yīng)力復(fù)雜，其失 效是多個失效機理共同作用的結(jié)果，這使得其加速因子難以確定。通過對現(xiàn)有技術(shù)的查新， 國內(nèi)外還沒有關(guān)于多應(yīng)力多機理作用下柱塞杲產(chǎn)品綜合加速因子優(yōu)化方法的研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 1、發(fā)明目的
[0005] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，提出了一種考慮多應(yīng)力多機理作 用下柱塞泵產(chǎn)品綜合加速因子優(yōu)化方法，本方法基于產(chǎn)品主機理分析結(jié)果，在充分考慮材 料分散性基礎(chǔ)上，針對薄弱環(huán)節(jié)的耗損型失效機理進行加速因子計算，通過柱塞泵產(chǎn)品整 體加速因子的優(yōu)化模型對加速因子進行優(yōu)化，以確定產(chǎn)品綜合加速因子，并利用matlab的 優(yōu)化工具箱進行模型計算，得到產(chǎn)品在多應(yīng)力多機理作用下的綜合加速因子。該加速因子 優(yōu)化方法可為實現(xiàn)新一代裝備產(chǎn)壽命技術(shù)要求提供方法支撐。
[0006] 2、技術(shù)方案
[0007]本發(fā)明提供一種多應(yīng)力多機理作用下柱塞泵產(chǎn)品綜合加速因子優(yōu)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(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)及其對應(yīng)的耗損型失效機理。主 機理分析根據(jù)給定的載荷譜或任務(wù)剖面，結(jié)合柱塞泵產(chǎn)品的組成、結(jié)構(gòu)、原理，進行故障模 式、機理和影響分析（FMMEA，F(xiàn)ailure Mode, Mechanisms and Effects Analysis)，在 FMMEA 的基礎(chǔ)上根據(jù)各機理對應(yīng)的故障模式的嚴酷度及發(fā)生頻度，綜合確定柱塞泵產(chǎn)品的薄弱環(huán) 節(jié)及其對應(yīng)的主機理。
[0009]步驟二：加速因子計算模型選擇。根據(jù)步驟一中主機理分析結(jié)果，選擇對應(yīng)的加速 因子計算模型，計算柱塞栗產(chǎn)品各薄弱環(huán)節(jié)的加速因子。對應(yīng)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(quán)利要求】
1. 一種多應(yīng)力多機理作用下柱塞泵產(chǎn)品綜合加速因子優(yōu)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(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)及其對應(yīng)的耗損型失效機理，主機 理分析根據(jù)給定的載荷譜或任務(wù)剖面，結(jié)合柱塞泵產(chǎn)品的組成、結(jié)構(gòu)、原理，進行故障模式、 機理和影響分析，即進行FMMEA，在FMMEA的基礎(chǔ)上根據(jù)各機理對應(yīng)的故障模式的嚴酷度及 發(fā)生頻度，綜合確定柱塞泵產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)及其對應(yīng)的主機理； 步驟二：加速因子計算模型選擇；根據(jù)步驟一中主機理分析結(jié)果，選擇對應(yīng)的加速因 子模型，計算柱塞泵產(chǎn)品各薄弱環(huán)節(jié)的加速因子； 步驟三：綜合加速因子確定；基于產(chǎn)品主機理分析結(jié)果和常規(guī)試驗載荷譜，結(jié)合產(chǎn)品 工作極限與試驗設(shè)備加載能力確定加速應(yīng)力類型與范圍，建立綜合加速因子優(yōu)化模型，并 利用matlab計算軟件進行模型求解，得到產(chǎn)品的綜合加速因子。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多應(yīng)力多機理作用下柱塞泵產(chǎn)品綜合加速因子優(yōu)化方 法，其特征在于：在步驟一中所述的"主機理"是指對產(chǎn)品壽命起關(guān)鍵作用的耗損型失效機 理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多應(yīng)力多機理作用下柱塞泵產(chǎn)品綜合加速因子優(yōu)化方 法，其特征在于：在步驟一中所述的"綜合確定產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)及其對應(yīng)的主機理"，它是 以嚴酷度大和發(fā)生頻度高的故障模式對應(yīng)的機理作為產(chǎn)品的主機理，主機理對應(yīng)的最低約 定層次單元為產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多應(yīng)力多機理作用下柱塞泵產(chǎn)品綜合加速因子優(yōu)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(guī)載荷出口流量； n2一加速載荷和常規(guī)載荷的轉(zhuǎn)速，r/min ; Pu P2-柱塞泵加速載荷和常規(guī)載荷出口壓力，MPa ; β u β 2-柱塞泵加速載荷和常規(guī)載荷斜盤傾角，由流量決定，rad ; m-與材料有關(guān)的參數(shù)； 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(guī)載荷出口流量； (3) (4) nu n2一加速載荷和常規(guī)載荷的轉(zhuǎn)速，r/min ; Pu P2-柱塞泵加速載荷和常規(guī)載荷出口壓力，MPa ; β u β 2-柱塞泵加速載荷和常規(guī)載荷斜盤傾角，由流量決定，rad ; m-與材料有關(guān)的參數(shù)； 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(shù)8. 314八111〇1*1〇_1 ; ?\，T2--加速載荷和常規(guī)載荷老化反應(yīng)溫度/Κ。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多應(yīng)力多機理作用下柱塞泵產(chǎn)品綜合加速因子優(yōu)化方 法，其特征在于：在步驟三中所述的"確定加速應(yīng)力類型與范圍"，它包括兩方面內(nèi)容：1)加 速應(yīng)力類型確定：選擇能夠?qū)膿p型失效機理壽命存在明顯加速作用的應(yīng)力類型作為加速 應(yīng)力類型；2)加速應(yīng)力范圍確定：加速應(yīng)力的大小應(yīng)大于常規(guī)應(yīng)力大小，小于產(chǎn)品的工作 極限和試驗設(shè)備的加載能力。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多應(yīng)力多機理作用下柱塞泵產(chǎn)品綜合加速因子優(yōu)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(yīng)力類型與范圍確定：基于產(chǎn)品主機理分析結(jié)果和常規(guī)試驗載荷譜，結(jié)合步驟二中 所選擇的加速因子計算模型以及產(chǎn)品工作極限與試驗設(shè)備加載能力確定加速應(yīng)力類型與 范圍； b. 綜合加速因子優(yōu)化模型建立：產(chǎn)品綜合加速因子優(yōu)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(yōu)化模型建立：假設(shè)柱塞泵產(chǎn)品共有m個主機理，在加速因 子模型中共有η個應(yīng)力類型參數(shù)和p個材料參數(shù)；則柱塞泵產(chǎn)品加速壽命試驗載荷水平的 優(yōu)化模型如下式所示：
(6) 其中：Τ為產(chǎn)品壽命指標，?\為第i個機理對應(yīng)的單元的壽命指標，h為第i個機理對 應(yīng)的單元的運行比，該"運行比"是指在系統(tǒng)工作過程中，單元的運行時間與系統(tǒng)的運行時 間的比值；i為加速試驗的載荷空間，&為第j個應(yīng)力類型，5為材料參數(shù)空間集，yk為第 k個材料參數(shù)類型，ft 為在第i個機理在i應(yīng)力水平和材料參數(shù)|時的加速因子，η為 載荷類型數(shù)，Ρ為材料參數(shù)類型數(shù)，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(shù)，h為加速壽命試驗的一個試驗循環(huán)時間，△ t為單次測量時間； 2)產(chǎn)品的綜合加速因子確定：確定產(chǎn)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(yōu)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(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】陳云霞, 井海龍, 廖尋, 康銳 申請人:北京航空航天大學(xué)