本發(fā)明屬于環(huán)境工程領(lǐng)域，特別涉及一種裝備暴露環(huán)境因素分類方法。

背景技術(shù)：

1、裝備在服役時會經(jīng)受外界氣候、化學(xué)等環(huán)境因素的不利影響，研究這種影響，需要建立對應(yīng)的環(huán)境譜。環(huán)境譜是裝備進行環(huán)境適應(yīng)性考核驗證與定壽延壽等工作時的重要輸入，它是以不同類型的環(huán)境數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過統(tǒng)計和折算的方法，給出對裝備產(chǎn)生顯著影響的環(huán)境因素的應(yīng)力量值、作用時間、作用次數(shù)以及比例，定量描述裝備在任務(wù)周期內(nèi)所經(jīng)受的環(huán)境作用歷程。

2、環(huán)境譜中應(yīng)力量值代表裝備經(jīng)受極限環(huán)境作用的情況，但是實際用于編制環(huán)境譜的環(huán)境數(shù)據(jù)中通常不包括極限狀態(tài)，因此需要采用環(huán)境預(yù)計方法外推計算極限狀態(tài)對應(yīng)的應(yīng)力量值。由于裝備所處區(qū)域不同，相對應(yīng)構(gòu)成環(huán)境譜的環(huán)境因素也不同，不同環(huán)境因素之間的相互影響不可忽略。例如，砂塵和空氣中的腐蝕介質(zhì)這兩種環(huán)境因素互不影響，可分別進行預(yù)計；而對于相對濕度來說，其受太陽照射和溫度影響顯著，太陽輻射會引起溫度的升高，溫度升高會引起含濕空氣飽和蒸汽壓的增加，進而導(dǎo)致相對濕度的降低，因此預(yù)計相對濕度需綜合考慮三種環(huán)境因素。但是，對于耦合性強的多種環(huán)境因素，開展環(huán)境預(yù)計的關(guān)鍵前提在于明確各環(huán)境因素之間的因果關(guān)系，從而在環(huán)境預(yù)計模型中準(zhǔn)確界定輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)，否則會導(dǎo)致預(yù)計模型求解困難或計算不收斂，預(yù)計結(jié)果的誤差較大，無法支撐環(huán)境譜的編制工作。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種裝備暴露環(huán)境因素分類方法，其能夠針對環(huán)境譜中的環(huán)境因素，首先采用有向圖論定量評價環(huán)境因素的耦合程度，然后采用歸因分析方法建立各因素的層級關(guān)系，為后續(xù)選擇合適的環(huán)境預(yù)計方法及確定預(yù)計模型輸入輸出提供依據(jù)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了如下技術(shù)方案：

3、具體地，本發(fā)明提供一種裝備暴露環(huán)境因素分類方法，其包括如下步驟：

4、s1、根據(jù)裝備壽命期的環(huán)境剖面，結(jié)合裝備的組成結(jié)構(gòu)和功能性能要求，篩選對裝備產(chǎn)生影響和作用的環(huán)境因素，確定構(gòu)成裝備環(huán)境譜的n類自然環(huán)境因素；

5、s2、基于形成每種環(huán)境因素的物理機制，對環(huán)境譜中所有環(huán)境因素兩兩之間進行因果分析，得到環(huán)境因素之間的因果關(guān)系，分析準(zhǔn)則如下：

6、當(dāng)環(huán)境因素a的變化會同步引起環(huán)境因素b的變化時，則判定環(huán)境因素a為因，環(huán)境因素b為果，采用單向符→進行表示；當(dāng)環(huán)境因素a的變化同步引起環(huán)境因素b的變化且環(huán)境因素b的變化同步引起環(huán)境因素a的變化時，則判定兩種環(huán)境因素互為因果，采用雙向符號進行表示；

7、s3、根據(jù)步驟s2中確定的各環(huán)境因素之間的因果關(guān)系，構(gòu)建n類環(huán)境因素的有向圖g＝(n，e)，其中：e表示各環(huán)境因素之間的因果關(guān)系總和，其中單向符號→計數(shù)為1，雙向符號計數(shù)為2；

8、s4、以有向圖g中代表各環(huán)境因素的因果關(guān)系的有向符合的計數(shù)的密度來表征n類環(huán)境因素的耦合程度cd，當(dāng)n類環(huán)境因素兩兩之間均為雙向符號符號表征時，此時n類環(huán)境因素的耦合程度最高，其因果關(guān)系總和通過排列公式表達，因此，定義耦合程度cd的計算公式為：

9、

10、s5、設(shè)定b值為表征耦合松緊程度的臨界閾值，當(dāng)b<cd時，n類環(huán)境因素集合之間為緊耦合，否則為松耦合，若判斷結(jié)果為緊耦合，則進入下一步；

11、s6、當(dāng)n類環(huán)境因素集合之間為緊耦合時，建立各環(huán)境因素之間的關(guān)系矩陣a，其中，矩陣元素aij＝1則表示環(huán)境因素fi對環(huán)境因素fj具有直接影響，aij＝0則表示環(huán)境因素fi對環(huán)境因素fj無影響；

12、s7、計算鄰接矩陣a′，鄰接矩陣a′的計算公式為：

13、a′＝a+i

14、其中，a為關(guān)系矩陣，i為單位矩陣；

15、s8、計算鄰接矩陣a′的冪，直至收斂，獲得可達矩陣r；根據(jù)可達矩陣r，將n類環(huán)境因素分解至不同層次，建立n類環(huán)境因素的層次結(jié)構(gòu)圖在n類環(huán)境因素的層次結(jié)構(gòu)圖中，處于下一層的環(huán)境因素為上一層的原因，最頂層為總目標(biāo)，即下一層環(huán)境因素為自變量，上一層環(huán)境因素為因變量；

16、s9、根據(jù)n類環(huán)境因素的層次結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)預(yù)計某一環(huán)境因素時，將該環(huán)境因素下面所有層級且與環(huán)境因素有聯(lián)系的全部環(huán)境因素作為環(huán)境預(yù)計模型的輸入，采用確定的環(huán)境預(yù)計模型的輸入對應(yīng)的樣本求解環(huán)境預(yù)計模型參數(shù)并輸出作為該環(huán)境因素預(yù)測結(jié)果。

17、優(yōu)選地，所述的耦合度，當(dāng)數(shù)值接近1時，表示各環(huán)境因素趨向緊耦合，耦合程度高；當(dāng)數(shù)值接近0時，表示各環(huán)境因素趨向弱耦合，耦合程度低。

18、優(yōu)選地，所述的裝備壽命期環(huán)境剖面是指由裝備經(jīng)受的環(huán)境和環(huán)境組合/綜合及其時序描述構(gòu)成的剖面。

19、優(yōu)選地，所述的環(huán)境效應(yīng)是指裝備在其壽命期的各種單一或綜合/組合環(huán)境作用下，引起裝備的材料、元器件和結(jié)構(gòu)件疲勞、磨損、腐蝕、老化、性能退化或降級，造成裝備性能下降乃至功能喪失的現(xiàn)象。

20、優(yōu)選地，所述的單位矩陣i，是指與關(guān)系矩陣大小相同且對角線元素為1而其他元素為0的矩陣。

21、優(yōu)選地，步驟s1中環(huán)境因素為溫度、相對濕度、太陽輻射、風(fēng)、砂塵以及大氣中酸性介質(zhì)。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

23、(1)本發(fā)明的方法針對編制環(huán)境譜時缺乏對各環(huán)境因素耦合程度進行分析的問題，基于裝備的環(huán)境效應(yīng)，采用有向圖論定量評價環(huán)境因素的耦合程度，為后續(xù)選擇合適的環(huán)境預(yù)計方法提供了依據(jù)，當(dāng)環(huán)境因素為緊耦合時，選擇該方法確定環(huán)境預(yù)計模型的輸入?yún)?shù)，明確輸入的環(huán)境因素對應(yīng)的樣本作為輸入求解模型輸出，確定最終的環(huán)境預(yù)計模型，保證輸出結(jié)果的準(zhǔn)確度，能夠應(yīng)用于多種裝備在具體暴露使用過程中的環(huán)境因素預(yù)計，能夠應(yīng)用于多個領(lǐng)域的裝備暴露環(huán)境因素分類。

24、(2)本發(fā)明的方法針對耦合性強的多種環(huán)境因素，采用歸因分析方法對所有環(huán)境因素進行結(jié)構(gòu)分析，建立所有環(huán)境因素的層級關(guān)系，明確所有環(huán)境因素之間的輸入輸出關(guān)系，根據(jù)n類環(huán)境因素的層次結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)預(yù)計某一環(huán)境因素時，將該環(huán)境因素下面所有層級且與其有聯(lián)系的全部環(huán)境因素作為環(huán)境預(yù)計模型的輸入，采用對應(yīng)輸入的環(huán)境數(shù)據(jù)樣本求解預(yù)計模型參數(shù)并輸出作為環(huán)境預(yù)計結(jié)果，可以很好地支撐環(huán)境預(yù)計模型的分析計算工作。

技術(shù)特征：

1.一種裝備暴露環(huán)境因素分類方法，其特征在于：其包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝備暴露環(huán)境因素分類方法，其特征在于：所述的耦合度，當(dāng)數(shù)值接近1時，表示各環(huán)境因素趨向緊耦合，耦合程度高；當(dāng)數(shù)值接近0時，表示各環(huán)境因素趨向弱耦合，耦合程度低。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝備暴露環(huán)境因素分類方法，其特征在于：所述的裝備壽命期環(huán)境剖面是指由裝備經(jīng)受的環(huán)境和環(huán)境組合/綜合及其時序描述構(gòu)成的剖面。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝備暴露環(huán)境因素分類方法，其特征在于：所述的環(huán)境效應(yīng)是指裝備在其壽命期的各種單一或綜合/組合環(huán)境作用下，引起裝備的材料、元器件和結(jié)構(gòu)件疲勞、磨損、腐蝕、老化、性能退化或降級，造成裝備性能下降乃至功能喪失的現(xiàn)象。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝備暴露環(huán)境因素分類方法，其特征在于：所述的單位矩陣i，是指與關(guān)系矩陣大小相同且對角線元素為1而其他元素為0的矩陣。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝備暴露環(huán)境因素分類方法，其特征在于：步驟s1中環(huán)境因素為溫度、相對濕度、太陽輻射、風(fēng)、砂塵以及大氣中酸性介質(zhì)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種裝備暴露環(huán)境因素分類方法，其包括以下步驟：S1、確定構(gòu)成裝備環(huán)境譜的N類自然環(huán)境因素；S2、對環(huán)境譜中所有環(huán)境因素兩兩之間進行因果分析，得到環(huán)境因素之間的因果關(guān)系；S3、構(gòu)建N類環(huán)境因素的有向圖G＝(N，E)；S4、確定N類環(huán)境因素的耦合程度CD；S5、判斷N類環(huán)境因素是否為緊耦合，如果是，則進入下一步；S6、建立各環(huán)境因素之間的關(guān)系矩陣A；S7、計算鄰接矩陣A′；S8、計算可達矩陣R；S9、根據(jù)可達矩陣建立N類環(huán)境因素的層次結(jié)構(gòu)圖，進而得到環(huán)境預(yù)計模型的輸入。其基于裝備的環(huán)境效應(yīng)，采用有向圖論定量評價環(huán)境因素的耦合程度，采用歸因分析法確定緊耦合環(huán)境因素的層級關(guān)系，為后續(xù)選擇合適的環(huán)境預(yù)計方法提供依據(jù)。

技術(shù)研發(fā)人員：李賀,薛楠,郝宇君,徐俊,張建軍,李敏偉,蔡良續(xù)
受保護的技術(shù)使用者：中國航空綜合技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2