光纤陀螺加速退化试验方法研究

光纤陀螺作为日渐成熟、广泛应用的全固态、高可靠性惯性器件,其性能退化的规律已经成为当前各应用系统关注的热点。加速退化试验技术是解决高可靠长寿命产品的性能评估等工程领域问题的一种常用方法,可以在较短时间内对产品的寿命特征进行预测。从光纤陀螺自身的特点出发,选择标度因数稳定性和零偏稳定性作为衡量光纤陀螺性能保持期的主要指标。根据使用环境的具体要求,采用温度作为其加速应力,并对退化试验方法、数据处理方式以及加速方法的合理性进行了分析和论证。     

双应力加速模型的建立及参数估计

建立了威布尔分布下的双应力加速模型并给出了相应的参数估计方法。利用这种模型进行机械产品的加速寿命试验,具有试验时间短、适用于任意变动载荷等特点,是高可靠性产品寿命评估和可靠性分析的一种新方法。     

基于加速退化试验和粒子滤波的电子设备故障预测方法

针对导弹电子设备故障预测问题,提出了一种基于综合环境加速退化试验(ADT)和粒子滤波的故障预测新方法。首先,不同于传统的ADT方案,仅以单个样本为试验对象,采用步进加速的思想,将性能退化理论拓展为加速性能退化理论(APDT),建立基于电子设备寿命退化速度的加速寿命退化模型。其次,为克服环境应力等测试不确定性因素对预测精度的影响,定义了电子设备退化度的概念,将寿命预测的不确定性问题转化为设备退化度最优估计问题,利用改进粒子滤波算法求解出电子产品动态退化的最优估计值,进而实现设备的全寿命评估。最后,实例说明该方法可行、有效,并大大提高了试验的效费比。     

基于失光率的飞机涂层自然曝晒与室内加速老化试验当量加速关系

针对飞机结构表面涂层的老化问题,基于失光率的失效标准,根据Arrhenius公式分别建立了服从对数正态分布和Weibull分布的当量加速关系理论模型,通过自然曝晒试验和实验室加速老化试验验证了两种理论模型的合理性,并使用两种模型分别预测了飞机涂层的老化寿命。结果表明,对数正态分布模型的预测结果比Weibull模型的预测结果更接近飞机涂层寿命的实际值。     

型号装备寿命概念及指标验证分析

针对航空发动机型号装备研制中所提出的寿命指标含义不清晰的问题,基于GJB 451和GJB 451A,梳理分析了与寿命相关的参数,进一步明确了各参数之间的相互关系以及寿命与故障关系等。分类分析了个体寿命和总体寿命,明确型号装备寿命指标对应的是装备总体寿命指标。对于型号装备耐久寿命的验证,介绍了2种耐久寿命验证试验类型,明确耐久性试验利用极小样本个体寿命鉴定总体寿命的关键在于合理选择经验系数。针对型号装备长期寿命指标缺少有效验证手段的问题,提出了加速寿命试验和加速耐久性试验2种加速验证方式。     

基于加速退化原理的光纤陀螺性能保持期评估方法研究

为评估光纤陀螺在长期贮存条件下的性能保持期,从光纤陀螺自身的特点出发,根据贮存环境的具体要求,详细分析了加速试验过程中试验应力及应力量值的选取,明确了试验样品的分配及具体试验时间估算方式。通过加速退化的手段得到样品的零偏和标度因数等数据,结合可靠性工程领域的成熟方法和理论,采用灰色系统模型和线性退化模型得到外推时间,计算Weibull分布的形状参数和寿命参数,并根据Arrhenius模型对光纤陀螺的性能保持期进行了预测。试验结果表明,采用ASE光源的0.01(°)/h量级的光纤陀螺,其性能保持期可以超过3a。     

三栅极离子推力器电子反流失效影响参数的敏感性研究（空间推进专刊）

针对电子反流失效模式主导的三栅极离子推力器加速寿命试验加速应力选择及长寿命优化,需要开展影响参数的敏感性对比研究,采用Hybrid-PIC-MCC（Particle in Cell- Monte Carlo Collision）方法,构建了三栅极系统数值仿真模型。采用模型研究了地面真空舱本底压力、屏栅电压、加速栅电压、屏栅与加速栅间距、屏栅上游等离子体密度和放电室工质利用率等参数的影响敏感度对比。研究结果显示真空舱本底压力可以作为加速寿命试验的首选加速应力,在推力器结构和工作本征参数中工质利用率为最敏感应力,其次是屏栅电压、屏栅上游等离子体密度、加速栅电压、屏栅和加速栅间距。研究结果为三栅极离子推力器地面加速寿命试验验证方案设计和长寿命优化设计提供了数据支持。     

小样本条件下多应力加速寿命试验预测方法

鉴于导弹中的电子设备价格昂贵、可用于试验的样本量少,在开展加速试验以及寿命预测的实际工作中通常为小样本的背景。文章研究探索小样本条件下多应力加速试验寿命预测方法,分别建立通用对数线性模型、 BAS-BP神经网络模型、灰色–支持向量回归模型,结合多应力加速试验数据在各应力条件下的样本容量分别为 56组、20组、10组、5组的情况下,比较 3种模型的预测效果,分析各模型的适用场合和时机,探索小样本条件下模型的选优问题,为小样本条件下多应力加速试验寿命预测提供有益的借鉴。     

基于多源信息融合分析的 导弹贮存寿命评估方法

对于长期贮存的导弹,通常能获取的贮存信息仅为贮存期内的年检数据与少量的例行试验数据,贮存信息相对匮乏,对导弹贮存寿命与可靠性评估工作非常不利。为解决这种工程实践中存在的实际问题,发展了一种采用工程加速贮存与地面鉴定试验相结合的加速贮存信息获取方法,获取典型单机与简单系统贮存信息。将典型单机与非金属材料加速贮存信息与地面鉴定试验信息、现场贮存信息、贮存环境数据以及例行试验信息等数据信息融合处理,建立基于多源信息融合的贮存信息数据库。在此基础上,建立基于现场贮存信息与加速试验信息融合分析的导弹贮存寿命与可靠性评估方法,并给出导弹在现有贮存时间下,继续贮存一定年限的可靠度。     

基于 Wiener过程的弹用电连接器温湿应力加速建模

为利用加速退化试验数据,开展可靠性评估。基于某弹用电连接器性能退化符合 Wiener过程特点进行分析,在给出电连接器性能退化模型和寿命分布函数的基础上,建立了基于 Wiener过程的弹用电连接器温湿应力加速模型,并利用 MATLAB软件给出了两步极大似然估计模型参数估计方法。为降低加速模型的复杂度,基于加速因子不变原则对加速模型的参数进行了简化。为了对模型进行检验,利用相关实例的加速试验数据,完成了参数估计并绘制了与实例进行比较的可靠度和概率密度曲线。通过对比分析,验证了所建模型的合理性,由于参数估计时考虑了 Wiener过程扩散系数及时间函数的非线性因素,计算得出的电连接器平均寿命值更为安全可靠。     

基于BP神经网络的多应力加速寿命试验预测方法

 针对多应力加速寿命试验(ALT)中传统的寿命预测方法存在建立加速模型及求解多元似然方程组困难的缺点,基于反向传播(BP)人工神经网络(ANN),利用BP神经网络良好的预测特性,建立了多应力恒定加速寿命试验寿命预测模型。首先,以加速寿命试验中的加速应力水平和通过经验分布得到的可靠度作为网络训练输入向量;以非线性最小二乘法对原始失效数据进行拟合并得到回归方程,利用回归方程生成大量的仿真数据作为训练目标向量;然后,建立3层BP神经网络并对网络进行训练。最后,把正常应力水平和设定的可靠度输入训练好的网络,得到预测的失效时间,进而给出可靠度函数的预测曲线。通过仿真算例对本方法进行验证,预测值和仿真值相比较表明,所建立的网络能反映应力水平、可靠度与寿命的关系,为多应力加速寿命试验的寿命预测提供了新的思路。     

高温超导磁悬浮助推缩比试验系统动态测试分析

基于磁悬浮助推技术概念研究方案建立了一套悬浮加速缩比试验系统.从整体缩比模型振动试验出发,主要研究悬浮质量以及悬浮刚度对整体系统动态性能的影响,并在进行缩比单元动态试验结论的基础上,建立试验模型的加速试验动态采集系统,对整体模型进行运行性能试验.在试验基础上提出了提高磁悬浮推进系统运行稳定性的依据,并据此提出相应可行的解决方案设想.通过模型加速试验并采集试验数据定性分析磁浮系统的综合运动性能,以更好地评估系统稳定特性和品质,也为进一步研究磁悬浮助推发射的气动、分离系统稳定性和可靠性提供参考.     

恒定应力无失效加速寿命试验可靠性分析方法

针对工程中缺少有效方法处理加速寿命试验中出现的无失效数据的情况,提出一种恒定应力水平下的无失效加速寿命试验可靠性分析方法.该方法首先将各个加速应力水平下的无失效寿命试验数据转换到正常应力水平,然后通过对正常应力水平下的无失效寿命数据进行分析,实现产品的可靠性评估与寿命预测.利用该方法对某型号卫星地球敏感器扰性枢轴的无失效加速寿命试验数据进行分析处理,结果表明该方法切实可行,能够充分利用各个加速应力水平下产品的无失效试验数据,较好地解决了产品进行无失效加速寿命试验的可靠性评估和寿命预测问题.      

基于疲劳寿命的复合材料舱体分级优化分析

为构建三维应力状态复材结构疲劳寿命模型,提出由刚性元和弹簧元来模拟层间作用,结合二维板元构建三维有限元模型。借助典型应力比下的疲劳试验结果和损伤模型,结合等寿命曲线转化理论,发展一种任意应力比下的疲劳寿命分析方法。引入复合累积损伤建立多轴循环应力下的疲劳寿命模型。借助应力分析、静强度和疲劳累积损伤失效分析及材料性能退化模型,模拟面内和层间损伤产生、发展直至整体破坏过程,得到疲劳寿命。通过层合板疲劳寿命预测值和试验结果对比,验证所建模型的正确性。考虑设计变量空间复杂性,采用二级优化方法:系统级布局优化和子系统级尺寸优化。采用自适应遗传算法,以质量最小为目标函数,以疲劳寿命要求为约束条件,对复材舱体进行优化。建立基于多轴应力疲劳寿命的复材结构优化框架,为复材结构优化设计提供参考。      

基于加速退化试验的光纤陀螺组件寿命评估

工作在宇航环境中的光纤陀螺组件会受到复杂的应力作用,而陀螺组件本身结构复杂,价格昂贵,并且可靠性高,很难通过普通的加速寿命试验评估其寿命.运用包含剩余标准化系数的退化轨迹模型,描述了光纤陀螺组件退化量与应力水平的关系,并且运用双应力步进加速退化实验的方法,得到光纤陀螺组件在温度和辐照两种应力下的退化数据.结合光纤陀螺加速寿命模型,评估该陀螺组件在宇航环境下的寿命.     

一种单晶涡轮叶片热机械疲劳寿命评估方法

针对单晶涡轮叶片热机械疲劳(TMF)问题,围绕单晶涡轮叶片TMF试验,结合单晶变形、损伤理论及数值模拟,建立了一套单晶涡轮叶片TMF寿命评估方法.利用空心气冷涡轮叶片TMF试验系统,对单晶涡轮片考核截面在服役条件下所产生的交变应力场和交变温度场进行模拟,确定了裂纹萌生部位及其TMF寿命.考虑单晶涡轮叶片变形和损伤行为的特征,分别建立了基于滑移系的Walker黏塑性本构模型和基于临界平面的循环损伤累积(CDA)模型.利用上述本构和寿命模型,完成了单晶涡轮叶片TMF试验的数值模拟.结果表明:叶片理论危险点与试验结果一致,且计算寿命基本落在试验寿命的3倍分散带内.      

基于应力分布模型的随机疲劳加速试验设计

将两段式S-N曲线应用于Dirlik随机振动疲劳寿命预测模型，分段计算各自的疲劳损伤并进行叠加。基于该模型所模拟的应力幅值分布，推导了在两段式S-N曲线的情况下激励放大倍数同疲劳寿命之间的等效关系，并提出了基于该等效关系的加速试验寿命换算方法，为加速试验应力等级的确定提供了参考。针对随机振动中小应力幅占比较大的情况，该方法优化了这一部分的损伤计算方式，同时该方法还可以推广至超高周疲劳等需要使用多段式S-N曲线表达疲劳性能的情况中去，得到更加贴近实际的理论疲劳寿命与加速寿命间的等效关系。通过分析算例表明，在两段式S-N曲线下，应力与寿命也大体呈现出了两段式的对数线性关系，并使用文献中的试验数据进行了验证。     

三栅极离子推力器电子反流失效影响参数的敏感性研究

电子反流失效模式是离子推力器关键失效模式之一,决定推力器工作寿命。为明确各参数对电子反流失效模式的影响程度,确定加速应力,为地面加速寿命实验验证方案和长寿命优化设计提供数据支持,采用Hybrid-PIC-MCC (Particle in Cell-Monte Carlo Collision)方法,构建了三栅极系统数值仿真模型。采用模型研究了地面真空舱本底压力、屏栅电压、加速栅电压、屏栅与加速栅间距、屏栅上游等离子体密度和放电室工质利用率等参数的影响敏感度对比。研究结果显示,真空舱本底压力可以作为加速寿命试验的首选加速应力,在推力器结构和工作本征参数中工质利用率为最敏感应力,其次是屏栅电压、屏栅上游等离子体密度、加速栅电压、屏栅和加速栅间距。     

基于数据的航空发动机排气温度裕度及剩余寿命计算方法

针对航空发动机重要监控参数排气温度裕度(EGTM)计算及预测困难的问题,根据航空工业标准实施指南,建立了一种基于数据的EGTM计算方法及剩余寿命预测模型。分解EGTM影响因素并基于修正后的相似理论对风扇转速及排气温度进行修正。对部分换算/修正公式参数的离散试验数据进行拟合,得到关系曲线。利用支持向量机学习发动机引气系统影响因素,通过遗传算法优化支持向量机的惩罚因子及核函数参数,获得经引气系统参数修正后的EGTM值。利用小波变换对EGTM进行降噪和特征提取。运用多项式回归拟合特征参数,确定单发/平均机队EGTM性能衰退率,计算EGTM剩余寿命。该模型实现了从数据输入到剩余寿命预测的全过程计算,EGTM计算结果与发动机厂商提供的结果对比拟合优度达0994。剩余寿命衰退曲线拟合效果与小波变换后EGTM曲线对比拟合优度达098。结果可作为维修计划制定及经济成本计算的理论支撑和参考依据。     

地面设备无故障工作时间加速试验验证方案研究

分析了地面产品寿命期可能遇到的环境条件,给出了用加速试验的方法验证航空地面产品无故障工作时间的思路.