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。     

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。     

综合应力加速贮存试验方案优化设计

针对电子产品在贮存过程中受到的复杂环境应力及现阶段主要采用单应力加速贮存试验的现状,提出一种基于累积损伤理论的温度-湿度步降加速贮存试验方案的优化设计方法。以电子设备正常应力水平下中位寿命估计值的最小渐近方差为目标,以各加速应力水平为设计变量,结合极大似然估计理论,建立了温度-湿度综合应力加速贮存试验方案优化设计的数学模型。对某电度表的综合应力加速贮存试验进行优化设计,利用遗传算法解得k=5时的方案为最优方案。利用Monte Carlo仿真进一步证明k=5时的方案为最优方案。经优化后的试验方案不仅可以满足小样本综合应力加速贮存试验的优化设计,而且能够保证试验数据的估计精度,减少试验次数,缩短试验时间和节约费用。     

基于加速栅溅射腐蚀失效的离子推力器寿命预测

离子推力器加速栅溅射腐蚀失效是制约离子推力器寿命的关键失效模式之一.针对离子推力器长寿命、多功率条件下运行的特点,基于坑和凹槽的溅射腐蚀数据,建立模型对其进行寿命预测.通过研究离子推力器加速栅中心凹槽腐蚀深度在不同功率段下随工作时间的变化规律发现:运行功率顺序对加速栅凹槽腐蚀率影响较小,进而采用累积损伤理论建立离子推力器多功率段下运行的寿命预测模型.最后, 对美国的NASA's Evolutionary Xenon Thruster(NEXT)进行了寿命预测,预测结果寿命为46041h,与试验结果符合较好.      

多重应力下滚动轴承剩余寿命预测

为了实现多重应力下滚动轴承的剩余寿命预测，有效利用不用应力下的退化数据，提出了一种基于加速模型和贝叶斯（Bayesian）理论的滚动轴承剩余寿命预测方法。通过拟合优度检验和威布尔（Weibull）概率图检验法对滚动轴承试验中的数据进行有效性分析。利用switching Kalman filters(SKF)判断滚动轴承各时刻的退化状态。当滚动轴承进入加速退化时，用指数模型拟合轴承退化过程，利用广义线性对数模型表示退化模型参数与应力的关系，根据修正后的轴承实时退化数据利用贝叶斯算法更新模型参数，得到滚动轴承剩余寿命的概率密度函数，从而实现滚动轴承剩余寿命预测。采用XJTU-SY轴承数据集进行验证，预测结果的均方根误差在20 min以内，证明该方法能够有效预测滚动轴承的剩余寿命。     

复杂受载承力机匣的强度及疲劳寿命

本文首先论述了航空发动机承力机匣应力分布计算与试验,指出这类机匣的有限元计算,一般可分为:模型估算、真实机匣应力分布计算和局邮结构的详细计算。其次介绍了圆筒机匣热应力理论与试验研究的基本方法与主要成果。最后从机匣低循环疲劳寿命预测的初步探索的角度,说明了缺口构件在常温与高温条件下的低循环疲劳寿命预测工作的一些进展。     

基于InfoLSGAN和AC算法的滚动轴承剩余寿命预测

为解决小样本和噪声干扰下滚动轴承剩余寿命(RUL)预测准确率低的问题,提出一种基于信息最小二乘生成对抗网络(information least squares generative adversarial network,InfoLSGAN)和行动者-评论家(actor-critic,AC)算法的滚动轴承剩余寿命预测方法。将堆叠降噪自动编码器、信息生成对抗网络和最小二乘生成对抗网络相结合,构建InfoLSGAN,自动地从噪声数据中提取可解释的鲁棒特征,解决梯度消失问题;采用基于AC的训练算法训练InfoLSGAN,减少训练时间,加快收敛速度;根据训练后的InfoLSGAN,利用softmax分类器预测测试样本中滚动轴承的剩余寿命。通过滚动轴承加速疲劳寿命试验验证该方法的有效性。试验结果证明,当信噪比等于0时,该方法对滚动轴承测试样本的寿命预测准确率至少提高了10%。在小样本情况下,滚动轴承剩余寿命预测的平均准确率达9584%。     

喷丸残余应力及夹杂影响小裂纹仿真概率模型

提出考虑喷丸残余应力及内部夹杂影响的随机内部小裂纹形核扩展概率模型，实现构件内部疲劳裂纹萌生过程的仿真。针对高温合金X，在开展试验的数据基础上，识别模型所需的残余应力分布参数、“形核相关”夹杂尺寸分布参数、微观结构相关塑性本构参数及小裂纹形核扩展参数。模型成功预测喷丸等直棒两种主要的形核方式：残余拉应力平衡层夹杂形核及无残余应力区夹杂形核。与试验对比，模型预测内部裂纹萌生寿命及其分散精度高，残余拉应力平衡层预测萌生寿命中值误差为2%，-3σ寿命误差为37%，无残余应力区预测萌生寿命中值误差为3%，-3σ寿命误差为3%；此外，模型仿真的内部裂纹形貌为“鱼眼形”，贴合试验件断口形貌。     

缺口半径对疲劳寿命影响的有限元分析

针对Mod.9Cr-1Mo铁素体钢缺口件进行了非比例应变路径低周疲劳试验,采用直流电位差法测量裂纹萌生寿命,比较了缺口半径和应变路径对疲劳裂纹萌生寿命的影响.试验结果表明:缺口件裂纹萌生寿命占疲劳寿命的比例与应变路径和缺口半径相关.采用ANSYS软件进行模拟计算,材料弹塑性特性采用von Mises屈服准则、多线性运动硬化律和单轴循环应力应变曲线描述.模拟结果表明:各应变路径下缺口根部处产生了明显的应力集中,等效应力最大值均发生在缺口根部处,随着离缺口根部距离的增加,应力随之而降低.但不同缺口半径下,离缺口根部不同距离处的应力梯度变化趋势随应变路径不同而不同.基于模拟结果,采用Smith-Watson-Topper(SWT)模型进行疲劳寿命预测.结果表明SWT模型针对大缺口半径的预测结果较好,大部分点位于2倍分散带内,但针对小缺口半径预测结果普遍偏低.      

基于综合应力工作态试验和神经网络的CMG失效边界域预测

本文设计了一种可同时模拟真空热环境和CMG与航天器角动量交换工况的试验设备,提出了模拟在轨真空环境下温度、CMG框架转速、航天器转速3种应力的工作态试验方法,给出了适用于神经网络的CMG运行状态定量表达方法,利用少量试验数据和神经网络方法对工作极限转速矩阵、失效边界、失效边界域进行预测,分析了经验样本对预测结果的影响,以及各应力对其他应力工作域的耦合影响,并给出了预测结果的可信度分析方法。研究结果表明,所提出的方法可以更真实模拟CMG在轨工作状态的同时显著节省试验经费和时间,并具有较高的预测准确性和多应力工作场景适应性,对I和Ⅱ两类训练数据集分别获得100%和98.8%的预测正确率,给出了仅凭试验数据无法得到的55℃下的转速失效边界,并且可以内化试验数据背后的工程经验。     

Acceptance sampling plan of accelerated life testing for lognormal distribution under time-censoring

Lognormal distribution is commonly used in engineering.It is also a life distribution of important research values.For long-life products follow this distribution,it is necessary to apply accelerated testing techniques to product demonstration.This paper describes the development of accelerated life testing sampling plans(ALSPs)for lognormal distribution under time-censoring conditions.ALSPs take both producer and consumer risks into account,and they can be designed to work whether acceleration factor(AF)is known or unknown.When AF is known,life testing is assumed to be conducted under accelerated conditions with time-censoring.The producer and consumer risks are satisfied,and the size of test sample and the size of acceptance number are optimized.Then sensitivity analyses are conducted.When AF is unknown,two or more predetermined levels of accelerated stress are used.The sample sizes and sample proportion allocated to each stress level are optimized.The acceptance constant that satisfies producer and consumer risk is obtained by minimizing the generalized asymptotic variance of the test statistics.Finally,the properties of the two ALSPs(one for known-AF conditions and one for unknownAF conditions)are investigated to show that the proposed method is correct and usable through numerical examples.     

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。     

航天轴承精度寿命研究现状及展望

根据转速和工作温度范围,航天轴承可选择固体润滑、油或脂润滑。航天轴承在轻载条件下工作,其失效一般是由于润滑剂损失、退化引起润滑膜破坏,磨损加剧导致轴承精度丧失。航天轴承服役期考量的是精度寿命,即磨损寿命。对不同润滑工况下航天轴承磨损寿命的影响因素、失效模式、失效准则、磨损寿命模型、加速寿命试验及基于性能退化的剩余寿命预测进行了概述,总结了目前研究中存在的不足,并提出了值得关注和需要进一步研究的方向。     

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。     

考虑几何特征与载荷敏感性的航空发动机结构件疲劳寿命预测模型

为了分析几何特征和载荷因素对几何复杂结构疲劳寿命预测的影响,给出了结构损伤区的定义方法,通过引入几何特征因子和疲劳权函数表征几何特征对疲劳寿命的影响,定义了载荷敏感性因数表征载荷因素对疲劳寿命的影响,以临界距离理论为基础,结合有限元分析、Origin函数拟合及Matlab程序等多种工具,发展了一种考虑结构几何特征与载荷敏感性的缺口疲劳寿命预测模型,并将该模型用于TC4、GH901和DZ125合金的缺口试样低循环疲劳寿命预测,结果表明:对于不同几何特征、不同载荷大小和不同材料等多种情况,寿命的预测值与试验值基本在2倍分散带之内,预测精度较为理想且高于多种现有其他方法,验证了该预测模型具有可行性和优越性。     

基于BP神经网络的冷挤压孔疲劳寿命预测

利用超高强度300M、30CrMnSiA调质钢、A3普通碳素结构钢的试验数据作为训练样本,预测了LY12CZ铝合金的疲劳寿命,并与试验数据在疲劳寿命N、子样平均值X、中值疲劳寿命N50方面分别进行分析比较,结果表明模型的误差控制在2%以内,证明了模型预测方法的可行性和有效性,也为预测新材料的疲劳寿命提供了方法和依据。