Remaining useful life estimation for deteriorating systems with time-varying operational conditions and condition-specific failure zones

Dynamic time-varying operational conditions pose great challenge to the estimation of system remaining useful life (RUL) for the deteriorating systems. This paper presents a method based on probabilistic and stochastic approaches to estimate system RUL for periodically moni-tored degradation processes with dynamic time-varying operational conditions and condition-specific failure zones. The method assumes that the degradation rate is influenced by specific oper-ational condition and moreover, the transition between different operational conditions plays the most important role in affecting the degradation process. These operational conditions are assumed to evolve as a discrete-time Markov chain (DTMC). The failure thresholds are also determined by specific operational conditions and described as different failure zones. The 2008 PHM Conference Challenge Data is utilized to illustrate our method, which contains mass sensory signals related to the degradation process of a commercial turbofan engine. The RUL estimation method using the sensor measurements of a single sensor was first developed, and then multiple vital sensors were selected through a particular optimization procedure in order to increase the prediction accuracy. The effectiveness and advantages of the proposed method are presented in a comparison with exist-ing methods for the same dataset.     

基于相关分析和组合神经网络的退化预测

产品剩余寿命预测是加速退化试验和故障预测与健康管理两大热点领域中的关键技术之一.为了解决复杂退化的预测问题,提出了一种新型预测方法,对退化轨迹能够实现较长距离的预测.此方法首先对复杂退化数据进行小波变换,通过Durbin-Watson方法和偏相关图分析各级分解序列的自相关性,最后根据序列的特点,组合BP(Back Propagation)和小波神经网络对退化轨迹进行预测.为了验证所提组合神经网络方法的有效性,采用小波神经网络的预测结果进行对比分析.实际退化数据的预测结果表明,所提方法比单独采用小波神经网络,具有更小的均方差(MSE,Mean Square Error),对剩余寿命(RUL,Remaining Useful Life)也具有更高的预测精度.     

基于伪寿命的加速退化机理一致性边界检验

根据寿命型随机变量的加速机理一致性条件,提出一种基于伪寿命的加速退化机理一致性边界检验方法,通过由低到高逐一对各个加速应力水平下的退化机理一致性进行检验,来确定加速退化机理一致性的边界应力水平.针对工程常用的两类寿命型分布——对数正态分布和Weibull分布,分别以对数标准差和形状参数为退化机理表征量,在产品伪寿命估计的基础上建立了退化机理表征量齐性检验的F统计量,导出了退化机理一致性检验拒绝域的解析式,给出了退化机理一致性边界检验的具体步骤.该方法能够充分利用多个应力水平下表征产品退化机理一致的横向信息,有效提高了检验的精度.以某镀膜平板玻璃热退化机理一致性边界温度的确定为例,分析说明了该方法的合理性与有效性.     

200N·m·s控制力矩陀螺用圆柱型导电环寿命试验

导电环用于200N·m·s控制力矩陀螺高速转子电信号的传输,其使用寿命直接决定了200N·m·s控制力矩陀螺整机寿命,因此需要对200N·m·s控制力矩陀螺用导电环进行加速寿命试验.对试验目的、试验对象、加速因子、试验环境、试验系统组成、失效判据进行了详细描述,对导电环寿命试验期间的电噪声、摩擦力矩、绝缘性能等测试结果进行的分析表明,在进行了4×106转的寿命试验后,导电环的各项性能指标仍能够满足200N·m·s控制力矩陀螺的使用需求.     

多轴疲劳寿命分析方法在飞机结构上的应用

针对飞机结构上常见的处于多轴应力应变(比例多轴)状态下的典型结构,采用3种多轴疲劳寿命分析模型,对该结构的疲劳危险部位进行疲劳寿命分析,并与单轴寿命分析方法的分析结果、疲劳试验结果进行了对比分析。首先对该结构进行细节有限元计算,确定结构的应力分布与应力水平,当载荷施加到88%的最大一级的峰值载荷时,疲劳危险部位的孔边即出现显著的塑性应变,因此,选用低周疲劳(LCF)寿命预测模型进行分析。选取的3种分析模型均是基于临界面的分析模型,分别是Wang-Shang模型、Smith-Watson-Topper(SWT)模型以及Morrow-Brown-Miller模型。为验证分析模型工程适用性,开展了该结构的多轴疲劳试验。与试验结果相比,3种分析模型的预测结果均偏大,其中Wang-Shang模型的预测结果最接近试验值,适用于本文这类结构;SWT模型和Morrow-Brown-Miller模型的预测结果误差相对较大。对于处于多轴载荷状态下的结构,应按照多轴疲劳寿命分析方法进行寿命预测,单轴疲劳寿命分析方法将给出过于危险的评定结果。      

基于故障行为模型的产品寿命分析方法

针对传统可靠性工程方法无法满足高可靠长寿命需求产品设计与分析要求的现状。本文充分考虑引起产品寿命分散性的内因和外因的不确定性,在产品功能模型或数字样机模型的基础上,结合产品的故障行为模型,建立了一种基于产品故障行为模型的产品寿命分析方法。在该方法中,内因参数与外因参数的分散性分别可以用相应的概率密度函数来表示,都是通过对实际使用情况和生产条件的估计得到的,因此,按照这种方法评估得到的产品寿命特征,能够弥补基于故障物理的可靠性预计方法无法体现产品正常使用条件的不足。      

深空探测用锂离子蓄电池在轨管理策略研究

高轨卫星、深空探测器在工作周期内地影时间较短,储能电池长期处于搁置状态,而在存储过程中由于界面副反应的存在会导致持续的锂离子电池容量衰降,影响储能电池的使用寿命。通过dV/dQ曲线分析、交流阻抗分析和解剖分析发现在存储过程中活性Li损失是导致锂离子电池容量损失的主要原因,在100%SoC状态时还会导致电解液在负极表面的分解加剧,引起正极的界面膜阻抗R_(SEI)和颗粒间接触阻抗R_(CR)出现明显的增加。研究结果表明:深空探测器电源系统在存储期间为了减少过放电风险,并减少不可逆容量损失,应将蓄电池的荷电状态控制在20%SoC左右,并定期进行充电。     

半球谐振子疲劳寿命分析与仿真

半球谐振子的寿命和损伤是直接影响高精度半球谐振陀螺使用时长和安全性的重要因素。目前国内加工的半球谐振子所用的熔融石英玻璃材料主要依靠进口,采用传统的疲劳寿命实验确定方法成本过于昂贵,因此需要利用疲劳分析软件对半球谐振子的疲劳寿命进行分析。文章通过半球谐振陀螺应力分析,采用ANSYS软件对熔融石英半球谐振子进行应力分析仿真,确定因残余应力所引起的疲劳危险部位,并在疲劳部位进行裂纹扩展分析,得到 、 和 型应力强度因子,以使在半球谐振子结构设计和使用过程中对易疲劳的部位进行有效监控和预防。