多机理下的卫星寿命预测方法与应用

针对卫星寿命预测的需求和以往方法未考虑突发故障及退化失效的不足,提出了综合多种机理进行寿命预测的方法。归纳了星上产品的寿命特征和卫星到寿原因,指出了卫星随机失效的分布特征;针对随机失效,建立随单星工作时间和系统结构变化的剩余寿命预测模型,给出了利用动态的在轨工作状态数据求解多阶段分布参数的算法,从而实现剩余寿命的动态分析;综合随机失效、退化、消耗及其在轨变化规律,提出了适用于多机理的、竞争性的寿命预测方法。案例分析表明,综合考虑突发故障、退化失效和消耗,可以得到更合理的寿命预测结果,在星座维持策略中提高备份星计划的可信性。     

面向装备RUL预测的平行仿真技术

装备平行仿真是系统建模与仿真领域的新兴仿真技术,已经成为研究热点。在装备维修保障领域中,分析了装备剩余寿命（RUL）预测存在的突出问题,即模型参数固定、不具备自适应演化能力,成为阻碍实现装备剩余寿命自适应预测的首要因素。结合装备平行仿真理论,在建模分析的基础上提出了面向装备剩余寿命预测的平行仿真框架,该框架以Wiener状态空间模型为基础仿真模型,在动态注入的装备退化观测数据驱动下,利用期望最大化（EM）算法在线更新模型参数,并利用卡尔曼滤波（KF）算法实现仿真输出数据与观测数据的同化（DA）,从而实现仿真模型动态演化,使得仿真输出不断逼近装备真实退化状态,为准确预测剩余寿命提供高逼真度仿真模型和数据输出。以某轴承性能退化数据为数据驱动源,对该框架进行了验证,仿真结果表明平行仿真方法能准确仿真装备性能退化过程,在提高预测精度的基础上实现了装备剩余寿命的自适应预测,有力证明了平行仿真方法的可行性和有效性。      

考虑材料性能分散性的航空发动机结构安全系数确定方法

针对材料性能分散性与航空发动机关重件可靠性之间关系的定量表征问题,结合正态分布和威布尔分布参数特点,研究了不同变异系数和形状参数条件下累积失效概率与安全系数确定方法,获取了材料性能分散性对结构可靠性的影响,给出了不同分散性条件下的安全系数。数值计算结果表明:结构设计选材应充分考虑材料性能分散性的影响;对于分散性较大的材料,单纯增大安全系数并不能保证结构具有足够的可靠性裕度,应采取措施有效降低材料性能分散性,才能从根本上控制结构失效概率水平。     

测试有效性对软件可靠性验证测试量的影响

针对传统软件可靠性验证测试方法均不考虑软件测试性可能会对验证测试用例数量产生影响的现状,提出一种引入测试有效性对软件可靠性验证测试最小量进行改进的方法.分析了软件测试性的定义及其对软件可靠性测试集合的影响,提出软件测试有效性的概念.比较了考虑测试有效性前后软件可靠性验证测试集合在数量上的差异,证明经典统计方法和无先验知识的Bayesian统计推断方法确定的均为假定测试有效性为零情况下的保守估计.提出结合测试有效性的验证测试量的量化表示模型和验证测试方案的改进方法,基于统计故障注入的原理,提出测试有效性的定量评估方法,最后通过示例给出定量评估过程和方法.      

正态分布定时无失效寿命分散系数

针对现有分散系数计算公式只适用于完全数据,以及近年来在寿命试验中大量出现的无失效数据并不适用的情况,将完全数据的寿命分散系数的概念推广到定时无失效寿命数据,提出定时无失效数据寿命分散系数方法,给出了相应的寿命分散系数计算公式.理论分析和结算结果表明,定时无失效数据寿命分散系数L_f*明显小于完全数据寿命分散系数L_f,从而能有效提高被完全数据寿命分散系数过分压低的安全使用寿命.      

涡轮冷却叶片寿命可靠性分析参数化仿真平台

目前,涡轮冷却叶片等复杂结构的多模式寿命可靠性分析中存在各功能模块的集成与管理不成体系、参数化联合调用技术不完善的工程应用问题。针对这些问题,完善了随机不确定性下涡轮冷却叶片多模式寿命可靠性分析的工程化方法,搭建了多模式寿命可靠性分析的参数化、多软件联合仿真平台,为某型号叶片寿命可靠性分析提供合理的工程化方法及高效便捷的自动化实现工具。主要工作包括：一建立了不确定性环境下含孔、肋及空腔复杂结构网格划分和结构有限元仿真的参数化方法,实现了随机变量不同取值下仿真的自动执行,解决了可靠性理论方法应用至复杂工程结构的瓶颈问题;二在经回归处理的概率寿命曲线中考虑温度插值及多失效模式串联系统,拓展了概率寿命曲线的应用范围,使得所建涡轮叶片寿命可靠性模型更符合实际;三提出了可靠性分析数字模拟过程中嵌入包括有限元结构分析和疲劳寿命极限状态面两方面的双层自适应代理模型方法,该自适应策略可在保证寿命可靠性分析精度的基础上提高效率。通过所建平台在某型号叶片上的算例分析及与蒙特卡洛法参考解的对比,验证了所提多模式系统寿命可靠性分析工程化方法的高效和准确性及仿真平台的实用性。     

机载武器作战使用可靠性综合验证

为减少机载武器可靠性验证试验样本量和降低验证试验风险,通过对机载武器作战使用可靠性验证的工程需求、试验方案、统计模型、验证方法等进行研究,提出了一种利用研制试验数据和定型飞行试验数据的作战使用可靠性综合验证方法。针对机载武器的特点,根据变动统计理论,考虑性能验证与可靠性验证的要求,综合利用研制试验数据和定型飞行试验数据,给出作战使用可靠性综合验证方案,进而制定设计定型飞行试验方案。实例表明,在不改变生产方风险和使用方风险的情况下,该方法可有效地验证机载武器挂飞可靠性和自主飞行可靠性指标,显著地减少定型飞行试验样本量,大幅节约研制成本,并缩短研制周期。     

混合不确定信息航天机构可靠性综合分析方法

为更加准确全面描述和分析航天机构的概率、非概率和模糊信息混杂模型的可靠性,提出非概率-模糊-概率信息统一的可靠性模型。在凸集非概率的基础上,结合模糊随机类信息,同时考虑机构系统的响应域落在失效域和不落在失效域两种情况下的可靠性度量。统一的可靠性模型运用基于凸集非概率模型、模糊割集方法和概率可靠度方法对非概率和模糊概率信息相容处理,然后对这两种情况分别进行可靠性分析。当系统的响应域落在失效域时,将统一模型中的区间信息用基于区间均匀分布的二阶拟合可靠性分析方法(SORM)进行分析,用蒙特卡罗仿真抽样方法计算统一模型的可靠度量化值。当系统的响应域不落在失效域时,将统一模型归一到凸集模型中,用凸集模型融合模糊和概率信息,并用HL-RF求解非概率可靠性指标。最后文章通过数值案例和某卫星天线双轴驱动机构的工程案例对提出的方法进行验证。     

Simplification approaches for multi-level load spectra by using equivalent damage rule

Reasonable and effective fatigue load spectrum is key of aircraft structural fatigue test. Two kinds of load spectra simplification approaches based on statistical consistent fatigue damage model are proposed in the paper. One method is to simplify the original multi-level load spectra to spectral load with fewer level and was verified by the experimental data of five levels and seven levels load spectra. The equivalent damage here is not equivalent fatigue life, but equivalent number of spectral blocks. Moreover, it was proved that a section of low stress load cannot be converted into the highest stress load considering equivalent damage. The other is to convert the life distribution under multi-level load spectra into that of constant amplitude spectrum according to a certain principle, that is, equivalent damage is achieved through equivalent fatigue life, and two groups of three levels spectral data were used for experimental verification. The results show that equivalent damage simplification approach of multi-level load spectra is feasible, and it achieve that the damage of one loading block before and after the simplification is equal in probability statistics. The life distribution of load simplified as constant amplitude spectrum is consistent with test data. The simplification method presented in this paper can be generalized and is a predictive engineering method which does not depend on experimental data.     

基于比例危险-比例优势模型的加速寿命试验设计

将基于信息的优化方法引入基于非参数模型的加速寿命试验优化设计中,针对恒定应力和步进应力两种应力加载方式,分别给出了基于比例危险-比例优势模型的试验优化设计方法.通过对数似然函数建立Fisher信息矩阵和方差-协方差矩阵,并采用基于信息的优化方法建立最优化问题.这种试验优化设计方法可以有效地提高模型参数评估精度,并且避免了传统的优化方法(即将一个与可靠性相关的函数的渐进方差在一个给定区间内的积分值作为优化目标)当目标函数中给定的积分区间变化时将得到不同优化结果的局限.最后给出了应用该方法进行加速寿命试验优化设计的仿真实例.