工程系统的实时可靠性评估与预测技术

 作为预测维护策略的重要技术基础,寿命预测近年来得到越来越广泛的关注,实时可靠性评估与预测是一种有效的寿命预测技术。综述工程系统的实时可靠性评估与预测方法,调研实时可靠性评估与预测方法的应用实例,并探讨该研究领域中存在的问题及未来的研究方向。     

基于刚度下降的疲劳累积损伤模型的研究

复合材料在静态和动态载荷作用下的损伤是十分复杂的,对损伤的精确建模是关系到复合材料力学行为描述的关键问题.从应变等效性假设出发,通过分析和描述疲劳过程中刚度和应变的演化规律,提出能够描述材料疲劳损伤演化过程的、以应变定义的和在疲劳过程中真实地反映材料动态本构关系的损伤因子,建立考虑残余应变的刚度下降复合材料疲劳损伤模型.T300/KH-304是我国新近研制的高性能航空复合材料,应用此模型开展对其疲劳损伤行为的分析与研究.在岛津液压伺服试验机上,加载频率控制在4.1 Hz,对这种材料的层合板进行4个常幅应力水平的疲劳实验,建立了T300/KH-304复合材料的疲劳模型的数学表达,经验证模型优于经典的疲劳模型的S-N曲线拟合精度,最大的误差仅为2.4％,且能反应疲劳损伤的发展规律.      

Silkworms culture as a source of protein for humans in space

This paper focuses on the problem about a configuration with complete nutrition for humans in a Controlled Ecological Life Support System (CELSS) applied in the spacebases. The possibility of feeding silkworms to provide edible animal protein with high quality for taikonauts during long-term spaceflights and lunar-based missions was investigated from several aspects, including the nutrition structure of silkworms, feeding method, processing methods, feeding equipment, growing conditions and the influences on the space environmental condition changes caused by the silkworms. The originally inedible silk is also regarded as a protein source. A possible process of edible silk protein was brought forward in this paper. After being processed, the silk can be converted to edible protein for humans. The conclusion provides a promising approach to solving the protein supply problem for the taikonauts living in space during an extended exploration period.     

基于等效损伤线实验建立的疲劳寿命分析方法

 通过固定一组循环数进行不同应力水平加载试验,用韧性耗散法测得三种材料等效损伤线族,它显示了损伤场全貌。分析得到的损伤线族方程与实验数据拟合很好,由该损伤线族方程导出了复杂加载下损伤累积模型及疲劳寿命计算方法。用该损伤线模型对 3种材料的二级加载试验进行的寿命预测与实验结果较为一致。在等效损伤假设前提下,本文的等效损伤线模型更为直接可信。     

一种非线性模型下的复合材料螺栓连接失效分析

复合材料螺栓连接结构已广泛应用于飞机结构件,研究其拉伸失效问题具有重要意义。结合Hashin失效准则、能量耗散率方法、Puck失效准则和材料损伤连续退化方法,建立一种包含面内损伤和层间损伤的复合材料三维非线性模型;将含开孔层合板准静态拉伸试验结果与有限元数值模拟结果进行对比,两者之间的应力应变响应及最终断裂失效模式一致,证明该本构模型是有效的;在此基础上,对复合材料单钉双搭接螺栓连接结构进行拉伸失效分析。结果表明:数值模拟所得位移载荷响应与试验结果吻合良好,极限拉伸载荷误差不超过5%,满足工程应用要求;加载过程中的孔边变形和损伤累积使得螺栓连接结构整体刚度下降,其最终破坏模式为中搭接板挤压失效。     

航天器薄膜材料在原子氧环境中退化研究

文章对Kapton材料及镀膜Kapton材料进行了原子氧环境实验研究。通过采用SEM、XPS、光谱计、微量电子天平、高阻计对实验前后的样品进行了表面形貌、表面成分、太阳吸收率、质损、表面电阻率的分析和表征,对于Kapton材料及镀膜Kapton材料在原子氧环境效应下的退化规律有所认识。     

MEO卫星太阳电池在轨衰降特性分析

通过MEO卫星在轨遥测数据的统计,从太阳电池阵输出总功率、输出总电流,太阳电池的短路电流、开路电压等方面,对我国发射入轨的第一颗MEO卫星的硅太阳电池阵在轨衰降特性进行了分析,结果表明:输出总功率、总电流与短路电流在第一个周期衰降率较大,开路电压衰降呈线性趋势。文章的分析结果可为后续MEO卫星太阳电池阵设计提供参考。     

基于Wiener过程的民用航空发动机性能可靠性预测

通过对民用航空发动机性能退化数据的分析,提出了一种有效融合先验退化数据和现场退化数据的性能可靠性评估和剩余寿命预测方法.首先在先验退化数据的基础上确定Wiener过程参数的先验分布,然后利用贝叶斯方法融合新增的现场数据,对Wiener过程参数进行更新,并在此基础上对单台发动机进行性能可靠性评估和剩余寿命预测.该方法能根据现场退化数据不断地对可靠性和剩余寿命进行更新.最后通过某航空公司发动机性能退化数据验证文中提出的方法,结果表明41号发动机在2000循环和3000循环时预测的剩余寿命相对误差分别为0.060和0.018,可以满足航空公司发动机下发计划制定的实际需要.      

考虑依赖性的多部件系统状态维修优化仿真建模

针对多部件系统状态维修决策建模存在的不足以及现有模型难以推广到实际应用的问题,提出考虑经济、结构和随机3种依赖性的多部件系统仿真建模和优化方法.首先,利用Gamma退化过程对部件退化进行描述,并给出模型参数估计方法.然后,结合多部件系统的维修作业流程、组成关系和故障历史等信息,分别提出经济依赖性强度矩阵、结构依赖性可达矩阵和随机依赖性概率矩阵对3种依赖性进行建模.最后,同时考虑部件级和系统级决策,构建多部件系统期望周期费用仿真模型,并针对该仿真模型特点,提出了用单纯形算法(NMA)改进的遗传算法(GA)优化求解的过程.某电传系统实例仿真结果表明:多部件系统的3类依赖关系对维修决策的影响不可忽略,考虑依赖性和成组维修的存在能够节省平均维修费用,且使得维修决策优化更加符合实际,验证了所建模型和优化方法的有效性.     

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.