基于步降加速退化试验的压力继电器贮存寿命预测方法

基于步降加速退化试验的压力继电器贮存寿命预测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于步降加速退化试验的压力继电器贮存寿命预测方法，包括以下步骤：1、设计压力继电器步降加速退化试验方案；2、将所有压力继电器样品放入温度试验箱内进行试验；3、按照试验方案，在每个加速应力水平下进行试验，并逐一对样品进行性能测试；4、利用试验中获得的性能数据对压力继电器性能退化过程进行建模，从而预测压力继电器在库房常规贮存下的贮存寿命。该方法能够反映压力继电器库房常规贮存的性能退化进程，以较大的加速系数进行加速试验，缩短了试验时间，为压力继电器库房贮存寿命研究提供了一种可行的技术方法。
【专利说明】基于步降加速退化试验的压力继电器贮存寿命预测方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于机电产品加速试验【技术领域】，具体地说，涉及一种通过测试并分析压 力继电器在步降加速退化试验下的性能退化数据，评价其在库房常规贮存条件下贮存寿命 的加速试验方法。

【背景技术】
[0002] 压力继电器是一种利用油液或气体的压力来启闭电气触点的机电产品，广泛应用 于航空航天、机械工程、武器装备等领域。压力继电器的主要作用是当液压/气压系统中流 体压力达到预定值时，启动电信号使电气元件（如电磁继电器、电机、电磁离合器等）动作 实现电路通断，从而实现卸压、换向、顺序作动等功能。在压力继电器的库房贮存过程中，其 贮存失效主要是由于弹簧、波纹膜片等弹性元件随时间推移发生劣化，导致电信号启动对 应的流体压力超出容许范围，从而使得继电器性能无法满足控制精度要求。对于包含压力 继电器且长期处于库房贮存状态的装备而言，由于压力继电器的性能发生退化，将影响装 备性能，严重时甚至造成装备失效。因此对压力继电器的库房贮存可靠性进行评价，合理评 估和预测其贮存寿命，对保障相关装备的可靠性和完好率具有重要意义。
[0003] 压力继电器贮存寿命预测目前主要有基于现场贮存和基于加速试验的方法。基于 现场贮存的方法对产品在库房常规贮存下的性能参数进行测试，通过对测试数据进行建模 分析实现产品贮存寿命预测。这种方法存在耗时长、费用大、预测提前量有限的突出问题。 而基于加速试验的方法通过适当提高试验应力水平，获取加速应力水平下的性能退化或 失效数据，对试验数据进行建模分析，外推预测出库房常规贮存条件下的贮存寿命。与前者 相比，基于加速试验的方法耗时短、费用少、预测提前量大，可以实现对产品贮存寿命的快 速评估和预测。
[0004] 目前已有研究通过引入加速退化试验进行产品贮存寿命预测，并在推进剂、橡胶 件等产品的寿命预测中进行了成功应用。与常用的恒定、步进加载方式相比，步降加载方式 效率更高、耗时更短，但目前还未见到利用步降加速退化试验开展压力继电器贮存寿命预 测的研究报道。


【发明内容】

[0005] 本发明的目的是提供一种效率高、耗时短、费用少、可以快速预测的基于步降加速 退化试验的压力继电器贮存寿命预测方法。
[0006] 本发明提供的基于步降加速退化试验的压力继电器贮存寿命预测方法，包括以下 步骤：
[0007] 步骤1、设计压力继电器步降加速退化试验方案：
[0008] 1-1以温度作为试验的加速应力；
[0009] 1-2以不同的温度作为试验的加速应力水平，由高温到低温分别为S1,S2，…，S1，其 中I为加速应力水平数，I应等于或大于3 ;将第i个加速应力水平记为Si,i表示加速应力 水平的编号，i= 1，...，I;最低加速应力水平应高于库房常规贮存温度，最高加速应力水 平的设置必须保证压力继电器的退化机理与库房常规贮存时保持一致；
[0010] 1-3压力继电器样品数J等于或大于3 ;
[0011] 1-4试验的加速应力水平按照从高温到低温的顺序S1 -S2 ―…一S1进行施加；从 试验开始至第i个加速应力水平Si下的试验完成，当已施加加速应力水平下的累计试验 时间到达预设的试验停止时间τi时，完成当前加速应力水平试验，并对样品施加下一个加 速应力水平Si+1继续试验，直至完成所有加速应力水平试验；
[0012] 1-5在第i个加速应力水平Si下对每个样品的性能进行性能测试，测试次数K至 少为5次，测试项目为压力继电器电信号启动对应的流体压力P;设tiik表示在第i个加 速应力水平Si下进行第k次性能测试所对应的累计试验时间，按以下方法设定tiik，k= 1，. ..，K:当累计试验时间ti，k达到τH(当i= 1时，τH=τ。= 〇)、τi时，分别进行第 1次和第K次性能测试，即ti;1 =τ=τi;在此基础上设定进行第2次、第3次、…、 第K-I次性能测试所对应的累计试验时间ti;k，k= 2, 3, . . .，K-1，使得在第i个加速应力水 平Si下的所有K次性能测试中，相邻两次性能测试之间的时间间隔满足由小到大的要求；
[0013] 步骤2、将所有压力继电器样品放入温度试验箱内进行试验；
[0014] 步骤3、在每个加速应力水平下，到达步骤1中所设定的进行性能测试所对应的累 计试验时间时暂停试验，并从试验箱中取出所有样品，待样品在常温下充分冷却1小时后 逐一进行性能测试；性能测试完毕后将所有样品放入温度试验箱继续试验，直至步骤1中 所设计的试验方案全部执打完毕后结束试验；
[0015] 步骤4、将步骤3中测试得到的所有样品的流体压力P的测试值记为y，y= {yij(ti，k)，i= 1，· · ·，1 ;j= 1，· ··，J;k= 1，· · ·，κ}，其中i表示I个加速应力水平的编 号，j表不J个样品的编号，k表不每个加速应力水平下K次测试的编号，ti;k表不在第i个 加速应力水平Si下进行第k次性能测试所对应的累计试验时间，表示在ti;k时刻 对第j个样品进行性能测试获得的P的测试值；
[0016] 将y作为测试数据进行处理，得出压力继电器在库房常规贮存下的贮存可靠度 良⑴，步骤如下：
[0017]4-1采用下述式（1)描述P的理论值随时间的变化关系（即退化模型）：
[0018] Dy (Iitpjj) = ay + In i C I )
[0019] 其中，Bipbij分别为待估计的参数，记为t为时间，Dii(Uipy)为第j个 样品在第i个加速应力水平Si下t时刻P的理论值；
[0020] 4-2令％=(ay^}取不同的尝试值，并代入由下述式⑵表示的误差平方和 SSEij(CPy)，使SSEj^tpy)取得最小值时所对应的尝试值即为(J)ii的估计值，记为_，
[0021] SSEy(tpy)=工Dlj(IlCj)]Ii=1,,,,,1;j= 1}",,J (2) k，l
[0022] 其中yij (ti,k)、Dy(IiiJfij)分别是第j个样品在第i个加速应力水平Si下tiik时刻 流体压力P的测试值和理论值；
[0023] 4-3将辛_代入式⑴中的Φ,,得出Dij(Uly)，结合厂家给出的压力继电器性能退化 失效阈值化，通过下述式（3)求取Dij(Ifpy)的反函数获得第j个样品在第i个加速应力水 平Si下的伪失效寿命时间^ :
[0024] C11 (3)
[0025] 将样品在所有加速应力水平下的全部伪失效寿命时间记为t， t=AIi=I,二 1，·..，·!};
[0026] 4-4第i个加速应力水平Si下压力继电器贮存可靠度R(t)采用下述式（4)所示 的Weibull分布进行描述：
[0027] R(t) =expIXQ+t-τh/r^)111]，τH〈t彡τi (4)
[0028] 其中，m为压力继电器的形状参数，Jli为压力继电器在第i个加速应力水平SiT 的特征参数；τi为第i个加速应力水平Si下预设的试验停止时间A为等效参数，C1 = 0， 当i彡2时，Ci由下述式（5)求出：
[0029] Ci =(Uτη-τ卜2) ·ηyηη (5)
[0030] 其中，τ〇 = 〇;
[0031] 加速模型采用下述式（6)所示的Arrhenius模型进行描述：
[0032] InIli =γ〇+γ^^+273) (6)
[0033]其中Y。和Yi是模型参数，Si为第i个加速应力水平；
[0034]将式（6)中的Jli代入式（5)，得到下述式（7):
[0035] Ci = (Ch+τη-τ卜2) · exp[Y / 以+273)-Y^(Sh+273) ] (7)
[0036] 即Ci可由已知参数τpSi和未知参数YI进行迭代表示；
[0037] 将式（6)中的Jli代入式（4)，得到下述式⑶：
[0038] R (t)=exp [_ ((Q+t-τη)/exp (Y?+Y/ ^+273)) Γ]，τH〈t彡τi(8)
[0039] 其中，Ci由式（7)表示；将式⑶中的未知参数γ。、h、m记为Ψ，即Ψ= (Y〇,Y!，m)；
[0040] 4-5通过下述式（9)计算t的似然函数L(Ψ11):

【权利要求】
1. 一种基于步降加速退化试验的压力继电器贮存寿命预测方法，其特征是包括以下步 骤： 步骤1、设计压力继电器步降加速退化试验方案： 1-1以温度作为试验的加速应力； 1-2以不同的温度作为试验的加速应力水平，由高温到低温分别为S1,S2，…，S1，其中I为加速应力水平数，I应等于或大于3 ;将第i个加速应力水平记为Si,i表示加速应力水平 的编号，i= 1，...，I;最低加速应力水平应高于库房常规贮存温度，最高加速应力水平的 设置必须保证压力继电器的退化机理与库房常规贮存时保持一致； 1-3压力继电器样品数J等于或大于3 ; 1-4试验的加速应力水平按照从高温到低温的顺序S1 -S2 -…一S1进行施加；从试验 开始至第i个加速应力水平Si下的试验完成，当已施加加速应力水平下的累计试验时间到 达预设的试验停止时间τi时，完成当前加速应力水平试验，并对样品施加下一个加速应力 水平Si+1继续试验，直至完成所有加速应力水平试验； 1-5在第i个加速应力水平Si下对每个样品的性能进行性能测试，测试次数K至少为 5次，测试项目为压力继电器电信号启动对应的流体压力P;设ti,k表示在第i个加速应力 水平Si下进行第k次性能测试所对应的累计试验时间，按以下方法设定tiik，k= 1，. ..，K: 当累计试验时间达到Τη、^时，分别进行第1次和第K次性能测试，即tM=Τη、 \K =Ti ;在此基础上设定进行第2次、第3次、…、第K-I次性能测试所对应的累计试验 时间ti;k，k= 2, 3,. . .，K-1，使得在第i个加速应力水平Si下的所有K次性能测试中，相邻 两次性能测试之间的时间间隔满足由小到大的要求； 步骤2、将所有压力继电器样品放入温度试验箱内进行试验； 步骤3、在每个加速应力水平下，到达步骤1中所设定的进行性能测试所对应的累计试 验时间时暂停试验，并从试验箱中取出所有样品，待样品在常温下充分冷却1小时后逐一 进行性能测试；性能测试完毕后将所有样品放入温度试验箱继续试验，直至步骤1中所设 计的试验方案全部执行完毕后结束试验； 步骤4、将步骤3中测试得到的所有样品的流体压力P的测试值记为y，y= {yytiik)，i=1，. ..，I;j= 1，. ..，J;k= 1，. . .，K}，其中i表示I个加速应力水平的编号，j表示J 个样品的编号，k表示每个加速应力水平下K次测试的编号，表示在第i个加速应力水 平Si下进行第k次性能测试所对应的累计试验时间，表示在ti;k时刻对第j个样 品进行性能测试获得的P的测试值； 将y作为测试数据进行处理，得出压力继电器在库房常规贮存下的贮存可靠度七⑴， 步骤如下： 4-1采用下述式（1)描述P的理论值随时间的变化关系（即退化模型）： Dy(Iitpij)^aij +?, Int ( I ) 其中，au、IDij分别为待估计的参数,记为fij=^為），t为时间，Dy(Ufii)为第j个样 品在第i个加速应力水平Si下t时刻P的理论值； 4-2令A=(^by)取不同的尝试值，并代入由下述式⑵表示的误差平方和 SS?(φ?i：h使SSEi?(φii：?取得最小值时所对应的尝试值即为φy的估计值，记为φij， ?
其中yu(ti;k)、Ds(^fij)分别是第j个样品在第i个加速应力水平Si下tik时刻流体 压力P的测试值和理论值； 4-3将Φ,代入式（1)中的fij得出结合厂家给出的压力继电器性能退化失效 阈值Df，通过下述式（3)求取1--?)的反函数获得第j个样品在第i个加速应力水平Si 下的伪失效寿命时间匕：
将样品在所有加速应力水平下的全部伪失效寿命时间记为t，t= !?"丨i= 1,…,1;j= 1"..，J}; 4-4第i个加速应力水平Si下压力继电器贮存可靠度R(t)采用下述式（4)所示的Weibull分布进行描述： R(t) =exp[-(Ci+t-τ^1/Hi)"1],τ^<?^Ti (4) 其中，m为压力继电器的形状参数，Jli为压力继电器在第i个加速应力水平Si下的特 征参数；τi为第i个加速应力水平Si下预设的试验停止时间A为等效参数，C1 = 0,当 i彡2时，Ci由下述式（5)求出： Ci = (Ci^1+τJ_rτJ_2) ·ni/n(5) 其中，τQ=ο; 加速模型采用下述式（6)所示的Arrhenius模型进行描述： Inni =y〇+y1/(Si+273) (6) 其中YC1和Yi是模型参数，Si为第i个加速应力水平； 将式（6)中的Jii代入式（5)，得到下述式（7): Ci = (Ch+τη-τ卜2) · exp[Y 夕以+273)-Y^(Sh+273) ] (7) 即Ci可由已知参数τpSi和未知参数Yi进行迭代表示； 将式（6)中的Jli代入式（4)，得到下述式（8): R(t) =exp[-((Ci+t-τi_1)/exp(y〇+y!/(8^273)))°1],τ^Ti (8) 其中，Ci由式（7)表示；将式（8)中的未知参数γ。、Ypm记为Ψ，即Ψ= (γ。，Y1,m); 4-5通过下述式（9)计算t的似然函数L(Ψ11):
其中埒以为将ξ,代入式（8)所取得的值，h(l；)为将fy代入下述式（1〇)所取得的值：h(t) =m/exp(y〇+yy(Si+273)) · [ (Ci+t-τ^1)/exp(y〇+y^ (Si+273)) ]m_1,τ Ti (10) 4-6对L(Wt)求对数得到对数似然函数lnUu/|t)，令Ψ= (Y(l，Y1,m)取不同的尝 试值并代入InL(Ψ 11)，使InL(Ψ 11)取得最大值时所对应的尝试值即为Ψ的估计值，记为 #，希=(^_，其中&、六、01分别为未知参数^(1、^1、111的估计值，
4-7将Φ=(Α4，Α)代入下述式Q2)得到压力继电器在库房常规贮存下（库房常规贮 存温度为Stl)的贮存可靠度&(t):
4-8结合厂家给出的贮存可靠度额定值RT，通过下述式（13)求取或,(1)的反函数得到 压力继电器在库房常规贮存下的贮存寿命tr，从而对其贮存寿命进行预测：
【文档编号】G01R31/327GK104316872SQ201410631076
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】谭源源, 张春华, 汪亚顺, 陈循, 罗巍, 申晔, 鲁相, 万伏彬, 方鑫 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学