一种探测器结构高过载加严试验设计与评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种探测器结构高过载加严试验设计与评估方法，它针对探测器类产 品强度特征参数服从正态分布的某型弹用探测器结构，基于"应力一强度"干涉模型，研究 建立了一种高过载加严试验的可靠性统计验证方案。探测器结构的成败型试验是在相对实 际条件更为严酷的环境下进行的，旨在解决小样本情况下无法用一般成败型统计方法评估 其可靠性的问题。属于弹用探测器结构可靠性技术领域。
【背景技术】
[0002] 本发明主要针对于弹用探测器结构，弹用探测器结构对于目标远程打击和准确打 击发挥着不可替代的作用。一旦弹用探测器结构出现故障，非但不能完成相应的军事目标， 而且其制导错误在错误地点引起的爆炸可能会造成意外的伤害，因此其可靠性要求非常 高。弹用探测器结构在实际发射过程中将承受过载作用，很可能导致其壳体破坏并导致其 功能失效，从而在地面进行该过程的模拟试验并对其进行可靠性分析显得极其必要。然而 对于成败型产品若用计数法评估其可靠性，则按GB5080. 5-1985-T《设备可靠性试验成功 率的验证试验方案》，在置信度为0. 9或0. 95,可靠度要求高于0. 999时，要试验2303发或 2996发，这对于研制方、试验方都是无法接受的，因此迫切需要找到一种减少样本的评估方 法。
[0003] 近年来，对于弹用探测器结构的可靠性研究甚少，也没有具体提出一套可以降低 试验样本的可靠性综合验证方案。弹用探测器结构在导弹发射时承受的过载冲击很可能导 致其性能不合格或壳体损坏，另外引线焊点失效，环境温度试验后光电性能不合格也是其 主要失效模式，本发明将主要围绕探测器结构装置在一定过载条件下不发生破坏的概率评 估问题展开，进而基于应力一强度模型提出一套关于弹用探测器结构的能够减少样本量的 可靠性评估方法，并用案例验证方法的可行性。
【发明内容】
[0004] (1)本发明的目的：探测器结构装置在正式应用于型号前必须要完成可靠性的试 验评估工作，耗资和费时但又必须进行的可靠性研究使得探索新方法和新方式成为必要。 本发明基于传统的统计方法，结合相似产品的可靠性统计评估方法，从而提供一种探测器 结构高过载加严试验设计与评估方法，它是一种相对来说试验费用更低同时结果比较准确 的探测器结构可靠性评估方法。
[0005] (2)技术方案：
[0006] 本发明提出的基本假设如下：
[0007] 假设1弹用探测器结构应力S和强度S均服从正态分布，即S~N(ys，〇s2)， 5 ~N(y5，〇 52) 〇
[0010] 其中ys为应力均值，o 应力标准差；y5为强度均值，0 6为强度标准差。
[0011] 假设2弹用探测器结构应力S和强度S之间相互独立，此时应力和强度所表示的 可靠度模型为：
[0012]
[0013] 假设3加严条件下，即加严应力时，强度分布保持不变，若加严应力S~A/〇4.a.f)，则此时的可靠度模型为：
[0014]
[0015] 本发明提出的方法主要包括系数定义、系数确定、建立静态应力一强度干涉模型、 计算恒加严条件下的试验样本量、计算变加严条件下的试验样本量。
[0016] 基于上述假设与思路，本发明一种探测器结构高过载加严试验设计与评估方法， 它通过如下步骤实现：
[0017] 步骤一：系数定义
[0018] a)加严系数
[0019] 加严条件：在不改变弹用探测器结构失效机理的情况下，加大弹用探测器结构受 到的加速冲击力，从而减少试验样本量。
[0020] 加严系数：应力在加严试验条件下的平均值y's与实际环境条件下的平均值ys 的比值，即：
[0022] b)变差系数
[0023] 变差系数：标准差相对于平均值大小的相对量。
[0024] 应力变差系数：应力标准差〇s相对于应力平均值大小ys的相对量。
[0028] C)生存系数
[0029] 生存系数：强度均值y5与应力均值ys的比值，比值越大，产品生存力越强，即：
[0033] 步骤二：系数确定
[0034] 各类系数需要在具体应用过程中予以确定，这里主要针对变差系数、加严系数以 及相关程度参数的确定方法作简单介绍。
[0035] a)变差系数Cs、C5的确定
[0036] 引入变差系数Cs、C5的目的是反映生产的管理和工艺水平，根据探测器结构的失 效模式研究可知其本质是热、力学物理过程的机械构件，因此可用应力一强度模型来描述 过载冲击力、壳体强度与可靠性之间的关系，即当过载冲击力一定时，壳体强度越高，其不 被破坏的概率越大。反之，当结构强度一定时，过载冲击力越大，壳体容易被破坏。由于生 产过程控制能力好坏以及导弹发射时加速度的控制直接影响探测器结构的壳体强度和过 载冲击力，所以可通过分析影响壳体强度和过载冲击力的因素来确定变差系数Cs、C5。
[0037] 1)壳体强度的影响因素
[0038] 壳体强度的大小首先要满足系统的要求，即必须保证探测器结构任务的顺利完 成。其理论值可以计算，但实际存在一定偏差，壳体强度的实际值可由加速度冲击试验得 至IJ，根据试验数据可计算出壳体强度均值和均方差。
[0039] 主要影响因素：材料的抗压极限，所处位置以及其受力分布情况。
[0040] 2)过载冲击力的影响因素
[0041] 过载冲击力主要由导弹发射时的巨大加速度造成，因此影响过载冲击力大小的直 接因素即是加速度大小，而加速度大小是由其推进系统的性能决定的，具体也是可以由弹 载加速度测量仪器测量并传输至计算机的。
[0042] b)变差系数的计算与修正
[0043] 1)壳体强度变差系数的计算
[0044] 可参照加速度冲击试验的要求随机抽取若干探测器结构壳体进行加速度冲击试 验，记多次测量的壳体强度样本值为S1, 8 2，…，8n，则有：
[0045] 强度样本均值
[0047] 强度样本标准差
[0059] c)加严系数的确定
[0060] 本发明中所指的加严指的是在对探测器结构做成败型试验时，施以比实际情况下 更大的过载加速度。试验所施加的过载加速度不能改变壳体破坏的失效机理，其确定方法 要根据试验要求所用样本量以及实际条件综合决定，对于技术成熟度较高，生产工艺状态 稳定，历史数据充足且可靠度较高的探测器结构，加严系数可相对较高，具体值需要工程实 践以及经验得出，本发明所定的加严系数值只是为了验证加严试验能够显著较少试验样本 量。
[0061] 步骤三：建立静态应力一强度干涉模型
[0062] 传统意义上的应力一强度模型均基于应力（S)、强度（S)相互独立的前提下建 立的，假设应力和强度的概率密度函数分别为f(s)和g(S)，其分布函数分别为F(S)和 G(S)，那么其可靠度模型可以表示为：
[0064] 本发明假设应力强度都服从正态分布，S~N(ys，〇s2)，S~N(y5, 〇 52)，那么：
[0065]
[0066] 步骤四：计算恒加严条件下的试验样本量
[0067] 由应力一强度干涉模型，当应力强度都服从正态分布时，S~N(ys，〇s)，S~ N(y5,o5)，那么在加严条件下的可靠度为：
[0075] 由上，又因T>〇,所以R随T值的严格单调递增函数，其生存系数越高，必然可 靠度越高。若在置信水平1-a下，可靠性指标要求达到&，则有：
[0081] 则在置信度为I-a时，加严条件下所需要的探测器结构样本量为：
[0082]
[0083] 步骤五：计算变加严条件下的试验样本量
[0084] 即使探测器结构来自同一个样本，但个体之间还是会存在差异，可以考虑为每个 探测器结构选取合适的应力加严条件，从而提高结果的准确度，加严系数可定义为：
[0091] 用MATLAB循环计算式（13)，当其首次接近且小于等于a时，即得到了当前的试验 样本量n〇
[0092] (3)优点和功效：本发明一种基于应力一强度独立性干涉模型的加严试验方法， 其优点是：
[0093] ①本发明针对成败型产品进行可靠性评估时试验样本量过大的实际情况和缺陷， 提出了一种可以显著减少样本量的方法。方法利用系数带入简化后的应力一强度干涉模型 中可靠度与生存系数成正相关关系的特点，在不加严的情况下由可靠度下限指标值计算得 到生存系数的下限值，再将生存系数下限值带入加严后的应力一强度干涉模型，计算了加 严条件下的可靠度下限指标，从而得出在一定置信度下的试验样本量。
[0094] ②本发明原理和计算过程简单易懂，容易实现工程化应用，在一定场合下具有较 大经济价值。
【附图说明】
[0095] 图1本发明所述方法流程图。
【具体实施方式】
[0096] 下面将结合实施例对本发明做进一步详细说明。
[0097] 见图1，本发明一种探测器结构高过载加严试验设计与评估方法，它通过如下步骤 实现：
[0098] 步骤一：估计变差系数
[0099] 若对20个探测器结构分别测