一种基于寿命理论计算的柴油机电控喷油器加速因子区间确定方法与流程

本发明属于加速寿命试验设计领域，具体涉及一种基于寿命理论计算的柴油机电控喷油器加速因子区间确定方法。
背景技术：
：柴油机电控喷油器是共轨式燃油系统中最关键和最复杂的部件，它的作用根据ECU发出的控制信号，通过控制电磁阀的开启和关闭，将高压油轨中的燃油以最佳的喷油定时、喷油量和喷油率喷入柴油机的燃烧室。每套柴油机电控喷油器由针阀偶件、控制柱塞组件、球阀组件、衔铁组件、线圈组件、喷油器体组件及进油管接组件等七个分系统组成。柴油机电控喷油器属于长寿命指标的产品，由于其价格高，难以通过增大样本量来减少试验时间，只能通过提高试验应力水平来减少试验时间，从而减少成本；然而，柴油机电控喷油器工作环境比较复杂，其失效是由多个失效机理共同作用的结果，使得加速因子难以确定。目前，多应力加速寿命试验是建立在统计的基础上，利用假设产品寿命分布的方法确定产品加速寿命试验的加速因子，对产品的具体信息需求较少，但需要大量的样本进行试验，对于价格昂贵且数量少的柴油机电控喷油器很难展开。针对基于机理模型确定加速因子的方法，目前只适用于单机理单应力条件，并没有一个完整的考虑多应力多机理条件下基于正向设计的加速因子确定方法。基于该现状，本发明提出一种基于寿命理论计算的柴油机电控喷油器加速因子区间确定方法，考虑了模型参数不确定性影响及多应力多失效机理协同作用，能够验证现有基于经验的加速试验载荷谱的加速性并指导设计人员进行修正，同时给出加速试验载荷谱指导加速寿命试验的实施，最终确定柴油机电控喷油器的综合加速因子区间。技术实现要素：为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于寿命理论计算的柴油机电控喷油器加速因子区间确定方法。具体地，本发明提供一种基于寿命理论计算的柴油机电控喷油器加速因子区间确定方法，其具体步骤如下：步骤一：机理分析：确定柴油机电控喷油器所有最低约定层次单元全寿命周期内潜在的耗损型失效机理及其敏感应力；步骤二：薄弱环节确定：根据步骤一所确定的耗损型失效机理，选取对应的寿命计算模型，计算各个耗损型失效机理在常规试验载荷谱下的损伤及理论寿命，从而确定薄弱环节及主机理；步骤三：失效机理加速性分析：在步骤二所确定的薄弱环节和主机理的基础上，利用寿命计算模型，分析对应主机理的加速性；步骤四：损伤计算：在考虑模型参数分散性的前提下，对现有基于经验的加速试验载荷谱进行损伤计算；步骤五：载荷谱等效分析：在步骤三的基础上，通过对比计算在不同模型参数分散性下，各个主机理在现有加速试验载荷谱下同常规试验载荷谱的损伤比，分析现有基于经验的加速试验载荷谱与常规试验载荷谱的等效性；步骤六：加速试验载荷谱确定：基于常规试验载荷谱和现有基于经验的加速试验剖面，确定加速试验载荷谱；步骤七：单元加速因子区间确定：在考虑寿命计算模型参数分散性的基础上，利用寿命计算模型，计算加速试验载荷谱下各个主机理的加速因子区间，从而确定各个单元的加速因子区间；步骤八：产品综合加速因子确定：根据步骤七确定的单元加速因子区间，确定柴油机电控喷油器的综合加速因子区间。优选地，步骤一所述的机理分析具体包括以下步骤：a.根据给定的载荷谱或任务剖面，结合柴油机电控喷油器的组成、结构、原理，通过开展结构分解，确定产品的最低约定层次单元；b.依据载荷谱确定各个最低约定层次单元所受的局部载荷，从而分析所对应的所有可能的耗损型失效机理；c.确定每个耗损型失效机理的敏感应力。优选地，步骤二所述的薄弱环节为理论计算寿命小于寿命指标的100倍的最低约定层次单元；优选地，步骤二所述的主机理为薄弱环节所对应对产品寿命起关键作用的耗损型失效机理。优选地，所述主机理的确定方法具体包括：针对疲劳机理，重点选择许用疲劳次数小于1010次对应的耗损型失效机理；针对磨损机理，选取磨损量大于0.02mm对应的耗损型失效机理；针对老化机理，选取老化寿命小于10000h对应的耗损型失效机理。优选地，步骤三所述的失效机理加速性分析的具体步骤如下：a.确定该失效机理对应单元所承受的极限许用应力；b.将确定的极限许用应力代入寿命计算模型，获得在该应力水平下的理论寿命；c.计算极限应力水平下的理论寿命与常规试验载荷谱下的理论寿命的比值，判断该失效机理是否具有加速性。如果寿命比值大于2，则认为该机理具备加速性。优选地，步骤四所述的损伤计算的具体步骤如下：a.针对步骤三中确定的具有加速性的主机理，利用对应的寿命计算模型计算在现有加速试验载荷谱下的损伤；b.考虑选取的模型参数存在分散性，设定分散系数为20％，分别计算在不同模型参数分散性下各个主机理所对应的损伤区间。优选地，步骤五中所述的载荷谱等效分析具体方法为：如果主机理损伤比大于1时，则现有的加速试验载荷谱对于该主机理存在加速性；如果主机理损伤比小于1，则现有的加速试验载荷谱对于该主机理不存在加速性。优选地，步骤六中所述的确定加速试验载荷谱具体方法为：在保证加速试验工况不变的情况下，依据常规试验载荷谱同加速试验载荷谱的总试验时间之比，调整现有加速试验载荷谱各个工况下的试验时间，使得调整后的总试验时间与常规试验载荷谱的总试验时间一致。优选地，步骤七中所述的确定单元加速因子区间具体方法为在各个主机理加速因子区间确定的基础上，选取该单元对应的所有主机理加速因子区间中最小的加速因子作为单元的加速因子区间。优选地，步骤八中所述的确定产品综合加速因子区间具体方法为，根据步骤二确定的各个最低约定层次单元的理论寿命排序结果，选取理论寿命最短的最低约定层次单元对应的加速因子区间作为柴油机电控喷油器的综合加速因子区间。本发明是一种基于寿命理论计算的柴油机电控喷油器加速因子区间确定方法，具有以下优点：本发明提供了一种基于寿命理论计算的柴油机电控喷油器加速因子区间确定方法，全面考虑了模型参数不确定性及多应力多失效机理的协同作用，评估结果更加准确可信。本发明提供了一套基于寿命计算模型的从机理-单元-产品自下而上的加速因子区间的确定方法，全面认知产品的故障规律，确定的加速寿命试验方案更加符合产品的实际情况。本发明克服了传统基于统计的加速试验需要依靠大量样本确定加速因子方法的不足，减少了试验样本和试验成本，为具有长寿命指标产品的试验验证提供方法支撑。附图说明图1是本发明确定方法流程图；以及图2是某柴油机电控喷油器结构分解层次图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明：具体地，本发明提供一种基于寿命理论计算的柴油机电控喷油器加速因子区间确定方法，其具体步骤如下：步骤一：机理分析：确定柴油机电控喷油器所有最低约定层次单元全寿命周期内潜在的耗损型失效机理及其敏感应力。所述的“机理分析”包括三个步骤：1)根据给定的载荷谱或任务剖面，结合柴油机电控喷油器的组成、结构、原理，通过开展结构分解，确定产品的最低约定层次单元；2)依据载荷谱确定各个最低约定层次单元所受的局部载荷，从而分析所对应的所有可能的耗损型失效机理。3)确定每个耗损型失效机理的敏感应力。步骤二：薄弱环节确定：根据步骤一所确定的耗损型失效机理，选取对应的寿命指标计算模型，计算各个失效机理在常规试验载荷谱下的损伤及理论寿命，从而确定薄弱环节及主机理。所述的“薄弱环节”是指理论计算寿命小于寿命指标的100倍的最低约定层次单元。所述的“主机理”是指薄弱环节所对应对产品寿命起关键作用的耗损型失效机理。1)针对疲劳机理，重点选择许用疲劳次数小于1010次对应的耗损型失效机理；2)针对磨损机理，选取磨损量大于0.02mm对应的耗损型失效机理；3)针对老化机理，选取老化寿命小于10000h对应的耗损型失效机理。步骤三：失效机理加速性分析：在步骤二所确定的薄弱环节的基础上，利用寿命指标计算模型，分析对应主机理的加速性。所述的失效机理加速性分析的具体步骤如下：a.确定该失效机理对应单元所承受的极限许用应力；b.将确定的极限许用应力代入寿命计算模型，获得在该应力水平下的理论寿命；c.计算极限应力水平下的理论寿命与常规试验载荷谱下的理论寿命的比值，判断该失效机理是否具有加速性。如果寿命比值大于2，则认为该机理具备加速性。步骤四：损伤计算：在考虑模型参数分散性的前提下，对现有基于经验的加速试验载荷谱进行损伤计算。所述的损伤计算的具体步骤为：1)针对步骤三中确定的具有加速性的主机理，利用对应的寿命计算模型计算在现有加速试验载荷谱下的损伤；2)考虑选取的模型参数存在分散性，设定分散系数为20％，分别计算在不同模型参数分散性下各个主机理所对应的损伤区间。步骤五：载荷谱等效分析：在步骤三的基础上，通过对比计算在不同模型参数分散性下，各个主机理在现有加速试验载荷谱下同常规试验载荷谱的损伤比，分析现有基于经验的加速试验载荷谱与常规试验载荷谱的等效性。所述的“载荷谱等效分析”原则为：如果主机理损伤比大于1时，则现有的加速试验载荷谱对于该主机理存在加速性；如果主机理损伤比小于1，则现有的加速试验载荷谱对于该主机理不存在加速性。步骤六：加速试验载荷谱确定：基于常规试验载荷谱和现有基于经验的加速试验剖面，确定加速试验载荷谱。所述的“加速试验载荷谱确定”的准则为：在保证加速试验工况不变的情况下，依据常规试验载荷谱同加速试验载荷谱的总试验时间之比，调整现有加速试验载荷谱各个工况下的试验时间，使得调整后的总试验时间与常规试验载荷谱的总试验时间一致。步骤七：单元加速因子区间确定：在考虑寿命计算模型参数分散性的基础上，利用寿命计算模型，计算加速试验载荷谱下各个主机理的加速因子区间，从而确定各个单元的加速因子区间。所述的“单元加速因子区间确定”是在各个主机理加速因子区间确定的基础上，选取该单元对应的所有主机理加速因子区间中最小的加速因子作为单元的加速因子区间。步骤八：产品综合加速因子区间确定：根据步骤七确定的单元加速因子区间，确定柴油机电控喷油器的综合加速因子区间。所述的“产品综合加速因子区间确定”具体方法为，根据步骤二确定的各个最低约定层次单元的理论寿命排序结果，选取理论寿命最短的最低约定层次单元对应的加速因子区间作为柴油机电控喷油器的综合加速因子区间。实施例下面将结合具体的某柴油机电控喷油器的加速因子区间确定过程对本发明做进一步的详细说明，见图1，本发明是一种基于寿命理论计算的柴油机电控喷油器加速因子区间确定方法，其发明的具体实施步骤如下：步骤一：进行机理分析，确定柴油机电控喷油器所有最低约定层次单元全寿命周期内潜在的耗损型失效机理及其敏感应力。某柴油机电控喷油器结构分解后的层次图，见图2所示。确定最低约定层次单元的工作载荷类型有：行程、燃油压力、负载力、工作介质温度，环境载荷类型有：环境温度、振动载荷。最终确定的耗损型失效机理汇总表如表1所示。表1某柴油机电控喷油器失效机理汇总表步骤二：薄弱环节确定。根据步骤一所确定的耗损型失效机理，选取对应的寿命计算模型，计算各个失效机理在常规试验载荷谱下(见表2所示)的损伤及理论寿命，从而确定薄弱环节及主机理。表2某柴油机电控喷油器常规试验载荷谱开展指标计算所需的常见寿命计算模型包括：a.疲劳类机理：疲劳类失效机理的寿命计算模型如下式所示：其中，σmax,σmin——某最低约定层次单元一个运动周期内的最大应力和最小应力，MPa；σm,σa——某最低约定层次单元一个运动周期内对应的平均应力和应力幅，MPa；σe——等效平均应力，MPa；σb,——材料拉伸强度极限，MPa；σ-1A——许用疲劳极限，MPa；b——材料的疲劳系数；Ni,Di——各级载荷下的疲劳寿命和损伤；N0——最大主应力为疲劳极限时的循环次数；ni,Ni——各级载荷下的实际循环次数和疲劳寿命；L——综合条件下的疲劳寿命；b.磨损类机理：磨损类失效机理的寿命计算模型如下式所示：A＝2πrLj其中：r——摩擦副内径，mm；Lj——摩擦副接触部分长度，mm；A——名义接触面积，mm2；hs——摩擦副最大允许磨损量，mm；H——材料硬度，MPa；K——磨损系数；Lm——摩擦副满行程长度，mm；Wa——微凸体载荷，N；N——磨损寿命；c.老化类机理：老化类失效机理的寿命计算模型如下式所示：其中：E——材料的活化能，J*mol-1；R——气体常数，8314/(J*mol-1)；T——老化反应时间，K；t——老化寿命，h；通过寿命计算模型计算获取的各个最低约定层次单元的理论寿命，如表3所示。表3耗损型失效机理对应的理论寿命汇总表针对疲劳机理，重点选择许用疲劳次数小于1010次的耗损型失效机理；针对磨损机理，选取磨损量大于0.02mm的耗损型失效机理；针对老化机理，选取老化寿命小于10000h的耗损型失效机理。最终选取的薄弱环节及主机理如表4所示。表4柴油机电控喷油器薄弱环节及主机理汇总表步骤三：失效机理加速性分析。在步骤二所确定的薄弱环节的基础上，利用寿命计算模型，分析对应主机理的加速性。最终，所有具有加速性的失效机理见表5所示。表5具有加速性的失效机理汇总表步骤四：损伤计算。在考虑模型参数分散性的前提下，对现有基于经验的加速试验载荷谱(见表6所示)进行损伤计算。表6某柴油机电控喷油器现有加速试验载荷谱设定模型参数的分散性为20％，由此可得各个单元对应的失效机理在不同分散性下的理论寿命及损伤分布情况。以针阀与焊接针阀体的冲击疲劳为例，进行说明方法的具体步骤：a.针阀冲击疲劳针阀的冲击疲劳对应的在不同模型参数分散性下的理论寿命和损伤，见表7、8所示。表7针阀冲击疲劳的理论寿命表8针阀冲击疲劳的损伤散度b常规试验载荷谱现有加速试验载荷谱-20％2.5281.110.65-10％2.8440.790.4803.160.560.3510％3.4760.390.2520％3.7920.280.18b.焊接针阀体冲击疲劳焊接针阀体的冲击疲劳对应的在不同模型参数分散性下的理论寿命和损伤，见表9、10所示。表9焊接针阀体冲击疲劳的理论寿命散度b常规试验载荷谱现有加速试验载荷谱-20％3.914722.06E+061.47E+06-10％4.404061.68E+061.16E+0604.89341.38E+069.08E+0510％5.382741.13E+067.12E+0520％5.872089.21E+055.58E+05表10焊接针阀体冲击疲劳的损伤散度b常规试验载荷谱现有加速试验载荷谱-20％3.9147287.5856.18-10％4.40406106.9571.5604.8934130.6691.2010％5.38274159.71116.2920％5.87208195.34148.34步骤五：载荷谱等效分析。在步骤三的基础上，通过对比计算在不同模型参数分散性下，各个主机理在现有加速试验载荷谱下同常规试验载荷谱的损伤比，分析现有基于经验的加速试验载荷谱与常规试验载荷谱的等效性。对比分析常规寿命载荷谱同现有加速试验载荷谱下各个机理的损伤，获取在不同b的取值下的损伤比，见表11所示。表11各个失效机理在不同模型参数分散性下的损伤比如果主机理损伤比大于1时，则现有的加速试验载荷谱对于该主机理存在加速性；如果主机理损伤比小于1，则现有的加速试验载荷谱对于该主机理不存在加速性。因此，现有加速试验载荷谱只对于控制柱塞、衔铁及导向体存在加速性，对于其他单元无法等效常规试验载荷谱。步骤六：加速试验载荷谱确定。基于常规试验载荷谱和现有基于经验的加速试验剖面，确定加速试验载荷谱，如表12所示。表12调整后的加速试验载荷谱步骤七：单元加速因子区间确定。在考虑寿命计算模型参数分散性的基础上，利用寿命计算模型，计算加速试验载荷谱下各个主机理的加速因子区间，从而确定各个单元的加速因子区间，见表12所示。表12各个失效机理在不同参数分散性下的加速因子比例针阀焊接针阀体控制柱塞量孔板…导向体0.81.40381.58752.37461.5177…2.14880.91.43491.65522.57691.5685…2.324111.46581.72542.78731.6202…2.50861.11.49661.79823.00431.6727…2.70151.21.52731.87353.22641.7261…2.9015步骤八：产品综合加速因子区间确定。根据步骤二确定的各个最低约定层次单元的理论寿命排序结果，确定理论寿命最短的最低约定层次单元为焊接针阀体，对应的加速因子区间为[1.5875,1.8735]，由此作为柴油机电控喷油器的综合加速因子区间。最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。当前第1页1 2 3