CN107885930B - 继电器弹性金属材料加速贮存退化失效机理变化判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种继电器弹性金属材料加速贮存退化失效机理变化判别方法，包括如下步骤：对触簧系统弹性金属材料进行贮存退化试验并加测应力松弛数据；建立继电器动态特性仿真模型；通过修改模型的方式将弹性金属材料的贮存退化注入到仿真模型中，实现继电器的贮存退化仿真；基于所获取的仿真贮存退化数据及贮存失效阈值，估计不同应力等级下的继电器贮存伪寿命；根据失效机理一致判别准则及继电器贮存伪寿命，判断不同加速应力等级下继电器的贮存退化失效机理是否发生改变。本发明所提方法能够准确找出导致继电器贮存失效机理改变的加速应力等级，可为确定继电器产品加速贮存试验中所能够加载的最大加速应力等级提供依据。

Description

继电器弹性金属材料加速贮存退化失效机理变化判别方法

技术领域

本发明涉及继电器弹性金属材料加速贮存退化失效机理判别方法，属于继电器产品性能分析与加速贮存试验设计技术领域。

背景技术

产品在不同加速应力等级下的失效机理不发生改变，是开展加速试验并外推正常应力水平下产品相关性能指标的前提条件。在继电器的贮存过程中，温度、湿度、振动等环境应力对其产生的影响是导致其性能发生退化的主要因素。对于电磁继电器来说，触簧系统是其中的主要组成部分，是决定电磁继电器是否能够正常工作的关键所在。在电磁继电器的贮存过程中，触簧系统中的弹性金属材料是其中发生退化的主要部分，随着弹性金属材料性能的退化，电磁继电器的吸反力配合将逐渐受到影响，直至因配合失当而导致电磁继电器贮存失效。因此，在制定针对继电器的加速贮存退化试验方案时，应确保所选择的应力等级未使得继电器弹性金属材料的贮存退化失效机理发生改变。

目前，为了确定合适的加速应力等级，通常需要在正式试验开始之前进行大量的摸底试验，从而依据摸底试验数据对不同应力等级下的失效机理是否一致进行判别。此类试验不仅需要消耗不少的试验样本，更需要占用本就有限的试验时间。尤其对于加速贮存试验来说，由于继电器等产品在贮存条件下的退化过程通常较为缓慢，试验时间一般需要以年为单位。如果针对每一型号的继电器产品均进行摸底试验，将不可避免的要消耗大量的人力、物力以及时间。

随着虚拟样机技术的发展，使得基于继电器的设计参数进行动态特性分析成为可能。同时，通过单独对继电器弹性金属材料进行贮存试验又可以较为简单的获取其形状、材料属性等的退化数据。因而，基于虚拟样机技术将此类退化数据进行注入，实现对继电器贮存退化过程的仿真，则可以通过对继电器的仿真贮存退化数据进行分析的方式进行失效机理是否一致的检验。在此过程中，一方面由于试验仅针对弹性金属材料展开，可以在实现对不同应力等级下失效机理是否发生变化进行判别的同时，有效降低试验所需的成本。另一方面，针对弹性金属材料的贮存试验数据还可以在其它采用同种材料的继电器产品加速贮存试验设计中进行推广应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决在制定针对继电器的加速贮存退化试验方案时，如何确定最恰当的试验应力等级的问题，即确保所采用的试验应力等级能够使得继电器在试验条件下的失效机理与实际贮存条件一致，且具有足够的加速性。触簧系统中的弹性金属零件贮存退化作为导致继电器贮存失效的关键因素，是继电器加速贮存退化试验中所要关注的重点问题。因而，本发明提出了一种继电器弹性金属材料加速贮存退化失效机理变化判别方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本发明的继电器弹性金属材料加速贮存退化失效机理变化判别方法，它包括以下步骤：

步骤一：在m个加速应力等级S_i,(i＝1,2,…,m)下，对组成继电器触簧系统的弹性金属材料进行贮存退化试验，从t＝0时刻起，以Δt为时间间隔，在贮存试验中的t＝kΔt,(k＝1,2,…,n)时刻监测弹性金属材料的应力松弛程度；

步骤二：通过有限元仿真软件构建包含继电器电磁系统和触簧系统的电磁继电器动态特性仿真模型；

步骤三：通过修改继电器电磁系统和触簧系统的电磁继电器动态特性仿真模型的方式，将步骤一中试验获取的t时刻的弹性金属材料应力松弛程度注入到所述的电磁继电器动态特性仿真模型中，进行动态特性仿真，获取对应于不同加速应力等级及不同贮存时刻的继电器输出特性仿真贮存退化数据；

步骤四：根据继电器输出特性的贮存失效阈值，基于步骤三所获取的继电器输出特性仿真贮存退化数据，计算所对应的贮存伪寿命ξ_i,(i＝1,2,…,m)；

步骤五：根据加速应力下的失效机理一致判别准则，通过步骤四所得到的继电器贮存伪寿命数据，判断不同加速应力等级下继电器的贮存退化失效机理是否发生改变。

本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明提出一种继电器弹性金属材料加速贮存退化失效机理变化判别方法，首先，通过对不同加速应力等级下的继电器弹性金属材料进行加速贮存试验获取其贮存退化数据；之后，采用有限元方法实现继电器的动态特性仿真，并以此为基础将弹性金属材料的贮存退化数据注入到继电器动态特性仿真模型中，仿真得到继电器输出特性的贮存退化数据；然后，基于仿真得到的继电器输出特性贮存退化数据以及对应的失效阈值计算继电器的贮存寿命；最后，应用失效机理一致判别准则对不同加速应力等级下的继电器贮存退化失效机理变化情况进行判别，从而找出失效机理发生改变的加速应力等级。本发明以继电器动态特性仿真以及弹性金属材料贮存退化试验为基础，能够准确找出导致继电器贮存失效机理发生改变的加速应力等级，解决了以往制定继电器加速贮存试验时需要开展大量摸底试验才能确定合适加速应力等级的问题，可大大降低试验成本。此外，本发明通过开展弹性金属材料贮存退化试验所获取的数据，也同样适用于对其它采用相同材料的继电器进行失效机理变化分析，为广泛开展针对继电器产品的贮存退化试验、贮存可靠性评价及剩余贮存寿命预测等相关研究奠定了基础。

附图说明

图1是本发明的一种继电器弹性金属材料加速贮存退化失效机理变化判别方法的流程图。

图2是试验过程中监测得到的材料应力松弛数据曲线图。

图3是某型号电磁继电器的仿真模型图片。

图4是某型号电磁继电器的贮存伪寿命及其拟合结果表达图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式披露了一种继电器弹性金属材料加速贮存退化失效机理变化判别方法，它包括以下步骤：

步骤一：在m个加速应力等级S_i,(i＝1,2,…,m)下，对组成继电器触簧系统的弹性金属材料进行贮存退化试验，从t＝0时刻起，以Δt为时间间隔，在贮存试验中的t＝kΔt,(k＝1,2,…,n)时刻监测弹性金属材料的应力松弛程度；所述的m的值最小应为4，所述的加速应力一般为温度应力；

步骤二：通过有限元仿真软件构建包含继电器电磁系统和触簧系统的电磁继电器动态特性仿真模型；

步骤三：通过修改继电器电磁系统和触簧系统的电磁继电器动态特性仿真模型的方式，将步骤一中试验获取的t时刻的弹性金属材料应力松弛程度注入到所述的电磁继电器动态特性仿真模型中，进行动态特性仿真，获取对应于不同加速应力等级及不同贮存时刻的继电器输出特性仿真贮存退化数据；

步骤四：根据继电器输出特性的贮存失效阈值，基于步骤三所获取的继电器输出特性仿真贮存退化数据，计算所对应的贮存伪寿命ξ_i,(i＝1,2,…,m)；

其中，a,b表示未知系数；S_i表示第i个加速应力等级的应力值，通过不同应力等级与其对应的寿命数据拟合得出。

步骤五：根据加速应力下的失效机理一致判别准则，通过步骤四所得到的继电器贮存伪寿命数据，判断不同加速应力等级下继电器的贮存退化失效机理是否发生改变；所述的失效机理一致判别准则指失效激活能不变。

具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，

在步骤一中，所述的m个加速应力等级中的最低应力等级应高于实际贮存环境中的应力等级，所述的m个加速应力等级中的最高应力等级应根据试验条件限制或后续开展继电器贮存退化试验预计采用的最高应力等级确定；

在步骤二中，所述的继电器电磁系统的仿真模型通过Flux软件构建，所述的触簧系统的仿真模型通过Adams软件建立，所述电磁继电器的动态特性仿真通过Matlab软件实时调用所述的电磁系统仿真模型与所述的触簧系统仿真模型完成；

在步骤三中，所述的修改模型是指按照弹性金属材料的应力松弛程度修改所述的触簧系统仿真模型中对应部件的形状、尺寸及属性；

在步骤四中，所述的贮存失效阈值应根据继电器的实际使用要求或相关标准确定，所述的贮存伪寿命指输出特性首次达到失效阈值时所对应的贮存时间；

在步骤五中，所述的基于失效激活能不变的失效机理一致判别准则为各应力等级与其对应贮存伪寿命的对数呈线性关系，表达式如下：

其中，ξ_i,(i＝1,2,…,m)为第i个加速应力等级下的继电器贮存伪寿命；a,b表示未知系数；S_i表示第i个加速应力等级的应力值，通过不同应力等级与其对应的寿命数据拟合得出，

具体实施方式三：结合图1说明，本实施方式是对具体实施方式一和具体实施方式二作出的进一步说明，本实施方式的应用对象为某型号电磁继电器。

在步骤一中，采用5个温度等级作为加速应力，所述的5个温度等级分别为60℃、90℃、120℃、150℃、180℃，所述的Δt为70小时；

图2为试验过程中监测得到的材料应力松弛数据，说明在试验过程中，弹性金属材料在不同的温度应力等级下的应力松弛速率是不同的。

在步骤二中，通过Flux软件构建所述的某型号电磁继电器电磁系统的仿真模型，通过Adams软件建立所述的某型号电磁继电器触簧系统的仿真模型，如图3所示；

在步骤三中，通过修改模型的方式，将5个温度等级下的弹性金属材料应力松弛试验数据注入到继电器动态特性仿真模型中，进行动态特性仿真，获取对应于不同温度等级及不同贮存时刻的继电器释放时间仿真贮存退化数据；

在步骤四中，根据继电器释放时间的贮存失效阈值，基于步骤三所获取的继电器释放时间仿真贮存退化数据，计算得到5个应力等级下的贮存伪寿命如表1所示；

表1

温度等级	60℃	90℃	120℃	150℃	180℃
						贮存伪寿命(小时)	203000	157780	109760	74550	30310

在步骤五中，对表1中所述的贮存伪寿命取对数，并与其对应的温度等级进行线性拟合；所述的拟合过程中所使用的温度等级为开氏温度。

图4为所述的贮存伪寿命及其拟合结果，可见，60℃、90℃、120℃、150℃条件下的贮存伪寿命与温度等级之间呈线性关系，而180℃所对应的贮存伪寿命与前4个温度等级不成线性关系，即判定180℃时继电器弹性金属材料的贮存失效机理发生了变化。

Claims (4)

1.一种继电器弹性金属材料加速贮存退化失效机理变化判别方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一：在m个加速应力等级S_i,(i＝1,2,…,m)下，对组成继电器触簧系统的弹性金属材料进行贮存退化试验，从t＝0时刻起，以Δt为时间间隔，在贮存试验中的t＝kΔt,(k＝1,2,…,n)时刻监测弹性金属材料的应力松弛程度；

步骤二：通过有限元仿真软件构建包含继电器电磁系统和触簧系统的电磁继电器动态特性仿真模型；

步骤三：通过修改继电器电磁系统和触簧系统的电磁继电器动态特性仿真模型的方式，将步骤一中试验获取的t时刻的弹性金属材料应力松弛程度注入到所述的电磁继电器动态特性仿真模型中，进行动态特性仿真，获取对应于不同加速应力等级及不同贮存时刻的继电器输出特性仿真贮存退化数据；本步骤中，按照弹性金属材料的应力松弛程度修改所述的触簧系统仿真模型中对应部件的形状、尺寸及属性；

步骤四：根据继电器输出特性的贮存失效阈值，基于步骤三所获取的继电器输出特性仿真贮存退化数据，计算所对应的贮存伪寿命ξ_i,(i＝1,2,…,m)；

步骤五：根据加速应力下的失效机理一致判别准则，通过步骤四所得到的继电器贮存伪寿命数据，判断不同加速应力等级下继电器的贮存退化失效机理是否发生改变。

2.根据权利要求1所述的继电器弹性金属材料加速贮存退化失效机理变化判别方法，其特征在于：步骤一中，所述的m的值最小应为4；所述的加速应力为温度应力。

3.根据权利要求1所述的继电器弹性金属材料加速贮存退化失效机理变化判别方法，其特征在于：步骤五中，所述的失效机理一致判别准则指失效激活能一致。

4.根据权利要求1所述的继电器弹性金属材料加速贮存退化失效机理变化判别方法，其特征在于：步骤四中，计算所对应的贮存伪寿命ξ_i,(i＝1,2,…,m)的计算公式是：

其中，a,b表示未知系数；S_i表示第i个加速应力等级的应力值，通过不同应力等级与其对应的寿命数据拟合得出。