CN112001061A - 一种弹性非金属材料产品加速寿命预估方法 - Google Patents

一种弹性非金属材料产品加速寿命预估方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112001061A
CN112001061A CN202010671307.XA CN202010671307A CN112001061A CN 112001061 A CN112001061 A CN 112001061A CN 202010671307 A CN202010671307 A CN 202010671307A CN 112001061 A CN112001061 A CN 112001061A
Authority
CN
China
Prior art keywords
product
elastic non
material product
life
metal material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010671307.XA
Other languages
English (en)
Inventor
韩慧超
代永德
栾家辉
石士进
米海波
王诏宣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CHINA AEROSPACE STANDARDIZATION INSTITUTE
Original Assignee
CHINA AEROSPACE STANDARDIZATION INSTITUTE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CHINA AEROSPACE STANDARDIZATION INSTITUTE filed Critical CHINA AEROSPACE STANDARDIZATION INSTITUTE
Priority to CN202010671307.XA priority Critical patent/CN112001061A/zh
Publication of CN112001061A publication Critical patent/CN112001061A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
    • G16C60/00—Computational materials science, i.e. ICT specially adapted for investigating the physical or chemical properties of materials or phenomena associated with their design, synthesis, processing, characterisation or utilisation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
    • G01N2203/0067—Fracture or rupture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
    • G01N2203/0073—Fatigue
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/0202—Control of the test
    • G01N2203/0212—Theories, calculations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/02—Reliability analysis or reliability optimisation; Failure analysis, e.g. worst case scenario performance, failure mode and effects analysis [FMEA]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/04—Ageing analysis or optimisation against ageing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Pathology (AREA)

Abstract

本发明公开了一种弹性非金属材料产品加速寿命预估方法，在综合考虑产品性能和工作状态的基础上，设计了弹性非金属材料产品加速寿命试验，获取了弹性非金属材料产品的应力松弛率的变化，建立弹性非金属材料产品寿命预测模型，可以通过寿命预测方程可求得在实际工况温度下指定载荷贮存时弹性非金属材料产品的寿命，达到缩短试验时间和减少试验费用，提高弹性非金属材料产品寿命预估验证精确性的目的，为武器装备研制单位提供指导。

Description

一种弹性非金属材料产品加速寿命预估方法
技术领域
本发明属于建模与数据分析技术领域，具体涉及一种弹性非金属材料产品加速寿命预估方法。
背景技术
弹性非金属材料产品(如复合纤维线、聚酰亚胺薄膜等)是通用的机械零件，也是武器装备的重要组成部分，对弹性非金属材料产品的寿命进行评估至关重要。疲劳断裂和应力松弛是弹性非金属材料产品失效的主要方式，武器装备长期处于贮存状态，弹性非金属材料产品失效主要表现为应力松弛。因此，研究应力松弛和弹性衰退的规律及其影响因素，对评价弹性非金属材料产品的贮存寿命及可靠性，以及研制新的弹性非金属材料产品寿命预估技术具有重大意义。
对大多数弹性非金属材料产品而言，采用一比一的常规寿命试验验证方法需要大量的试验经费和较长的研制周期，这导致一方面不可能在投入使用前完成寿命验证，只能边进行寿命验证边使用，从而很难在研制周期内获得产品的准确寿命信息；另一方面使得产品试验的充分性、有效性不足，导致武器装备贮存期间发生的未识别故障和问题较多。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种弹性非金属材料产品加速寿命预估方法，能够在综合考虑弹性非金属材料的产品性能和使用情况的基础上，定量预估出弹性非金属材料产品的寿命。
本发明提供了一种弹性非金属材料产品加速寿命预估方法，包括以下步骤：
步骤1、分析弹性非金属材料产品的失效机理与失效模式，获取所述产品的寿命指标、工作环境温度、耐受温度及性能下限指标；
步骤2、根据所述寿命指标、工作环境温度、耐受温度及性能下限指标，确定所述产品的加速寿命试验的温度点及加速模型，采用选定的加速寿命试验方法进行试验，得到不同温度点下的加速寿命试验数据；
步骤3、根据所述加速寿命试验数据，绘制不同温度点下的应力松弛曲线，拟合所述应力松弛曲线得到所述产品的寿命预测方程。
进一步地，所述步骤3中的拟合所述应力松弛曲线得到所述产品的寿命预测方程的方式包括以下步骤：
步骤3.1、拟合所述应力松弛曲线，得到所述产品在不同工作环境温度T下的应力与时间之间的对数函数为：Y＝A ln t+B，其中，Y为应力值，t为时间，A、B为常数；
步骤3.2、将所述产品的性能下限指标代入所述对数函数，得到所述产品在规定失效指标下所对应的失效时间；
步骤3.3、对所述步骤3.2计算得到的失效时间进行数据外推计算，得到ln t与1/T的对应关系，通过对所述对应关系的拟合得到所述产品的寿命预测方程：
ln t＝C/T+D
其中，C、D为常数，t为产品寿命。
进一步地，所述加速模型为阿伦尼斯模型。
进一步地，所述选定的加速寿命试验方法为恒定应力加速寿命试验方法。
有益效果：
本发明在综合考虑产品性能和工作状态的基础上，设计了弹性非金属材料产品加速寿命试验，获取了弹性非金属材料产品的应力松弛率的变化，建立弹性非金属材料产品寿命预测模型，可以通过寿命预测方程可求得在实际工况温度下指定载荷贮存时弹性非金属材料产品的寿命，达到缩短试验时间和减少试验费用，提高弹性非金属材料产品寿命预估验证精确性的目的，为武器装备研制单位提供指导；
本发明给出了弹性非金属材料产品加速寿命试验数据处理方法，能够根据实验数据得到更加精确的非金属材料产品寿命预测模型。
附图说明
图1为本发明提供的一种弹性非金属材料产品加速寿命预估方法的实施流程图。
具体实施方式
下面列举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供的一种弹性非金属材料产品加速寿命预估方法，实施流程如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤1、分析弹性非金属材料产品的失效机理与失效模式，获取产品的寿命指标、工作环境温度、耐受温度及性能下限指标。
弹性非金属材料产品失效主要表现为应力松弛，应力松弛抗力的高低，是衡量弹性非金属材料产品稳定性好坏的标准，也是评估弹性非金属材料产品寿命的重要依据。根据黏弹性力学的时间-温度等效原理，在室温条件下，弹性非金属材料产品的应力松弛率变化较低，因此室温下弹性非金属材料产品的应力松弛试验时间较长，影响其寿命的环境因素较多。通过较高温度下弹性非金属材料产品的应力松弛试验，可以加速弹性非金属材料产品的应力松弛率变化，且不改变失效机理，在短时间内完成应力松弛测量，进而预测常温下弹性非金属材料产品贮存过程中的应力松弛变化规律并评估其寿命。
分析弹性非金属材料产品寿命指标要求及失效机理与失效模式，获取产品寿命指标要求，以及产品工作环境温度T(单位为K)，产品耐受温度T1(单位为K)，产品性能下限指标要求C。
步骤2、根据寿命指标、工作环境温度、耐受温度及性能下限指标，确定产品的加速寿命试验的温度点及加速模型，采用恒定应力加速寿命试验方法进行试验，得到不同温度点下的加速寿命试验数据。
加速模型由选择的加速应力和产品特点决定，一般来说，加速模型的选取应在产品主要故障模式和对应失效机理分析的基础上确定。结合弹性非金属材料的产品特点，弹性非金属材料的产品的主要失效模式为热氧老化，即温度为影响产品贮存寿命的主要环境应力。因此可采用阿伦尼斯模型作为加速寿命试验的加速模型。目前的加速试验，按照应力施加方式主要有三种：恒定应力、步进应力、序进应力。由于步进应力加速试验数据处理复杂，得出的评估结果也不太准确；序进应力加速试验实施困难，数据处理也较为复杂；而恒定应力加速寿命试验具有简便易行，评估精度高等优点。本实施例中试验方案选用恒定应力加速寿命试验方法。
针对弹性非金属材料产品的实际情况给其施加了一定的预紧力，为了比较温度对弹性非金属材料产品应力松弛的影响，设计了4个温度点，对弹性非金属材料产品一般开展4组加速寿命试验，试验温度分别为T1-20，T1-40，T1-55，T1-65。每组加速寿命试验，产品子样数不少于3个。
步骤3、根据加速寿命试验数据，绘制不同温度点下的应力松弛曲线，拟合应力松弛曲线得到产品的寿命预测方程。
根据加速寿命试验的试验数据，绘制出弹性非金属材料产品在T1-20，T1-40，T1-55，T1-65下的四组应力松弛曲线。
步骤3.1、通过拟合应力松弛曲线，得到产品在不同工作环境温度点下的应力与时间之间的对数函数为：Y＝A ln t+B，其中，Y为应力值，t为时间，A、B为常数。
步骤3.2、将产品的性能下限指标代入对数函数，得到产品在规定失效指标下所对应的失效时间。
弹性非金属材料产品的性能下限为C，根据应力与时间函数，计算出弹性非金属材料产品在规定失效指标下所对应的失效时间，如下表所示。
试验温度(K) 失效时间(小时)
T<sub>1</sub>-20 t1
T<sub>1</sub>-40 t2
T<sub>1</sub>-55 t3
T<sub>1</sub>-65 t4
步骤3.3、对步骤3.2计算得到的失效时间进行数据外推计算，得到lnt与1/T的对应关系，T为产品工作环境温度(单位为K)，通过对对应关系的拟合得到产品的寿命预测方程：
ln t＝C/T+D
其中，C、D为常数，t为产品寿命(单位为小时)，试验发现上述对应关系为线性关系。通过上述寿命预测方程可求得在实际工况温度下指定载荷贮存时弹性非金属材料产品的寿命。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.弹性非金属材料产品加速寿命预估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、分析弹性非金属材料产品的失效机理与失效模式，获取所述产品的寿命指标、工作环境温度、耐受温度及性能下限指标；
步骤2、根据所述寿命指标、工作环境温度、耐受温度及性能下限指标，确定所述产品的加速寿命试验的温度点及加速模型，采用选定的加速寿命试验方法进行试验，得到不同温度点下的加速寿命试验数据；
步骤3、根据所述加速寿命试验数据，绘制不同温度点下的应力松弛曲线，拟合所述应力松弛曲线得到所述产品的寿命预测方程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中的拟合所述应力松弛曲线得到所述产品的寿命预测方程的方式包括以下步骤：
步骤3.1、拟合所述应力松弛曲线，得到所述产品在不同工作环境温度T下的应力与时间之间的对数函数为：Y＝A ln t+B，其中，Y为应力值，t为时间，A、B为常数；
步骤3.2、将所述产品的性能下限指标代入所述对数函数，得到所述产品在规定失效指标下所对应的失效时间；
步骤3.3、对所述步骤3.2计算得到的失效时间进行数据外推计算，得到lnt与1/T的对应关系，通过对所述对应关系的拟合得到所述产品的寿命预测方程：
ln t＝C/T+D
其中，C、D为常数，t为产品寿命。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加速模型为阿伦尼斯模型。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选定的加速寿命试验方法为恒定应力加速寿命试验方法。
CN202010671307.XA 2020-07-13 2020-07-13 一种弹性非金属材料产品加速寿命预估方法 Pending CN112001061A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010671307.XA CN112001061A (zh) 2020-07-13 2020-07-13 一种弹性非金属材料产品加速寿命预估方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010671307.XA CN112001061A (zh) 2020-07-13 2020-07-13 一种弹性非金属材料产品加速寿命预估方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112001061A true CN112001061A (zh) 2020-11-27

Family

ID=73467589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010671307.XA Pending CN112001061A (zh) 2020-07-13 2020-07-13 一种弹性非金属材料产品加速寿命预估方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112001061A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117782802A (zh) * 2023-11-27 2024-03-29 中国电器科学研究院股份有限公司 利用应力加载老化试验的碳纤维增强复合材料寿命预测方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090048788A1 (en) * 2007-08-16 2009-02-19 Mehdi Amiri Darehbidi Rapid determination of fatigue failure based on temperature evolution
CN102507114A (zh) * 2011-10-19 2012-06-20 天津大学 基于温度加速材料应力松弛理论预测螺旋弹簧松弛寿命的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090048788A1 (en) * 2007-08-16 2009-02-19 Mehdi Amiri Darehbidi Rapid determination of fatigue failure based on temperature evolution
CN102507114A (zh) * 2011-10-19 2012-06-20 天津大学 基于温度加速材料应力松弛理论预测螺旋弹簧松弛寿命的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李琛等: "基于恒定应力加速寿命试验法评估深弹贮存寿命", 《科技导报》 *
白明远等: "65Mn弹簧的贮存寿命预测", 《失效分析与预防》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117782802A (zh) * 2023-11-27 2024-03-29 中国电器科学研究院股份有限公司 利用应力加载老化试验的碳纤维增强复合材料寿命预测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111859658B (zh) 一种产品贮存寿命与可靠性评估方法
CN102252898A (zh) 基于“寿命－应力”模型的电子产品加速寿命试验方法
US7877229B2 (en) Computational method for load enhancement factors and apparatus for executing same
CN102708306A (zh) 一种智能电表可靠寿命的预测方法
CN111310314B (zh) 一种基于人工智能确定机电装置寿命的方法和系统
CN112784414B (zh) 一种多部件整机贮存寿命置信下限评估方法
Hong et al. A tool for evaluating time-varying-stress accelerated life test plans with log-location-scale distributions
CN112001061A (zh) 一种弹性非金属材料产品加速寿命预估方法
CN113032999B (zh) 医疗设备使用寿命的预测方法及装置
RU2745968C1 (ru) Способ контроля динамики параметрической безотказности технических систем
JP2013036901A (ja) 破壊検査システム、破壊検査方法、データ処理プログラムおよびプログラム記録媒体
JP2012230072A (ja) 破壊検査システム、破壊検査方法、データ処理プログラムおよびプログラム記録媒体
CN116974926A (zh) 测试记录生成方法、系统、终端设备及计算机存储介质
CN108229727B (zh) 医疗器械整机寿命分布预测方法和系统
Pulido Life data analysis using the competing failure modes technique
KR20130010627A (ko) 동적 구성품 안전수명 평가 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록매체
Nelson Residuals and their analyses for accelerated life tests with step and varying stress
CN110826234B (zh) 一种基于仿真的多应力加速寿命试验方案优化方法
CN109492192A (zh) 基于signature向量对Ⅱ型双边删失系统寿命数据的参数估计方法
Wang et al. A novel Wiener process model with measurement errors for degradation analysis
CN111177863A (zh) 一种针对机械磨损过程随机特征的退化寿命预估方法
CN118690573A (zh) 预测vdmos在空间环境下寿命的方法
CN112416774B (zh) 一种添加权重的软件可靠性测试方法
Thiraviam et al. Development of an acceleration model for subsea pressure
CN116698314A (zh) 一种确定弹簧使用寿命的方法和系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20201127

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication