CN114943120A - 疲劳曲线标定方法及可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种疲劳曲线标定方法及可读存储介质。其中，所述疲劳曲线标定方法包括如下步骤：获取预设测试条件下的测试数据，所述测试数据包括具有对应关系的电压等级和寿命时长；线性化预设寿命函数表达式；基于所述测试数据拟合线性化后的所述预设寿命函数表达式，得到第一待定系数；以及，所述第一待定系数代入所述预设寿命函数表达式得到期望寿命曲线。基于所述期望寿命曲线，设计人员可以估计特定元件在实际工况中的失效概率和预期使用寿命，解决了现有技术中存在的特定元件的失效概率和/或预期使用寿命不清楚的问题。

Description

疲劳曲线标定方法及可读存储介质
技术领域
本发明涉及数据分析技术领域，特别涉及一种疲劳曲线标定方法及可读存储介质。
背景技术
在机械设计过程中，需要了解各元件在预设工况下失效的概率或者预期的使用寿命。
例如，随着汽车市场的电气化转型，电驱系统有了越来越多的应用。根据市场对电动汽车快速充电，更高持续性能及轻量化、小型化的要求，700V及以上的高压电机技术受到关注。相比常用的400V电机，更高的电压等级对电机材料的绝缘性能提出了更高、更细化的要求。
在电机工作时，定子中的通电绕组跨相交叠区域施载了电势差，电压等级升高会增加局部放电起晕的风险，在持续应用下会导致绕组线圈之间的绝缘层被击穿，从而形成短路，导致绝缘失效，危害整车安全。因此，对其绝缘材料及绝缘系统的寿命测试是必要的。
对于其他应用领域的电机、其他形式的电机结构、其他种类的绝缘材料、以及其他的元件也存在着类似的问题。
总之，现有技术中存在特定元件的失效概率和/或预期使用寿命不清楚的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种疲劳曲线标定方法及可读存储介质，以解决现有技术中存在的特定元件的失效概率和/或预期使用寿命不清楚的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种疲劳曲线标定方法，所述疲劳曲线标定方法包括如下步骤：获取预设测试条件下的测试数据，所述测试数据包括具有对应关系的电压等级和寿命时长；线性化预设寿命函数表达式；基于所述测试数据拟合线性化后的所述预设寿命函数表达式，得到第一待定系数；以及，所述第一待定系数代入所述预设寿命函数表达式得到期望寿命曲线。
可选的，所述预设寿命函数表达式为：L＝k×U-n；线性化后的所述预设寿命函数表达式为lnU＝-(lnL-lnk)/n，其中，U表示所述电压等级，L表示所述寿命时长，n表示老化系数，k表示截距系数，所述第一待定系数为所述老化系数和所述截距系数。
可选的，所述基于所述测试数据拟合线性化后的所述预设寿命函数表达式，得到第一待定系数的步骤包括：基于所述测试数据得到电压等级-寿命时长数据对，其中，所述电压等级-寿命时长数据对包括所述电压等级和基于同一电压等级的所述测试数据计算得到的对应于中位失效率的寿命时长。以及，基于所述电压等级-寿命时长数据对进行拟合。
可选的，所述疲劳曲线标定方法应用于电机定子中绕组跨相交叠区域的绝缘材料，所述预设测试条件为：施加频率为20kHz的双极性脉冲方波，上升沿在100～500ns之间，温度在155～180℃之间。
可选的，所述疲劳曲线标定方法还包括如下步骤：获取预设电压等级；基于所述测试数据得到运行时长-失效率数据对，其中，所述运行时长-失效率数据对包括运行时长，以及对应于[0,所述运行时长]的时间段中预期的失效产品比例。线性化预设概率分布函数表达式。基于所述运行时长-失效率数据对拟合线性化后的所述预设概率分布函数表达式，得到第二待定系数。以及，所述第二待定系数代入所述预设概率分布函数表达式得到所述预设电压等级下的失效概率分布曲线。
可选的，所述预设概率分布函数表达式为：
Figure BDA0003546312810000021
线性化后的所述预设概率分布函数表达式为ln{-ln[1-F(t)]}＝blnt-blnT，其中，F(t)表示对应于[0,L]的时间段中预期的失效产品比例，t表示所述运行时长，T表示特征寿命时长，b表示形状参数，所述第二待定系数为所述特征寿命时长和所述形状参数。
可选的，所述基于所述测试数据得到运行时长-失效率数据对的步骤包括：所述电压等级等于所述预设电压等级的所述测试数据加入失效数据集。所述电压等级不等于所述预设电压等级的所述测试数据基于等效斜率转换后加入所述失效数据集，其中，所述等效斜率为拟合后的线性化后的所述预设寿命函数表达式的斜率。以及，基于所述失效数据集得到所述运行时长-失效率数据对。
可选的，所述失效产品比例的计算步骤包括：所述失效数据集中的元素中的所述寿命时长被设置为所述运行时长。所述失效数据集中的元素按照所述运行时长升序排序。以及，获取(a-d)/(N+c)的结果；其中，a表示所述测试数据集中的元素的序号，N表示所述测试数据集中元素的总数，d和c均为0～1之间的预设参数。
可选的，d＝0.3，c＝0.4。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序，所述程序运行时，执行上述的疲劳曲线标定方法。
与现有技术相比，本发明提供的一种疲劳曲线标定方法及可读存储介质中，所述疲劳曲线标定方法包括如下步骤：获取预设测试条件下的测试数据，所述测试数据包括具有对应关系的电压等级和寿命时长；线性化预设寿命函数表达式；基于所述测试数据拟合线性化后的所述预设寿命函数表达式，得到第一待定系数；以及，所述第一待定系数代入所述预设寿命函数表达式得到期望寿命曲线。基于所述期望寿命曲线，设计人员可以估计特定元件在实际工况中的失效概率和预期使用寿命，解决了现有技术中存在的特定元件的失效概率和/或预期使用寿命不清楚的问题。
附图说明
本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
图1是本发明一实施例的疲劳曲线标定方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例的一散点示意图；
图3是本发明一实施例的又一散点示意图；
图4是本发明一实施例的再一散点示意散点图。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，“一端”与“另一端”以及“近端”与“远端”通常是指相对应的两部分，其不仅包括端点，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。此外，如在本发明中所使用的，一元件设置于另一元件，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位，除非内容另外明确指出外。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的核心思想在于提供一种疲劳曲线标定方法及可读存储介质，以解决现有技术中存在的特定元件的失效概率和/或预期使用寿命不清楚的问题。
以下参考附图进行描述。
请参考图1至图4，其中，图1是本发明一实施例的疲劳曲线标定方法的流程示意图；图2是本发明一实施例的一散点示意图；图3是本发明一实施例的又一散点示意图；图4是本发明一实施例的再一散点示意散点图。
如图1所示，本实施例提供了一种疲劳曲线标定方法，所述疲劳曲线标定方法包括如下步骤：
S10获取预设测试条件下的测试数据，所述测试数据包括具有对应关系的电压等级和寿命时长。
S20线性化预设寿命函数表达式。
S30基于所述测试数据拟合线性化后的所述预设寿命函数表达式，得到第一待定系数。
S40所述第一待定系数代入所述预设寿命函数表达式得到期望寿命曲线。
S50获取预设电压等级。
S60基于所述测试数据得到运行时长-失效率数据对，其中，所述运行时长-失效率数据对包括运行时长，以及对应于[0,所述运行时长]的时间段中预期的失效产品比例(即失效率)。
S70线性化预设概率分布函数表达式。
S80基于所述运行时长-失效率数据对拟合线性化后的所述预设概率分布函数表达式，得到第二待定系数。
S90所述第二待定系数代入所述预设概率分布函数表达式得到所述预设电压等级下的失效概率分布曲线。
基于上述步骤，可获得期望寿命曲线和失效概率分布曲线，从而为机械设计提供相应的信息。可以理解的，在其他的实施例中，可以仅包括步骤S10～S50，这样的实施例也可以解决所提出的技术问题。
以下举例说明所述疲劳曲线标定方法的执行过程。在本说明书中提供的数据以及数据的数量仅用来说明所述疲劳曲线标定方法的执行过程，并不代表所述疲劳曲线标定方法在实际执行过程中采集的数据为如此，也不代表所述疲劳曲线标定方法采集的数据的数量为如此。
在一实施例中，所述预设寿命函数表达式为：L＝k×U-n；线性化后的所述预设寿命函数表达式为lnU＝-(lnL-lnk)/n，其中，U表示所述电压等级，L表示所述寿命时长，n表示老化系数，k表示截距系数，所述第一待定系数为所述老化系数和所述截距系数。
例如，测试数据为a1(3800V，300小时)、a2(4000V，200小时)，a3(4200V，100小时)，在图2所示的坐标系中描出点a1、a2和a3，其中，横坐标为lnL，纵坐标为lnU。由图2中三个点的位置可以拟合出第一趋势线L1，所述第一趋势线L1对应于lnU＝-(lnL-lnk)/n。可根据所述第一趋势线L1求得所述第一待定系数n和k的具体值，在此不进行展开描述。得到所述第一趋势线L1的拟合方法可以根据实际需要选取，例如最小二乘法等。
在一些实施例中，同一电压等级下，例如3800V，具有多个测试数据，例如：为(3800V，300小时)、(3800V，290小时)、(3800V，310小时)、(3800V，330小时)、(3800V，380小时)。在一实施例中，可以选择采用平均数的方式将多个测试数据合并为一个数据，结果为(3800V，322小时)；然后用(3800V，322小时)作为构建如图2所示的散点图的数据。
更优的做法是，步骤S30所述基于所述测试数据拟合线性化后的所述预设寿命函数表达式，得到第一待定系数的步骤包括：基于所述测试数据得到电压等级-寿命时长数据对，其中，所述电压等级-寿命时长数据对包括所述电压等级和基于同一电压等级的所述测试数据计算得到的对应于中位失效率的寿命时长。以及，基于所述电压等级-寿命时长数据对进行拟合。
例如，上述数据中，可选择(3800V，310小时)作为替换数据。需理解，中位失效率的计算方法可以根据实际需要选择不同的方式，例如以50％作为中位失效率，或者选择最接近50％的失效率作为中位失效率。失效率的计算方法也可以根据实际需要选择不同的方式，在后文中将介绍一种计算失效率的方法，在其他实施例中也可以采取其他的方式计算失效率。上述的(3800V，310小时)即所述电压等级-寿命时长数据对。
当所述疲劳曲线标定方法应用于电机定子中绕组跨相交叠区域的绝缘材料时，所述预设测试条件为：施加频率为20kHz的双极性脉冲方波，上升沿在100～500ns之间，温度在155～180℃之间。上述参数的设置考虑了电机工作的极限工况，有助于提高后续的曲线拟合结果的精确程度。当所述疲劳曲线标定方法应用于其他场景时，根据实际需要设置其他的参数。
在一实施例中，所述预设概率分布函数表达式为：
Figure BDA0003546312810000061
线性化后的所述预设概率分布函数表达式为ln{-ln[1-F(t)]}＝blnt-blnT，其中，F(t)表示对应于[0,L]的时间段中预期的失效产品比例，t表示所述运行时长，T表示特征寿命时长，b表示形状参数，所述第二待定系数为所述特征寿命时长和所述形状参数。
在步骤S50中，所述预设电压等级可以通过外部输入，例如人工输入等。所述预设电压等级在不同的实施例中不是固定的，例如可以选择3800V，或者选择4000V等。当所述预设电压等级为4000V时，有一种处理方法是仅使用所述电压等级为4000V的测试数据进行后续计算。
更优的做法是，步骤S60所述基于所述测试数据得到运行时长-失效率数据对的步骤包括：所述电压等级等于所述预设电压等级的所述测试数据加入失效数据集。所述电压等级不等于所述预设电压等级的所述测试数据基于等效斜率转换后加入所述失效数据集，其中，所述等效斜率为拟合后的线性化后的所述预设寿命函数表达式的斜率。以及，基于所述失效数据集得到所述运行时长-失效率数据对。
在一实施例中，所述预设电压等级为4000V，请参考表1，表1中列举了一次测试得到的所有测试数据。
表1测试数据转换表
Figure BDA0003546312810000071
通过等效斜率，可将表1中的b1、b2、b3、b7、b8和b9这6组数据转化为b10、b11、b12、b13、b14和b15这6组数据。请参考图3，图3示出了上述的数据在坐标中的位置，图3的坐标设置与图2相同。请参考图3中的虚线L2，L2示意了数据b8转化为数据b14的方式，是通过一条虚线L2进行平移，虚线L2的斜率与拟合后的线性化后的所述预设寿命函数表达式的斜率相等。为了使得图表简洁，其他数据点的转化过程未在图3中示出，但是可以根据同样的思路进行理解。通过上述转换，所述失效数据集为{b4，b5，b6，b10，b11，b12，b13，b14，b15}。
进一步地，所述失效产品比例的计算步骤包括：所述失效数据集中的元素中的所述寿命时长被设置为所述运行时长。所述失效数据集中的元素按照所述运行时长升序排序。以及，获取(a-d)/(N+c)的结果；其中，a表示所述测试数据集中的元素的序号，N表示所述测试数据集中元素的总数，d和c均为0～1之间的预设参数。为了理解(a-d)/(N+c)，可以先假设d＝0，c＝0，此时，失效率＝a/N，也就是说，假设实验不存在任何的随机性，则第a个产品失效时对应的时间恰好为t，t对应的失效率恰好为a/N。但是事实上任何一次实验都存在随机因素，并且实验数据不能完全预测将来发生的时间，因此需要对上述的估计值a/N进行修正，使得其更符合实际情况，利用(a-d)/(N+c)修正a/N是一种较好的修正方式，更优地，d＝0.3，c＝0.4时，预测的效果较佳。
请参考表2，上述的计算过程如表2所示。
表2失效率计算表
Figure BDA0003546312810000081
例如，编号为b14的数据位于第2个，其对应的失效产品比例＝(2-0.3)/(9+0.4)＝18％。也即，F(161)＝18％。同时(161小时，18％)即所述运行时长-失效率数据对。
在图4所示的坐标系中描出上述9个所述运行时长-失效率数据对。其中，横坐标为lnt，纵坐标为ln{-ln[1-F(t)]}。由图4中九个点的位置可以拟合出第二趋势线L3，所述第二趋势线L3对应于ln{-ln[1-F(t)]}＝blnt-blnT。可根据所述第二趋势线L3求得所述第二待定系数T和b的具体值，在此不进行展开描述。得到所述第二趋势线L3的拟合方法可以根据实际需要选取，例如最小二乘法等。
基于上述方法得到的所述预设电压等级下的失效概率分布曲线也可以通过数学方法转换为其他电压等级下的失效概率分布曲线，具体转化方式在此不进行展开描述。
本实施例具有以下的有益效果：
1.线性化的方法能精准拟合，提高了实验数据的处理效率。
2.增加了拟合失效率的数据量，大幅度提高了失效分布模型的准确度，更加精准地衡量了材料的绝缘性能表现，同时也缩短了工期，降低了实验成本。
3.通过对绝缘材料基础寿命的摸索，得以实现针对客户端需求的定向材料选型及正向开发。
本实施例的方法也能拓展至其他产品的疲劳曲线的标定。在不同的实施例中，所述预设寿命函数表达式、预设概率分布函数表达式以及失效率的计算方法也可以选择其他的形式，因此具有一定的通用性。
本实施例还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序，所述程序运行时，执行上述的疲劳曲线标定方法。
综上所述，本实施例提供的一种疲劳曲线标定方法及可读存储介质中，所述疲劳曲线标定方法包括如下步骤：获取预设测试条件下的测试数据，所述测试数据包括具有对应关系的电压等级和寿命时长；线性化预设寿命函数表达式；基于所述测试数据拟合线性化后的所述预设寿命函数表达式，得到第一待定系数；以及，所述第一待定系数代入所述预设寿命函数表达式得到期望寿命曲线。基于所述期望寿命曲线，设计人员可以估计特定元件在实际工况中的失效概率和预期使用寿命，解决了现有技术中存在的特定元件的失效概率和/或预期使用寿命不清楚的问题。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种疲劳曲线标定方法，其特征在于，所述疲劳曲线标定方法包括如下步骤：
获取预设测试条件下的测试数据，所述测试数据包括具有对应关系的电压等级和寿命时长；
线性化预设寿命函数表达式；
基于所述测试数据拟合线性化后的所述预设寿命函数表达式，得到第一待定系数；以及，
所述第一待定系数代入所述预设寿命函数表达式得到期望寿命曲线。
2.根据权利要求1所述的疲劳曲线标定方法，其特征在于，所述预设寿命函数表达式为：L＝k×U-n；线性化后的所述预设寿命函数表达式为lnU＝-(lnL-lnk)/n，其中，U表示所述电压等级，L表示所述寿命时长，n表示老化系数，k表示截距系数，所述第一待定系数为所述老化系数和所述截距系数。
3.根据权利要求1所述的疲劳曲线标定方法，其特征在于，所述基于所述测试数据拟合线性化后的所述预设寿命函数表达式，得到第一待定系数的步骤包括：
基于所述测试数据得到电压等级-寿命时长数据对，其中，所述电压等级-寿命时长数据对包括所述电压等级和基于同一电压等级的所述测试数据计算得到的对应于中位失效率的寿命时长；以及，
基于所述电压等级-寿命时长数据对进行拟合。
4.根据权利要求1所述的疲劳曲线标定方法，其特征在于，所述疲劳曲线标定方法应用于电机定子中绕组跨相交叠区域的绝缘材料，所述预设测试条件为：施加频率为20kHz的双极性脉冲方波，上升沿在100～500ns之间，温度在155～180℃之间。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的疲劳曲线标定方法，其特征在于，所述疲劳曲线标定方法还包括如下步骤：
获取预设电压等级；
基于所述测试数据得到运行时长-失效率数据对，其中，所述运行时长-失效率数据对包括运行时长，以及对应于[0,所述运行时长]的时间段中预期的失效产品比例；
线性化预设概率分布函数表达式；
基于所述运行时长-失效率数据对拟合线性化后的所述预设概率分布函数表达式，得到第二待定系数；以及，
所述第二待定系数代入所述预设概率分布函数表达式得到所述预设电压等级下的失效概率分布曲线。
6.根据权利要求5所述的疲劳曲线标定方法，其特征在于，所述预设概率分布函数表达式为：
Figure FDA0003546312800000021
线性化后的所述预设概率分布函数表达式为ln{-ln[1-F(t)]}＝blnt-blnT，其中，F(t)表示对应于[0,L]的时间段中预期的失效产品比例，t表示所述运行时长，T表示特征寿命时长，b表示形状参数，所述第二待定系数为所述特征寿命时长和所述形状参数。
7.根据权利要求5所述的疲劳曲线标定方法，其特征在于，所述基于所述测试数据得到运行时长-失效率数据对的步骤包括：
所述电压等级等于所述预设电压等级的所述测试数据加入失效数据集；
所述电压等级不等于所述预设电压等级的所述测试数据基于等效斜率转换后加入所述失效数据集，其中，所述等效斜率为拟合后的线性化后的所述预设寿命函数表达式的斜率；以及，
基于所述失效数据集得到所述运行时长-失效率数据对。
8.根据权利要求7所述的疲劳曲线标定方法，其特征在于，所述失效产品比例的计算步骤包括：
所述失效数据集中的元素中的所述寿命时长被设置为所述运行时长；
所述失效数据集中的元素按照所述运行时长升序排序；以及，
获取(a-d)/(N+c)的结果；其中，a表示所述测试数据集中的元素的序号，N表示所述测试数据集中元素的总数，d和c均为0～1之间的预设参数。
9.根据权利要求8所述的疲劳曲线标定方法，其特征在于，d＝0.3，c＝0.4。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有程序，所述程序运行时，执行如权利要求1～9中任一项所述的疲劳曲线标定方法。
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