CN116878857A - 一种船用中温橡胶挠性接管的加速寿命试验方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种船用中温橡胶挠性接管的加速寿命试验方法及系统,包括:对中温橡胶挠性接管进行热重分析,以计算加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子;在加速试验温度下对中温橡胶挠性接管进行使用寿命加速试验,并在试验过程中进行老化特征参数检测,获得检测数据;利用检测数据进行线性拟合,以确定老化特征参数的失效阈值对应的时间;将失效阈值对应的时间乘以加速因子,获得正常使用温度下的服役时间;基于预设的服役时间与非服役时间的比例计算正常使用温度下的非服役时间,并将服役时间与非服役时间相加来预计中温橡胶挠性接管的使用寿命。本发明实现准确评估中温橡胶挠性接管的使用寿命,从而有效规范该寿命件的使用与更换决策。
Description
技术领域
本发明属于可靠性工程技术领域,更具体地,涉及一种船用中温橡胶挠性接管的加速寿命试验方法及系统。
背景技术
由于橡胶挠性接管在船上广泛使用,其作为系统管路位移及系统噪声重要的补偿装置,主要起到补偿管路系统中管路位移、弹性支承设备因冲击摇摆产生的位移、隔离设备振动沿管路向船体传递等诸多作用,保证系统及船舶正常稳定运行。当它出现问题的时候,将会对设备、系统及船舶造成严重的影响。
目前,中温橡胶挠性接管超期使用而引起船舶出航故障的问题频发,原因在于无法正确判断中温橡胶挠性接管的剩余有效使用时间,导致寿命件的使用与更换无据可循,因此,如何准确评估中温橡胶挠性接管的使用寿命,从而有效规范中温橡胶挠性接管的使用与更换,成为了橡胶挠性接管寿命预测领域亟待解决的研究课题。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种船用中温橡胶挠性接管的加速寿命试验方法及系统,旨在解决如何准确评估中温橡胶挠性接管的使用寿命,以有效规范中温橡胶挠性接管的使用与更换的问题。
为实现上述目的,第一方面,本发明提供了一种船用中温橡胶挠性接管的加速寿命试验方法,包括以下步骤:
步骤S101,对中温橡胶挠性接管进行热重分析,获得中温橡胶挠性接管的反应活化能,以计算加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子;
步骤S102,在加速试验温度下对中温橡胶挠性接管进行使用寿命加速试验,并在试验过程中进行中温橡胶挠性接管的老化特征参数检测,获得使用寿命加速试验的检测数据;
步骤S103,利用所述使用寿命加速试验的检测数据进行线性拟合,获得使用寿命加速试验下老化特征参数与时间的拟合关系,以确定使用寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间;
步骤S104,将使用寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间,乘以所述加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子,获得正常使用温度下的服役时间;
步骤S105,基于正常使用温度下的服役时间以及预设的服役时间与非服役时间的比例,计算正常使用温度下的非服役时间,并将服役时间与非服役时间相加来预计中温橡胶挠性接管的使用寿命。
在一个可选的示例中,步骤S102之后还包括:
将所述使用寿命加速试验的试验时间,乘以加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子,获得正常使用温度下的等效服役时间;
基于正常使用温度下的等效服役时间以及所述服役时间与非服役时间的比例,计算正常使用温度下的等效非服役时间,并将等效服役时间与等效非服役时间相加来获得等效工作时间;
将等效工作时间乘以使用寿命加速试验的试验样品数量来计算累计工作时间,并将使用寿命加速试验后的失效样品数量除以累计工作时间来计算使用寿命加速试验的失效率;
将使用寿命加速试验的失效率代入指数分布下的可靠度计算公式,以获得中温橡胶挠性接管的可靠度与使用时间的关系。
在一个可选的示例中,老化特征参数包括静刚度和/或平顺性。
第二方面,本发明提供一种船用中温橡胶挠性接管的加速寿命试验方法,包括以下步骤:
步骤S201,对中温橡胶挠性接管进行热重分析,获得中温橡胶挠性接管的反应活化能,以计算加速试验温度相对于正常贮存温度的加速因子;
步骤S202,在加速试验温度下对中温橡胶挠性接管进行贮存寿命加速试验,并在试验过程中进行中温橡胶挠性接管的老化特征参数检测,获得贮存寿命加速试验的检测数据;
步骤S203,利用所述贮存寿命加速试验的检测数据进行线性拟合,获得贮存寿命加速试验下老化特征参数与时间的拟合关系,以确定贮存寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间;
步骤S204,将贮存寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间,乘以所述加速试验温度相对于正常贮存温度的加速因子,获得正常贮存温度下的服役时间;
步骤S205,基于正常贮存温度下的服役时间以及预设的服役时间与非服役时间的比例,计算正常贮存温度下的非服役时间,并将服役时间与非服役时间相加来预计中温橡胶挠性接管的贮存寿命。
在一个可选的示例中,步骤S202之后还包括:
将所述贮存寿命加速试验的试验时间,乘以加速试验温度相对于正常贮存温度的加速因子,获得正常贮存温度下的等效服役时间;
基于正常贮存温度下的等效服役时间以及所述服役时间与非服役时间的比例,计算正常贮存温度下的等效非服役时间,并将等效服役时间与等效非服役时间相加来获得等效工作时间;
将等效工作时间乘以贮存寿命加速试验的试验样品数量来计算累计工作时间,并将贮存寿命加速试验后的失效样品数量除以累计工作时间来计算贮存寿命加速试验的失效率;
将贮存寿命加速试验的失效率代入指数分布下的可靠度计算公式,以获得中温橡胶挠性接管的可靠度与贮存时间的关系。
在一个可选的示例中,老化特征参数包括静刚度和/或平顺性。
第三方面,本发明提供一种船用中温橡胶挠性接管的加速寿命试验系统,包括:
热重分析模块,用于对中温橡胶挠性接管进行热重分析,获得中温橡胶挠性接管的反应活化能,以计算加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子;
使用寿命试验模块,用于在加速试验温度下对中温橡胶挠性接管进行使用寿命加速试验,并在试验过程中进行中温橡胶挠性接管的老化特征参数检测,获得使用寿命加速试验的检测数据;
特征参数拟合模块,用于利用所述使用寿命加速试验的检测数据进行线性拟合,获得使用寿命加速试验下老化特征参数与时间的拟合关系,以确定使用寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间;
服役时间计算模块,用于将使用寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间,乘以所述加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子,获得正常使用温度下的服役时间;
使用寿命评估模块,用于基于预设的服役时间与非服役时间的比例计算正常使用温度下的非服役时间,并将服役时间与非服役时间相加来预计中温橡胶挠性接管的使用寿命。
在一个可选的示例中,系统还包括可靠度评估模块,用于:
将所述使用寿命加速试验的试验时间,乘以加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子,获得正常使用温度下的等效服役时间;
基于正常使用温度下的等效服役时间以及所述服役时间与非服役时间的比例,计算正常使用温度下的等效非服役时间,并将等效服役时间与等效非服役时间相加来获得等效工作时间;
将等效工作时间乘以使用寿命加速试验的试验样品数量来计算累计工作时间,并将使用寿命加速试验后的失效样品数量除以累计工作时间来计算使用寿命加速试验的失效率;
将使用寿命加速试验的失效率代入指数分布下的可靠度计算公式,以获得中温橡胶挠性接管的可靠度与使用时间的关系。
第四方面,本发明提供一种船用中温橡胶挠性接管的加速寿命试验系统,包括:
热重分析模块,用于对中温橡胶挠性接管进行热重分析,获得中温橡胶挠性接管的反应活化能,以计算加速试验温度相对于正常贮存温度的加速因子;
贮存寿命试验模块,用于在加速试验温度下对中温橡胶挠性接管进行贮存寿命加速试验,并在试验过程中进行中温橡胶挠性接管的老化特征参数检测,获得贮存寿命加速试验的检测数据;
特征参数拟合模块,用于利用所述贮存寿命加速试验的检测数据进行线性拟合,获得贮存寿命加速试验下老化特征参数与时间的拟合关系,以确定贮存寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间;
服役时间计算模块,用于将贮存寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间,乘以所述加速试验温度相对于正常贮存温度的加速因子,获得正常贮存温度下的服役时间;
贮存寿命评估模块,用于基于预设的服役时间与非服役时间的比例计算正常贮存温度下的非服役时间,并将服役时间与非服役时间相加来预计中温橡胶挠性接管的贮存寿命。
在一个可选的示例中,系统还包括可靠度评估模块,用于:
将所述贮存寿命加速试验的试验时间,乘以加速试验温度相对于正常贮存温度的加速因子,获得正常贮存温度下的等效服役时间;
基于正常贮存温度下的等效服役时间以及所述服役时间与非服役时间的比例,计算正常贮存温度下的等效非服役时间,并将等效服役时间与等效非服役时间相加来获得等效工作时间;
将等效工作时间乘以贮存寿命加速试验的试验样品数量来计算累计工作时间,并将贮存寿命加速试验后的失效样品数量除以累计工作时间来计算贮存寿命加速试验的失效率;
将贮存寿命加速试验的失效率代入指数分布下的可靠度计算公式,以获得中温橡胶挠性接管的可靠度与贮存时间的关系。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有以下有益效果:
本发明提供一种船用中温橡胶挠性接管的加速寿命试验方法及系统,根据中温橡胶挠性接管性能退化规律及失效影响因素分析,对中温橡胶挠性接管开展使用寿命试验,并基于试验数据实现准确评估该寿命件的使用寿命,摸清该寿命件的失效规律,从而可以有效规范该寿命件的使用与更换维修决策,并且可以为综合评估船舶对应关重寿命件的技术状态提供依据,提高了船舶系统的稳定性和安全性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的加速寿命试验方法的流程示意图之一;
图2是本发明实施例提供的中温橡胶挠性接管可靠性使用寿命试验及评估流程图;
图3是本发明实施例提供的使用寿命评估的总体技术思路;
图4是本发明实施例提供的TGA测试结果图;
图5是本发明实施例提供的活化能拟合结果图;
图6(a)是本发明实施例提供的压缩载荷与耗时的曲线图,图6(b)是本发明实施例提供的压缩载荷与压缩位移的曲线图;
图7(a)和图7 (b)是本发明实施例提供的拉伸额定变形数据图,图7(c)和图7 (d)是本发明实施例提供的压缩额定变形数据图,图7(e)和图7 (f)是本发明实施例提供的剪切额定变形数据图;
图8是本发明实施例提供的静刚度随试验时间变化的趋势曲线图;
图9是本发明实施例提供的平顺性随试验时间变化的趋势曲线图;
图10是本发明实施例提供的静刚度拟合趋势图;
图11是本发明实施例提供的平顺性拟合趋势图;
图12是本发明实施例提供的加速寿命试验方法的流程示意图之二;
图13是本发明实施例提供的中温橡胶挠性接管可靠性贮存寿命试验及评估流程图;
图14是本发明实施例提供的贮存寿命评估的总体技术思路;
图15是本发明实施例提供的贮存寿命试验中静刚度随试验时间变化的趋势曲线图;
图16是本发明实施例提供的贮存寿命试验中静刚度拟合趋势图;
图17是本发明实施例提供的加速寿命试验系统的架构图之一;
图18是本发明实施例提供的加速寿命试验系统的架构图之二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
现有技术对橡胶挠性接管认识不足,使用寿命与贮存寿命试验方法不成熟,研制阶段未开展关重寿命件寿命试验,加之由于缺乏橡胶挠性接管的使用数据,故无法正确判断橡胶挠性接管的剩余有效使用时间,导致橡胶挠性接管的使用与更换无据可循。
针对以上需求,本发明根据中温橡胶挠性接管性能退化规律及失效影响因素分析,研究提出中温橡胶挠性接管的使用寿命与贮存寿命试验方法,对中温橡胶挠性接管开展使用与贮存寿命试验,摸清该寿命件的失效规律,并以此为依据综合评估船舶对应关重寿命件技术状态,旨在通过寿命试验掌握船舶典型关重寿命件的寿命底数以及完善寿命指标,从而有效规范船舶寿命件的使用和更换。
由于船上管路系统中最多且最重要的管路为蒸汽管路和冷水管路,并且船舶上中温橡胶挠性接管曾出现故障,因此本发明选择一型橡胶挠性接管是介质为水蒸气的中温橡胶挠性接管开展寿命试验研究。
本发明提供一种船用中温橡胶挠性接管的加速寿命试验方法,图1是本发明实施例提供的加速寿命试验方法的流程示意图之一,如图1所示,该方法包括以下步骤:
步骤S101,对中温橡胶挠性接管进行热重分析,获得中温橡胶挠性接管的反应活化能,以计算加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子;
步骤S102,在加速试验温度下对中温橡胶挠性接管进行使用寿命加速试验,并在试验过程中进行中温橡胶挠性接管的老化特征参数检测,获得使用寿命加速试验的检测数据;
步骤S103,利用使用寿命加速试验的检测数据进行线性拟合,获得使用寿命加速试验下老化特征参数与时间的拟合关系,以确定使用寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间;
步骤S104,将使用寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间,乘以加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子,获得正常使用温度下的服役时间;
步骤S105,基于正常使用温度下的服役时间以及预设的服役时间与非服役时间的比例,计算正常使用温度下的非服役时间,并将服役时间与非服役时间相加来预计中温橡胶挠性接管的使用寿命。
进一步地,热重分析即TGA分析,具体过程可以是:利用TGA热重分析仪确认橡胶材料的热分解温度和300℃前挥发物的含量,以确定试样不发生化学分解可耐受的最高温度,按最高温度进行1天试验,该橡胶件压缩永久变形率指标下降率应不大于20%,若超出20%则调整温度重新开始预实验。在通过TGA分析获得中温橡胶挠性接管的反应活化能之后,可以通过Arrhenius(阿伦尼乌兹)模型计算加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子。
使用寿命加速试验具体可以是在中温橡胶挠性接管的使用环境下进行的脉冲试验,其内部条件例如可以是:工作压力0.6MPa,水蒸气温度120℃,脉冲频率0.25 Hz,外部环境温度为120℃的充压疲劳试验,此处的外部环境温度120℃即为加速试验温度。
老化特征参数即可以反映中温橡胶挠性接管的退化性能的关键参数,例如静刚度。中温橡胶挠性接管在规定的条件下使用到出现不能接受的故障率时的寿命视为使用寿命,而当老化特征参数达到失效阈值时,中温橡胶挠性接管将失去服役功能。因此,本发明实施例先根据老化特征参数的失效阈值计算正常使用温度下的服役时间,再按服役与非服役时间的比例计算出非服役时间,两者加起来预计出挠性管使用寿命。
本发明实施例提供的方法,根据中温橡胶挠性接管性能退化规律及失效影响因素分析,对中温橡胶挠性接管开展使用寿命试验,并基于试验数据实现准确评估该寿命件的使用寿命,摸清该寿命件的失效规律,从而可以有效规范该寿命件的使用与更换维修决策,并且可以为综合评估船舶对应关重寿命件的技术状态提供依据,提高了船舶系统的稳定性和安全性。
基于上述实施例,步骤S102之后还包括:
将使用寿命加速试验的试验时间,乘以加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子,获得正常使用温度下的等效服役时间;
基于正常使用温度下的等效服役时间以及服役时间与非服役时间的比例,计算正常使用温度下的等效非服役时间,并将等效服役时间与等效非服役时间相加来获得等效工作时间;
将等效工作时间乘以使用寿命加速试验的试验样品数量来计算累计工作时间,并将使用寿命加速试验后的失效样品数量除以累计工作时间来计算使用寿命加速试验的失效率;
将使用寿命加速试验的失效率代入指数分布下的可靠度计算公式,以获得中温橡胶挠性接管的可靠度与使用时间的关系。
进一步地,在进行使用寿命加速试验后可以通过挠性管的平衡性试验、额定变形试验、静刚度试验判定其是否失效,以获得失效样品数量,进而计算出使用寿命加速试验的失效率。另外,对收集得到的试验数据进行寿命特征分析,可以得到挠性管寿命服从指数分布,从而可以将使用寿命加速试验的失效率代入指数分布下的可靠度计算公式,以获得中温橡胶挠性接管的可靠度与使用时间的关系,即实现评估中温橡胶挠性接管的可靠寿命:
其中,t为挠性接管使用时间;R为可靠度;λ为失效率;F为累积失效概率。给定可靠度,即可确定对应的使用时间,也可以给定当前的使用时间,即可确定对应的可靠度。
基于上述任一实施例,步骤S102中的老化特征参数包括静刚度和/或平顺性。
优选地,考虑到静刚度和平顺性最能直观地反映挠性管的退化性能,挠性管失效,会首先反应到静刚度、平顺性上,且退化趋势明显,所以可以选择静刚度和平顺性作为挠性管寿命预测试验的老化特征参数,在试验过程中获得静刚度和平顺性的检测数据即试验数据,基于此来进行挠性管的寿命评估。
需要说明的是,如果其中一个老化特征参数的检测数据发现该老化特征参数未发生明显退化,则可以直接采用另一个老化特征参数的检测数据进行使用寿命的计算。否则,可以通过静刚度和平顺性的检测数据分别计算出对应的使用寿命,再根据二者中的较小值作为最终保守估计的中温橡胶挠性接管的使用寿命。
进一步地,静刚度的检测过程可以是:试验过程中以静刚度作为特征参数,静刚度的测试条件参考型式试验报告,在额定压力下进行垂向压缩静刚度试验,试验前现将接管两端用闷头密封,然后用试压泵打压至额定压力,在压力保持不变的情况下,用材料试验机加载,从零变形做最大变形值(可根据实际产品调整)进行两次预加载,变形速度低于8mm/min,每次预加载在加载上限保持30s,每次预压后稳定1min,第三次正式加载至最大变形值,记录对应的加载力,以此作为寿命预测试验的特征参数。
平顺性的检测过程可以是:试验过程中以平顺性作为特征参数,平顺性的测试条件参考型式试验报告,将接管充压至0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa,沿圆周方向取四点,分别测量接管的长度,取平均值,要求最大位移变化不大于5mm。
基于上述任一实施例,本发明针对当前中温橡胶挠性接管加速寿命试验统计分析的需要,提出中温橡胶挠性接管的使用与贮存寿命试验方法。
其中,图2是本发明实施例提供的中温橡胶挠性接管可靠性使用寿命试验及评估流程图,如图2所示,下面结合试验示例对该方法进行详细说明:
步骤1:样品说明。
研究对象为中温橡胶挠性管,相关信息说明如表1所示。
表1样品说明
试验样品为全新中温挠性管10根,其中1根用于试验前检查和TGA分析,9根用于加速寿命试验及其性能劣化分析和可靠性评估。
步骤2:加速寿命试验。
2-1):试验方案设计
挠性管多用于通海系统,承受内部海水腐蚀、压力交变冲击与外部温度、湿度应力的叠加,挠性管的老化影响主要因素为内部腐蚀与外部老化。对于开展实验室的挠性管综合应力老化试验,参考挠性管接头,并结合相关标准或工程经验设计综合应力老化试验程序,进而分析其力学性能关键参数即寿命指标的退化规律,本发明实施例提供的使用寿命评估的总体技术思路如图3所示。
本方案拟基于橡胶材料的物理性能退化规律研究,采用“定时截尾”的方法,保守设计试验时间和应力值。本发明在综合应力老化试验过程中估算橡胶挠性管在指定寿命期性能退化的基础上,通过挠性管的平衡性试验、额定变形试验、静刚度试验判定其是否失效。项目组成及技术要求详见表2。
表2试验项目及技术要求
2-2):试验程序
根据表2环境试验剖面,设计进行试验。测试其物理性能,并与未老化试样的性能做比对,按照相关标准规定的统计方法进行数据整理,并计算分析其性能退化规律;结合老化寿命模型,进而外推样品在的服役寿命。
根据挠性管型式试验测试大纲的试验项目,选择静刚度与平顺性作为挠性管寿命预测试验的测试数据。
进一步根据相关标准的统计方法和快速预测方法对静刚度与平顺性的数据按照Arrhenius模型进行统计分析,分别计算挠性管的特征参数退化模型,根据退化模型计算其在工作温度下的使用寿命。根据相关标准的加速试验方法计算挠性管在空气中和指定介质中的加速系数。定时截尾后确认挠性管是否发生退化或失效。完成不少于10次的静刚度与平顺性的期间检测。
2-3):试验过程
2-3-1)外观检查:
对挠性管进行外观检查,无明显损伤与安装不良现象。
2-3-2)TGA分析:
利用TGA热重分析仪确认橡胶材料的热分解温度和300℃前挥发物的含量,以确定试样不发生化学分解可耐受的最高温度,按最高温度进行1天试验,该橡胶件压缩永久变形率指标下降率应不大于20%,若超出20%则调整温度重新开始预实验。采用三个加热速率(2K/min、6 K/min、10 K/min)来运行程序,使用相同质量的试样(±1%)。为了提高测试的准确性,在测试样品相同的气氛、气体流量、加热速率的测试条件运行下,记录空坩埚的质量。如果在此运行中,坩埚质量发生改变(通常归因于浮力),样品升温获得的曲线扣除空坩埚升温获得的曲线,就能得到一个对样品的修正热重曲线。所有加热速率都应重复此步骤。在测试中为了防止样品氧化使用氮气(纯度≥99.95%)做保护气。本发明实施例提供的TGA测试结果如图4所示,三条曲线由下至上依次对应2 K/min、6 K/min、10 K/min。
由图4可知,中温挠性管在50~750℃范围内以2K/min、6 K/min、10 K/min的加热速率下的热分解过程分成了三步,在390℃前为分解起始阶段,这一阶段的热失重曲线是活化能拟合所关注的区域。
下式给出的近似关系式是由Ozawa以及后来的Flynn和Wall推导得出的,用于计算反应活化能。
式中:和/>分别为活化能及气体常数(/>);加热速率记为β 1,β 2,β 3,…,温度记为T 1,T 2,T 3, …,在任一转换速率/>下可得公式:
图5是本发明实施例提供的活化能拟合结果图,如图5所示,对于每一个转化率,将加热速率的对数lgβ对绝对温度的倒数T -1作图,可以得到一系列直线,而活化能/>(25℃)由每条直线的斜率计算得到(/>)。
试样在不同的加热速率下进行加热,其质量的变化是温度的函数。对于每个加热速率确定转化率/>(10%、30%、50%、70%和90%)对应的温度T。
表3 活化能计算
根据上文计算值可以求得激活能,使用温度为65~80℃,取平均值为72.5℃。那么试验温度120℃相对于正常使用温度72.5℃的加速系数即加速因子K=35.98。
2-3-3)使用寿命加速试验:
取9根中温挠性管进行试验,条件为:内部工作压力0.6 MPa,水蒸气温度120℃,脉冲频率0.25 Hz,外部环境温度为120℃的充压疲劳试验。
2-3-4)试验中静刚度检查:
在额定压力下进行垂向压缩静刚度试验,试验前现将接管两端用闷头密封,然后用试压泵打压至额定压力,在压力保持不变的情况下,用材料试验机加载,从零变形做最大变形值(可根据实际产品调整)进行两次预加载,变形速度低于8mm/min,每次预加载在加载上限保持30s,每次预压后稳定1min,第三次正式加载至最大变形值,记录对应的加载力。本发明实施例提供的静刚度试验数据如图6(a)、图6(b)、表4所示,图6(a)为中温挠性管试样压缩载荷与耗时的曲线图,图6(b)为中温挠性管试样在反复压缩再还原的过程中,压缩载荷与压缩位移的曲线图。
表4 试验中静刚度试验数据
试验后静刚度检查数据如表5所示:
表5 试验后静刚度试验数据
2-3-5)试验中平顺性检查
试验过程中以平顺性作为特征参数,平顺性的测试条件参考型式试验报告,将接管充压至0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa,沿圆周方向取四点,分别测量接管的长度,取平均值。平顺性试验数据如表6所示。
表6 平顺性试验数据
2-3-6)试验前后额定变形检查:
在0.6MPa下进行拉、压、剪切位移试验,在压力保持不变的情况下,按设计变形量拉伸、压缩和剪切各3次,观察挠性管的变化情况。本发明实施例提供的额定变形试验数据如图7(a)-图7 (f)、表7所示,图7(a)和图7 (b)为中温挠性管试样在反复拉伸再还原的过程中拉伸额定变形数据图,图7(c)和图7 (d)为中温挠性管试样在反复压缩再还原的过程中压缩额定变形数据图,图7(e)和图7 (f)为中温挠性管试样在反复剪切变形再还原的过程中剪切额定变形数据图。
表7 额定变形试验数据
步骤3:寿命特征分析。
3-1)静刚度参数变化规律分析
根据表4与5的测试结果,选取典型值进行分析统计,本发明实施例提供的静刚度随试验时间变化的趋势曲线图如图8所示。
3-2)平顺性参数变化规律分析
将接管充压至0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa,沿圆周方向取四点,分别测量接管的长度,取平均值。
本发明实施例提供的平顺性随试验时间变化的趋势曲线图如图9所示。
3-3)参数退化趋势分析
对静刚度/平顺性-试验时间进行线性拟合,拟合公式为,其中/>为静刚度/平顺性,/>为试验时间(单位:/>),/>为截距,/>为斜率。
通过以下两个方面对拟合效果的评价:
1)回归统计中采用判定系数(也叫拟合优度)R 2来描述拟合效果,R 2即是拟合相关系数R的平方,取值范围是[0,1],R 2值越大表示模型拟合效果越好。
2)F检验主要用于检验因变量与自变量之间的线性关系是否显著,主要关注F检验的结果,即SignificanceF值,该参数表现的是回归方程总体的显著性检验,F值越小越显著。
3-4)静刚度退化趋势分析
使用Microsoft Excel的拟合功能可以对数据进行拟合,通过Microsoft Excel的数据分析功能可以对拟合方程进行检验。
本发明实施例提供的静刚度拟合趋势如图10所示,拟合公式的斜率、截距/>以及拟合检验参数如表8所示。
根据拟合结果可知,拟合判定系数R 2=0.6485,拟合检验F=2.48,这表明静刚度与时间相关性较好,拟合优度较好。
以3547N/mm的静刚度为初始值,按照式(其中,/>为静刚度失效阈值,/>为静刚度初始值)计算失效阈值,按照拟合公式,计算得到中温挠性管的失效时间(单位:h)。计算得到的失效时间均远大于试验时间,因此其退化趋势不显著。
表8静刚度拟合结果
根据上文可以求得,在加速试验120℃条件下,预计使用1170h,结合上文TGA分析中计算求得试验温度120℃相对于使用温度72.5℃的加速系数K=35.98。由此可知在实际使用72.5℃条件下,预计使用42135.6h失效,即4.81年。按服役与非服役时间为143∶100的比例计算,新品预计可使用8.17年。
3-5)平顺性退化趋势分析
使用Microsoft Excel的拟合功能可以对数据进行拟合,通过Microsoft Excel的数据分析功能可以对拟合方程进行检验。
本发明实施例提供的平顺性拟合趋势如图11所示,拟合公式的斜率、截距/>以及拟合检验参数如表9所示。
根据拟合结果可知,拟合判定系数R 2=0.7797,拟合检验F=2.9782,这表明平顺性与时间相关性较好,拟合优度较好。
以圆周向长度差值-0.35mm为初始值,根据测试经验与测试结果,设置0.18mm为失效阙值,按照拟合公式,计算得到中温挠性管的失效时间(单位:h)。计算得到的失效时间均远大于试验时间,因此其退化趋势不显著。
表9平顺性拟合结果
根据上文可以求得,在加速试验120℃条件下,预计使用1500h,结合上文TGA分析中计算求得试验温度120℃相对于使用温度72.5℃的加速系数K=35.98。由此可知在实际使用72.5℃条件下,预计使用53970h失效,即6.16年。按服役与非服役时间为143∶100的比例计算,新品预计可使用10.47年。
步骤4:基于参数估计的可靠性分析
根据寿命特征分析结果,考虑样品数量较少,样品在试验中退化趋势不显著,因此按照无失效的定时截尾试验对样品MTBF置信下限进行参数估计,并计算其失效率和可靠寿命(指定可靠度对应的使用时间)。
4-1)工作时间与环境条件折算
4-1-1)加速模型分析
Arrhenius模型适用于温度应力加速寿命试验,根据TGA分析结果,Ea取典型值0.88eV,试验温度120℃相对于使用温度72.5℃的加速系数K=35.98。各产品的792h使用寿命试验的等效工作时间为3.25年(28470h)。按服役与非服役时间为143∶100的比例计算,等效使用时间为5.52年,计算得到所有挠性管的累计工作时间T=5.52×9=49.68年。
4-1-2)可靠性参数评估
以平均故障间隔时间MTBF和平均失效率λ作为可靠性表征参数。试验中样品失效数为0。寿命服从指数分布的产品MTBF和λ计算方法如下。
其中,T为累计工作时间;r为失效样品数量;λ为失效率。
对寿命服从指数分布的产品定时截尾试验中,对给定置信度(/>为显著性水平),MTBF的单侧置信下限/>由下式得到,该式对失效数为0的情况依然适用。
其中,为卡方分布,T为累计工作时间,r为失效样品数量。
根据上式得到MTBF的单侧置信下限,其中为卡方分布,根据故障数r和显著性水平/>查找卡方分布表得到。分别计算得到置信度为95%和置信度为90%时的MTBF的单侧置信下限如下:
置信度为95%时,MTBF的单侧置信下限为16.59年;置信度为90%时,MTBF的单侧置信下限为21.55年。
中温挠性管平均故障间隔时间MTBF和失效率λ的点估计值计算如下,其中故障数r按保守原则,取r=1:
MTBF=49.68/1=49.68年
λ=1/MTBF=3.42×10-2/h
寿命服从指数分布的产品可靠度R(t)的计算方法如下:
其中,t为工作时间;R为可靠度;λ为失效率;F为累积失效概率。
将失效率点估计值带入上式,可以求得可靠度为95%、90%、85%、80%(分别记为R95、R90、R85、R80)对应的使用时间。
可靠度为95%时,对应的使用时间为2.55年;可靠度为90%时,对应的使用时间为5.23年;可靠度为85%时,对应的使用时间为8.07年;可靠度为80%时,对应的使用时间为11.09年。
步骤5:结论
(1)通过对中温挠性管开展加速寿命试验数据进行分析,得到使用寿命特征趋势结果如下:
① 静刚度有趋势性退化,性能衰减率可达45.06%,按照工程经验,退化率在50%以上则已经失去其服役功能。
② 平顺性有趋势性退化,性能衰减率可达85.71%,按照工程经验,由于产品平顺性衰减趋势较小,折算后退化率在150%以上则已经失去其服役功能。
③ 试验前后额定变形衰减明显,退化率最高77.7%,但试验后未发生破裂、渗漏与脱胶等现象,表明挠性管未发生失效。
④ 经过长时间运用或试验老化后,中温挠性管的退化会首先体现在产品弹性上,挠性管拉伸、压缩、弯曲、剪切性能劣化。其次,随着充压疲劳的机械应力与受热膨胀量差异导致的结构应力,会驱使挠性管连接处产生微裂纹,在长期应力作用下发展成失效。
(2)通过对中温挠性管开展加速寿命试验数据进行分析,得到中温挠性管可靠性寿命评估结果如下:
根据静刚度退化趋势,从试验考核时间分析:在加速试验120℃条件下,预计使用1170h失效,根据加速系数K=35.98推算实际使用72.5℃条件下预计使用42135.6h失效,即4.81年。按服役与非服役时间为143∶100的比例计算,新品预计可使用8.17年。
根据平顺性退化趋势,从试验考核时间分析:在加速试验120℃条件下,预计使用1500h失效,根据加速系数K=35.98推算实际使用72.55℃条件下预计使用53970h失效,即6.16年。按服役与非服役时间为143∶100的比例计算,新品预计可使用10.47年。
基于上述任一实施例,图12是本发明实施例提供的加速寿命试验方法的流程示意图之二,如图12所示,贮存寿命试验方法的整体框架与使用寿命试验方法类似,该方法包括以下步骤:
步骤S201,对中温橡胶挠性接管进行热重分析,获得中温橡胶挠性接管的反应活化能,以计算加速试验温度相对于正常贮存温度的加速因子;
步骤S202,在加速试验温度下对中温橡胶挠性接管进行贮存寿命加速试验,并在试验过程中进行中温橡胶挠性接管的老化特征参数检测,获得贮存寿命加速试验的检测数据;
步骤S203,利用贮存寿命加速试验的检测数据进行线性拟合,获得贮存寿命加速试验下老化特征参数与时间的拟合关系,以确定贮存寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间;
步骤S204,将贮存寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间,乘以加速试验温度相对于正常贮存温度的加速因子,获得正常贮存温度下的服役时间;
步骤S205,基于正常贮存温度下的服役时间以及预设的服役时间与非服役时间的比例,计算正常贮存温度下的非服役时间,并将服役时间与非服役时间相加来预计中温橡胶挠性接管的贮存寿命。
此处,贮存寿命加速试验具体可以是在中温橡胶挠性接管的贮存环境下进行的加速老化试验,其内部条件例如可以是:外部环境温度为120 ℃热老化试验,此处的外部环境温度120℃即为加速试验温度。
本发明实施例提供的方法,根据中温橡胶挠性接管性能退化规律及失效影响因素分析,对中温橡胶挠性接管开展贮存寿命试验,并基于试验数据实现准确评估该寿命件的贮存寿命,摸清该寿命件的失效规律,从而可以有效规范该寿命件的贮存与更换维修决策,并且可以为综合评估船舶对应关重寿命件的技术状态提供依据,提高了船舶系统的稳定性和安全性。
基于上述任一实施例,步骤S202之后还包括:
将贮存寿命加速试验的试验时间,乘以加速试验温度相对于正常贮存温度的加速因子,获得正常贮存温度下的等效服役时间;
基于正常贮存温度下的等效服役时间,以及服役时间与非服役时间的比例,计算正常贮存温度下的等效非服役时间,并将等效服役时间与等效非服役时间相加来获得等效工作时间;
将等效工作时间乘以贮存寿命加速试验的试验样品数量来计算累计工作时间,并将贮存寿命加速试验后的失效样品数量除以累计工作时间来计算贮存寿命加速试验的失效率;
将贮存寿命加速试验的失效率代入指数分布下的可靠度计算公式,以获得中温橡胶挠性接管的可靠度与贮存时间的关系。
基于上述任一实施例,老化特征参数包括静刚度和/或平顺性。
基于上述任一实施例,图13是本发明实施例提供的中温橡胶挠性接管可靠性贮存寿命试验及评估流程图,如图13所示,该方法包括以下步骤:
步骤S1:样品说明。
研究对象为舰船用中温挠性管,相关信息说明参考使用寿命试验的样品说明。试验样品为全新中温挠性管6根,其中1根用于试验前检查和TGA分析,5根用于加速寿命试验及其性能劣化分析和可靠性评估。
步骤S2:加速寿命试验。
S21、试验方案设计
挠性管贮存环境为普通仓储,挠性管老化影响主要因素为环境温湿度。对于开展实验室的挠性管加速老化试验,参考橡胶老化相关标准,结合阿伦尼乌兹方程,进而分析其性能关键参数即寿命指标的退化规律,本发明实施例提供的贮存寿命评估的总体技术思路如图14所示。
本方案拟基于橡胶材料的物理性能退化规律研究,采用“定时截尾”的方法,保守设计试验时间和应力值。本发明在加速老化试验过程中估算橡胶挠性管在指定寿命期性能退化的基础上,通过挠性管的平衡性试验、额定变形试验、静刚度试验判定其是否失效。项目组成及技术要求详见表10。
表10 试验项目及技术要求
S22、试验程序
根据表10环境试验剖面,设计进行试验。其余程序参考使用寿命试验的试验程序,本发明实施例对此不再赘述。
S23、试验过程
S231、外观检查
对挠性管进行外观检查,无明显损伤与安装不良现象。
S232、TGA分析
TGA分析过程参考使用寿命试验的TGA分析,本发明实施例对此不再赘述。
根据上文计算值可以求得激活能Ea=0.88eV。那么试验温度120℃相对于正常贮存温度25℃的加速系数K=4056.3。
S233、贮存寿命加速试验:
环境温度为120 ℃热老化试验。
S234、试验中静刚度检查
静刚度检查过程参考使用寿命试验的静刚度检查,本发明实施例对此不再赘述。静刚度试验数据如表11所示。
表11 静刚度试验数据
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S235、试验中平顺性检查
平顺性检查过程参考使用寿命试验的平顺性检查,本发明实施例对此不再赘述。试验结果基本与初始值一致,均为差值0.35mm左右,未发生明显退化。
S236、试验前后额定变形检查:
额定变形检查过程参考使用寿命试验的额定变形检查,本发明实施例对此不再赘述。额定变形试验数据如表12所示。
表12 额定变形试验数据
步骤S3:寿命特征分析
S31、静刚度参数变化规律分析
根据表11的测试结果,选取典型值进行分析统计。本发明实施例提供的贮存寿命试验中静刚度随试验时间变化的趋势曲线图如图15所示。
S32、参数退化趋势分析
对静刚度-试验时间进行线性拟合,拟合公式为,其中/>为静刚度,/>为试验时间(单位:h),/>为截距,/>为斜率。
拟合公式的斜率、截距/>以及拟合检验参数如表13所示。剔除掉11#样品的异常数据,本发明实施例提供的贮存寿命试验中静刚度拟合趋势如图16所示。
根据拟合结果可知,拟合判定系数R 2=0.1101,拟合检验F=2.98,这表明静刚度与时间相关性较差,拟合优度较差。
以3807.4N/mm的静刚度为初始值,按照式(其中,/>为静刚度失效阈值,/>为静刚度初始值)计算失效阈值,按照拟合公式,计算得到中温挠性管的失效时间(单位:h)。
计算得到的失效时间均远大于试验时间,因此其退化趋势不显著。
表13静刚度拟合结果
根据上文可以求得,在加速试验120℃条件下,预计贮存336.79h,结合上文TGA分析中计算求得试验温度120℃相对于贮存温度25℃的加速系数K=4056.3。由此可知在实际贮存25℃条件下,预计贮存156年失效。
步骤S4:基于参数估计的可靠性分析
S41、加速模型分析
Arrhenius模型适用于温度应力加速寿命试验,根据TGA分析结果,取典型值0.8eV,试验温度120℃相对于贮存温度25℃的加速系数K=4056.3。各产品的768h使用寿命试验的等效工作时间为356年。计算得到所有挠性管的累计工作时间T=356×5=1780年。
S42、可靠性参数评估
可靠性参数评估过程参考使用寿命试验的可靠性参数评估,本发明实施例对此不再赘述。
以4188N/mm作为静刚度失效阙值,r=2。
分别计算得到置信度为95%和置信度为90%时的MTBF的单侧置信下限如下:
置信度为95%时,MTBF的单侧置信下限为283年;置信度为90%时,MTBF的单侧置信下限为335年。
常温挠性管平均故障间隔时间MTBF和失效率λ的点估计值计算方法如下,故障数r=2:
MTBF=1780/2=890年
λ=1/MTBF=5.62×10-4/h
寿命服从指数分布的产品可靠度的计算方法如下:
其中,t为工作时间;R为可靠度;λ为失效率;F为累积失效概率。
将失效率点估计值带入上式,可以求得可靠度为95%、90%、85%、80%(分别记为、、/>、/>)对应的使用时间:
可靠度为95%时,对应的使用时间为46年;可靠度为90%时,对应的使用时间为94年;可靠度为85%时,对应的使用时间为145年;可靠度为80%时,对应的使用时间为199年。
步骤S5:结论
(一)通过对中温挠性管开展加速寿命试验数据进行分析,得到贮存寿命特征趋势结果如下:
(1)静刚度有趋势性退化,性能衰减率可达22.02%,按照工程经验,退化率在50%以上则已经失去其服役功能。
(2)试验前后额定变形衰减明显,退化率最高17.88%,但试验后未发生破裂、渗漏与脱胶等现象,表明挠性管未发生失效。
(3)经过长时间运用或试验老化后,中温挠性管的退化会首先体现在产品弹性上,挠性管拉伸、压缩、弯曲、剪切性能劣化。其次,随着充压疲劳的机械应力与受热膨胀量差异导致的结构应力,会驱使挠性管连接处产生微裂纹,在长期应力作用下发展成失效。
(二)通过对中温挠性管开展加速寿命试验数据进行分析,得到常温挠性管可靠性寿命评估结果如下:
根据静刚度退化趋势,从试验考核时间分析:在加速试验120℃条件下,预计使用336.79h失效,根据加速系数K=2971.4推算实际贮存温度25℃下,预计贮存156年失效。
根据参数估计评估得到常温挠性管的失效率量级约为10-4/h,从常温挠性管可靠性来看,中温挠性管贮存46年的可靠度>95%,表现出较好的可靠性。
基于上述任一实施例,本发明提供一种船用中温橡胶挠性接管的加速寿命试验系统,图17是本发明实施例提供的加速寿命试验系统的架构图之一,如图17所示,该系统包括:
热重分析模块1710,用于对中温橡胶挠性接管进行热重分析,获得中温橡胶挠性接管的反应活化能,以计算加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子;
使用寿命试验模块1720,用于在加速试验温度下对中温橡胶挠性接管进行使用寿命加速试验,并在试验过程中进行中温橡胶挠性接管的老化特征参数检测,获得使用寿命加速试验的检测数据;
特征参数拟合模块1730,用于利用使用寿命加速试验的检测数据进行线性拟合,获得使用寿命加速试验下老化特征参数与时间的拟合关系,以确定使用寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间;
服役时间计算模块1740,用于将使用寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间,乘以加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子,获得正常使用温度下的服役时间;
使用寿命评估模块1750,用于基于正常使用温度下的服役时间以及预设的服役时间与非服役时间的比例,计算正常使用温度下的非服役时间,并将服役时间与非服役时间相加来预计中温橡胶挠性接管的使用寿命。
基于上述任一实施例,本发明提供一种船用中温橡胶挠性接管的加速寿命试验系统,图18是本发明实施例提供的加速寿命试验系统的架构图之二,如图18所示,该系统包括:
热重分析模块1810,用于对中温橡胶挠性接管进行热重分析,获得中温橡胶挠性接管的反应活化能,以计算加速试验温度相对于正常贮存温度的加速因子;
贮存寿命试验模块1820,用于在加速试验温度下对中温橡胶挠性接管进行贮存寿命加速试验,并在试验过程中进行中温橡胶挠性接管的老化特征参数检测,获得贮存寿命加速试验的检测数据;
特征参数拟合模块1830,用于利用贮存寿命加速试验的检测数据进行线性拟合,获得贮存寿命加速试验下老化特征参数与时间的拟合关系,以确定贮存寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间;
服役时间计算模块1840,用于将贮存寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间,乘以加速试验温度相对于正常贮存温度的加速因子,获得正常贮存温度下的服役时间;
贮存寿命评估模块1850,用于基于正常贮存温度下的服役时间以及预设的服役时间与非服役时间的比例,计算正常贮存温度下的非服役时间,并将服役时间与非服役时间相加来预计中温橡胶挠性接管的贮存寿命。
可以理解的是,上述各个模块的详细功能实现可参见前述方法实施例中的介绍,在此不做赘述。
另外,本发明实施例提供了另一种船用中温橡胶挠性接管的加速寿命试验装置,其包括:存储器和处理器;
所述存储器,用于存储计算机程序;
所述处理器,用于当执行所述计算机程序时,实现上述实施例中的方法。
此外,本发明还提供了一种计算机可读存储介质,所述存储介质上存储有计算机程序,当所述计算机程序被处理器执行时,实现上述实施例中的方法。
基于上述实施例中的方法,本发明实施例提供了一种计算机程序产品,当计算机程序产品在处理器上运行时,使得处理器执行上述实施例中的方法。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种船用中温橡胶挠性接管的加速寿命试验方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S101,对中温橡胶挠性接管进行热重分析,获得中温橡胶挠性接管的反应活化能,以计算加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子;
步骤S102,在加速试验温度下对中温橡胶挠性接管进行使用寿命加速试验,并在试验过程中进行中温橡胶挠性接管的老化特征参数检测,获得使用寿命加速试验的检测数据;
步骤S103,利用所述使用寿命加速试验的检测数据进行线性拟合,获得使用寿命加速试验下老化特征参数与时间的拟合关系,以确定使用寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间;
步骤S104,将使用寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间,乘以所述加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子,获得正常使用温度下的服役时间;
步骤S105,基于正常使用温度下的服役时间以及预设的服役时间与非服役时间的比例,计算正常使用温度下的非服役时间,并将服役时间与非服役时间相加来预计中温橡胶挠性接管的使用寿命。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S102之后还包括:
将所述使用寿命加速试验的试验时间,乘以加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子,获得正常使用温度下的等效服役时间;
基于正常使用温度下的等效服役时间以及所述服役时间与非服役时间的比例,计算正常使用温度下的等效非服役时间,并将等效服役时间与等效非服役时间相加来获得等效工作时间;
将等效工作时间乘以使用寿命加速试验的试验样品数量来计算累计工作时间,并将使用寿命加速试验后的失效样品数量除以累计工作时间来计算使用寿命加速试验的失效率;
将使用寿命加速试验的失效率代入指数分布下的可靠度计算公式,以获得中温橡胶挠性接管的可靠度与使用时间的关系。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,老化特征参数包括静刚度和/或平顺性。
4.一种船用中温橡胶挠性接管的加速寿命试验方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S201,对中温橡胶挠性接管进行热重分析,获得中温橡胶挠性接管的反应活化能,以计算加速试验温度相对于正常贮存温度的加速因子;
步骤S202,在加速试验温度下对中温橡胶挠性接管进行贮存寿命加速试验,并在试验过程中进行中温橡胶挠性接管的老化特征参数检测,获得贮存寿命加速试验的检测数据;
步骤S203,利用所述贮存寿命加速试验的检测数据进行线性拟合,获得贮存寿命加速试验下老化特征参数与时间的拟合关系,以确定贮存寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间;
步骤S204,将贮存寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间,乘以所述加速试验温度相对于正常贮存温度的加速因子,获得正常贮存温度下的服役时间;
步骤S205,基于正常贮存温度下的服役时间以及预设的服役时间与非服役时间的比例,计算正常贮存温度下的非服役时间,并将服役时间与非服役时间相加来预计中温橡胶挠性接管的贮存寿命。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤S202之后还包括:
将所述贮存寿命加速试验的试验时间,乘以加速试验温度相对于正常贮存温度的加速因子,获得正常贮存温度下的等效服役时间;
基于正常贮存温度下的等效服役时间以及所述服役时间与非服役时间的比例,计算正常贮存温度下的等效非服役时间,并将等效服役时间与等效非服役时间相加来获得等效工作时间;
将等效工作时间乘以贮存寿命加速试验的试验样品数量来计算累计工作时间,并将贮存寿命加速试验后的失效样品数量除以累计工作时间来计算贮存寿命加速试验的失效率;
将贮存寿命加速试验的失效率代入指数分布下的可靠度计算公式,以获得中温橡胶挠性接管的可靠度与贮存时间的关系。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,老化特征参数包括静刚度和/或平顺性。
7.一种船用中温橡胶挠性接管的加速寿命试验系统,其特征在于,包括:
热重分析模块,用于对中温橡胶挠性接管进行热重分析,获得中温橡胶挠性接管的反应活化能,以计算加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子;
使用寿命试验模块,用于在加速试验温度下对中温橡胶挠性接管进行使用寿命加速试验,并在试验过程中进行中温橡胶挠性接管的老化特征参数检测,获得使用寿命加速试验的检测数据;
特征参数拟合模块,用于利用所述使用寿命加速试验的检测数据进行线性拟合,获得使用寿命加速试验下老化特征参数与时间的拟合关系,以确定使用寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间;
服役时间计算模块,用于将使用寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间,乘以所述加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子,获得正常使用温度下的服役时间;
使用寿命评估模块,用于基于预设的服役时间与非服役时间的比例计算正常使用温度下的非服役时间,并将服役时间与非服役时间相加来预计中温橡胶挠性接管的使用寿命。
8.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,还包括可靠度评估模块,用于:
将所述使用寿命加速试验的试验时间,乘以加速试验温度相对于正常使用温度的加速因子,获得正常使用温度下的等效服役时间;
基于正常使用温度下的等效服役时间以及所述服役时间与非服役时间的比例,计算正常使用温度下的等效非服役时间,并将等效服役时间与等效非服役时间相加来获得等效工作时间;
将等效工作时间乘以使用寿命加速试验的试验样品数量来计算累计工作时间,并将使用寿命加速试验后的失效样品数量除以累计工作时间来计算使用寿命加速试验的失效率;
将使用寿命加速试验的失效率代入指数分布下的可靠度计算公式,以获得中温橡胶挠性接管的可靠度与使用时间的关系。
9.一种船用中温橡胶挠性接管的加速寿命试验系统,其特征在于,包括:
热重分析模块,用于对中温橡胶挠性接管进行热重分析,获得中温橡胶挠性接管的反应活化能,以计算加速试验温度相对于正常贮存温度的加速因子;
贮存寿命试验模块,用于在加速试验温度下对中温橡胶挠性接管进行贮存寿命加速试验,并在试验过程中进行中温橡胶挠性接管的老化特征参数检测,获得贮存寿命加速试验的检测数据;
特征参数拟合模块,用于利用所述贮存寿命加速试验的检测数据进行线性拟合,获得贮存寿命加速试验下老化特征参数与时间的拟合关系,以确定贮存寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间;
服役时间计算模块,用于将贮存寿命加速试验下老化特征参数的失效阈值对应的时间,乘以所述加速试验温度相对于正常贮存温度的加速因子,获得正常贮存温度下的服役时间;
贮存寿命评估模块,用于基于预设的服役时间与非服役时间的比例计算正常贮存温度下的非服役时间,并将服役时间与非服役时间相加来预计中温橡胶挠性接管的贮存寿命。
10.根据权利要求9所述的系统,其特征在于,还包括可靠度评估模块,用于:
将所述贮存寿命加速试验的试验时间,乘以加速试验温度相对于正常贮存温度的加速因子,获得正常贮存温度下的等效服役时间;
基于正常贮存温度下的等效服役时间以及所述服役时间与非服役时间的比例,计算正常贮存温度下的等效非服役时间,并将等效服役时间与等效非服役时间相加来获得等效工作时间;
将等效工作时间乘以贮存寿命加速试验的试验样品数量来计算累计工作时间,并将贮存寿命加速试验后的失效样品数量除以累计工作时间来计算贮存寿命加速试验的失效率;
将贮存寿命加速试验的失效率代入指数分布下的可靠度计算公式,以获得中温橡胶挠性接管的可靠度与贮存时间的关系。
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