高置信度的载荷与寿命消耗折算方法

在载荷谱编制和单机寿命监控中常常需要进行载荷折算和寿命消耗折算,传统的未考虑置信度的折算方法,往往将载荷和寿命消耗折算小了,导致结果偏于危险,为此本文提出一种高置信度的载荷与寿命消耗折算方法。文中首先研究了载荷折算与置信度、可靠度的关系,结果表明在置信水平为γ、可靠度为R的定寿延寿中,应采用置信水平为γ、可靠度为R的P-S-N曲线进行载荷折算,而只有在方差相等的情况下,才可以采用置信水平为γ的中值S-N曲线进行载荷折算。然后建立了方差相等时中值S-N曲线斜率的单侧置信下限小样本评估方法,给出了方差未知和方差已知两种情况下的斜率置信下限计算公式。在此基础上,针对载荷谱编制,建立了其高置信度的载荷折算公式。针对单机寿命监控,在方差相等或已知的情况下提出了载荷谱当量应力水平计算公式,并采用整机试验结果对中值S-N曲线进行了修正,建立了任一应力水平下的置信水平为γ、可靠度为R的可靠寿命单侧置信下限计算公式,给出了将实际使用载荷转换为标准载荷或试验载荷谱上消耗的循环数公式,以及其置信水平为γ、可靠度为R的可靠寿命消耗百分比(即损伤)单侧置信上限公式,从而能够更加精准、更加简便地对产品进行单机寿命监控和在线寿命管理。

一种基于使用工况的发动机寿命消耗折算模型

本文综合考虑了发动机服役过程中的任务情况、使用环境、维修操作等影响因素,提出了基于使用工况的发动机寿命消耗折算模型,并通过案例分析介绍了模型的使用方法。本文的研究思路和成果为实现发动机由定时维修向视情维修的转型提供了技术参考。

典型使用条件对发动机涡轮叶片蠕变寿命消耗的影响研究

为开展发动机涡轮叶片使用寿命监视及掌握典型使用条件对高压涡轮叶片蠕变寿命消耗的影响规律,利用发动机性能仿真程序与使用载荷多场耦合分析方法建立了涡轮叶片寿命消耗综合分析模型,并通过引入寿命消耗因子,定量给出了飞行高度、环境温度、飞行马赫数、高压转子转速等使用条件对涡轮叶片温度与应力以及蠕变寿命消耗的影响规律。结果表明,各使用因素均对涡轮叶片的蠕变寿命消耗具有较大影响,其中以高压转子转速的影响最大,转速升高1%其对数寿命消耗因子升高约0.4。

材料硬度值下降对汽轮机转子寿命消耗计算的影响

对高温金属材料硬度值进行了研究,发现硬度值下降对计算汽轮机转子低周疲劳寿命和高温蠕变寿命影响较大,考虑硬度值变化对汽轮机寿命计算更接近实际寿命消耗。

某型发动机150h持久试车涡轮部件寿命消耗研究

基于某型航空发动机的技术特征,应用有限元素法分析了该型发动机涡轮部件的模拟稳态温度场和应力场,确定了叶片和轮盘的寿命分析考核点。利用采集到的473组飞行任务参数记录和150h持久试车数据,基于EGD-3疲劳分析理论和Miner线性累积损伤理论计算了叶片和轮盘各考核点的低循环疲劳损伤。采用插值法和拉森-米勒公式,分别计算了叶片和轮盘的持久损伤,并利用时间-循环分数相加法进行了疲劳/持久损伤分析,得到了叶片和轮盘各考核点的总损伤。按照等效损伤原则,完成了该型发动机150h持久试车寿命消耗向外场飞行使用寿命消耗的等当量换算。

压气机轮盘循环寿命消耗计算与分析

针对某型发动机的低压压气机二级盘未达到规定的6 000h寿命就已出现裂纹的问题,本文根据某飞机上的2台该型发动机出厂后所有的飞参数据,采用实时雨流计数法统计了压气机盘的各类载荷循环,并结合古德曼方法和线性累积损伤理论,计算了该轮盘在工作期间所有的标准循环寿命消耗。计算结果表明,轮盘工作期间的标准循环寿命消耗分别为10 982个和11 074个,已超过了轮盘的许用值10 000个;其中,地面试车及排故共计消耗3 411个和3 784个标准循环,远高于发动机的正常值,说明轮盘过早出现裂纹是由标准循环寿命消耗超限造成。该研究完善了发动机的寿命管理体系,提高了飞机发动机的使用管理水平。

可靠寿命消耗评估和寿命管理方法

建立一种机电产品可靠寿命消耗评估和寿命管理方法,给出其可靠损伤、可靠寿命消耗和剩余可靠寿命百分比及其置信限的计算公式。该方法可以根据单个机电产品在使用过程中完成的不同任务,对应的不同载荷,计算其可靠损伤和可靠寿命消耗百分比单侧置信上限,实现单机寿命监控。并根据其剩余可靠寿命百分比单侧置信下限和各次任务消耗的可靠寿命百分比单侧置信上限,科学合理安排该机电产品的后续任务以及维修和报废,实现对单个机电产品的寿命管理。文中还详细讨论了航空发动机零部件疲劳、蠕变以及它们相互作用下的可靠寿命消耗评估方法。

可靠寿命消耗评估中的加速系数法

针对工程上加速寿命试验中加速系数已知的情况,建立一种机电产品可靠寿命消耗评估的加速系数方法。该方法只需根据产品出厂前可靠性评估中的加速寿命试验数据,无需进行其他额外试验,即可对该机电产品在外场实际使用中的可靠寿命消耗和剩余可靠寿命百分比及其置信限进行计算,从而可以根据单个机电产品的使用情况实行单机寿命监控,并科学合理安排该机电产品的后续任务以及维修和报废,实现对单个机电产品的寿命管理。文中结合阿伦尼斯模型、逆幂律模型和指数模型三种常用的加速模型,详细讨论了单应力和双应力、三应力等多应力情况的可靠寿命消耗评估方法。

程序块谱和随机谱下的可靠寿命消耗评估方法

针对加速寿命试验中常见的程序块谱和随机谱加载的情况,建立一种机电产品可靠寿命消耗评估方法。首先根据等损伤原理,建立了程序块谱和随机谱与标准载荷加载下的可靠寿命单侧置信下限之间的关系,分别对单应力和双应力、三应力等多应力情况的程序块谱和随机谱加载进行了详细讨论,然后给出了相应的可靠寿命消耗和剩余可靠寿命百分比及其置信限的计算方法。该方法可以对机电产品进行健康监测,并根据实际使用情况科学合理安排该机电产品的后续任务以及维修和报废,实现单机监控。

基于寿命消耗分布规律的风电变流器IGBT模块热管理控制策略

结温波动是引起绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)热疲劳失效的重要原因之一,降低其幅值能够提高IGBT模块的可靠性。该文提出一种基于寿命消耗分布规律的热管理控制策略。所提策略首先结合一整年的风速和气温数据,量化分析IGBT模块的寿命消耗分布规律,讨论需要被重点管理的结温波动类型和大小;然后,通过将结温阈值下限设定为最低环境温度,研究对低频结温波动实现有效抑制的结温阈值上限。结果表明,风电变流器应侧重于抑制IGBT模块幅值较高的低频结温波动,并且应计入长时间的任务剖面以便反映出结温波动的实际分布规律。案例和实验验证所提策略不仅可以有效抑制低频结温波动,而且显著降低IGBT模块的寿命消耗。所提策略为如何提高长时间运行工况下IGBT模块的可靠性提供一种新方法。

FCLP任务剖面的当量寿命消耗算法

旨在解决舰载飞机FCLP任务剖面的当量寿命消耗问题。基于剖面疲劳特征分析和海军飞行试验研究,探讨了典型FCLP载荷谱编制、疲劳评估的方法,推出了FCLP任务剖面当量寿命消耗的一种算法。研究结果表明,FCLP任务剖面当量寿命消耗总量大致减半,因此,可以更为精确地预测使用寿命。另外,通过一些算例,说明了舰载飞机和陆基飞机的疲劳损伤量化比较,需要采用综合的结构参数化方法。

考虑老化进程对热参数影响的IGBT模块寿命评估

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块是风电转换系统中最为薄弱的环节之一,其准确的寿命和可靠性评估对风电系统安全运行尤其重要。然而,目前IGBT模块寿命评估模型主要采用基于数据手册的瞬态热阻曲线或者试验测试初始结果的热模型,并未考虑IGBT模块老化过程对热参数的影响。该文提出考虑老化进程对热参数影响的IGBT模块寿命评估模型,该模型能够计及老化过程中因热参数增大而带来的热载荷上升和寿命减小,提高了寿命评估的准确性。首先,理论和试验分析了老化进程对热参数的影响规律,提出了考虑老化进程影响的IGBT模块寿命评估模型;其次,对比分析了该模型与现有常用寿命模型之间的差异;最后以实际风电场为例,进一步分析了不同时间尺度下考虑老化影响的模块寿命消耗。

考虑机侧变流器复杂热载荷特性的寿命评估

风电机侧变流器中绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块运行时承受着复杂的多时间常数特性热载荷,是风电系统中最为薄弱的环节之一。然而现有研究更多是简单选取工作点数据或者仅考虑稳态工况以及无法考虑外部环境的长期随机变化。因此,本文建立了一种能够综合计及IGBT模块热载荷的复杂时间常数特性影响的寿命评估模型。分析了实际风电场中不同时间常数热载荷的寿命消耗特点,以及风速分布与寿命消耗之间的关系。研究了不同气温等效方法对寿命评估的影响规律,最后通过实验验证了该方法的准确性。结果表明,双馈风机中低频周期热载荷造成的寿命消耗更为严重,占到整体寿命消耗的64.42%。基频周期寿命消耗与风速概率密度具有严重的不对称性,超过60%的IGBT模块寿命主要消耗在低概率密度的高风速区间。气温等效方法对基频周期热载荷影响可以忽略不计,而忽略气温波动将导致低频周期寿命消耗评估结果减小12.26%。

基于动态损伤及优化AR模型的电子器件寿命预测方法研究

电子器件所承受的各种环境应力和工作应力的时间历程是其性能衰退或发生故障的直接外因。通过分析电子器件单点损伤直接寿命预测方法存在的不足,以器件的动态损伤信息为基础,结合器件的单点损伤递推预测模型,提出了基于优化自回归(AR)模型的电子器件寿命预测方法,并详细介绍了该方法的技术流程和具体算法。并以某型导弹车电控元件功率器件为研究对象对提出的方法进行了案例验证。结果表明:该方法既能考虑电子器件退化的历史变化趋势,又能考虑应力突变带来的预测影响。

飞机单机监控和在线寿命管理方法

提出一种飞机单机监控和在线寿命管理方法,建立其可靠寿命消耗百分比(可靠损伤)和剩余可靠寿命百分比的置信限计算公式。单机监控方法可以根据单架飞机完成的不同任务,对应的不同载荷,计算其可靠寿命消耗百分比单侧置信上限,实现高置信度、高可靠度的单机寿命监控。在线寿命管理方法则可以通过该飞机剩余可靠寿命百分比单侧置信下限和各次任务需消耗的可靠寿命百分比单侧置信上限,科学合理安排其后续任务以及维修和报废。同时,还建立了一种不完全数据可靠性评估方法,从而能够利用飞机外场服役寿命数据,对飞机进行高精度低成本(不用补充试验)延寿。本文方法可推广用于其他机电产品单机监控和在线寿命管理。

基于电池储能系统降低风电接入后系统运行风险的分析(英文)

大规模风电接入电网后,风电功率固有的不确定性可能会显著增大系统的运行风险。该运行风险可用失负荷概率来衡量。文中将电池储能系统接入风电场,并利用其灵活的充放电能力来降低系统的运行风险。为充分利用昂贵的电池储能装置,设计了专门的电池运行策略,任何不完整的充放电循环在电池运行过程中均被严格禁止。考虑到电池运行的时序性,采用序贯蒙特卡洛模拟技术评估系统的运行风险。基于某算例系统的仿真试验证实了所提出的技术方案及电池运行策略的可行性。此外,仿真结果亦表明,电池用于降低系统运行风险的循环寿命消耗非常低,也就是说,电池储能系统在降低系统运行风险的同时仍有能力实现其他功能。