基于Arrhenius方程封隔器胶筒的寿命预测研究

为预测封隔器胶筒的使用寿命,文章将封隔器胶筒的橡胶材料的拉伸强度作为评判封隔器胶筒密封失效的依据,采用加速老化试验方法对封隔器胶筒橡胶材料寿命进行预测研究,并根据现场应用效果统计验证预测结果。首先将与封隔器胶筒同批次的四丙氟橡胶材料制成标准试样,分别在200、230、260和280℃下进行热空气加速老化试验,分析其拉伸强度与老化温度和老化时间的关系。基于Arrhenius方程原理,结合有限元分析结果和地面性能试验数据,拟合后得到退化轨迹方程,进行封隔器寿命的预测研究。研究表明:封隔器胶筒寿命与温度呈线性相关关系;应用Arrhenius方程预测封隔器胶筒寿命,其结论对现场具有较好的参考意义。

Arrhenius方程应用新方法研究

提出了一种快速评价电子元器件的新方法,该方法具有快速、准确、成本低、效率高等优点。利用Arrhenius方程,能快速准确地确定元器件退化的失效敏感参数和退化机理;可对单样品求出与失效机理相关的失效激活能和寿命;通过多样品试验,可得到寿命分布、寿命加速特性和失效率等可靠性参数。以DC/DC电源变换器和高频小功率管3DG130为例,通过实验与现场数据的对比,证明了新方法的正确性和有效性。该方法适用于失效率优于10-7/h(λ<10-7/h)的高可靠性产品的定量评价。

复合固体推进剂高温加速试验理论与方法(1)——Arrhenius方程的适用性

国内外普遍采用高温加速试验方法,以Arrhenius方程作为动力学模型评估聚合物材料包括复合固体推进剂的老化性能和贮存寿命。近年来,Arrhenius方程在复合固体推进剂老化和寿命评估的适用性受到一些质疑。为探讨Arrhenius方程的适用性问题,本文综述了Arrhenius方程在国内外固体推进剂贮存老化评估中的应用情况,从理论源头梳理了Arrhenius方程的形成过程和相关参数物理意义,指出了目前在Arrhenius方程理论认识和应用上的误区。理论分析表明,在Arrhenius方程形式下,频率因子和活化能两个参数之一是温度的函数;对于固体推进剂,现行标准允许的加速试验温度范围内活化能可视为定值。应用Arrhenius方程应符合下述条件:1)研究所涉及的温度范围内老化机理可视为一致;2)各加速试验温度下,老化程度相当;3)参数k应符合速率常数的物理意义。性能随时间变化的数学模型中参数k不符合速率常数定义,使用应慎重,推荐使用性能对数模型替代。

热重分析法研究煤粉燃烧过程动力学的Arrhenius方程修正式

煤粉的燃烧过程常被作为能量的提供者应用于不同工业,为研究升温速率对煤粉燃烧过程动力学的影响.本文采用热重分析法对20℃/min、25℃/min、30℃/min和35℃/min升温速率下的煤粉燃烧过程进行分析.结果表明:随升温速率的提高,煤粉燃烧过程有明显的热滞后现象.根据煤粉燃烧过程的特点,以反应速率曲线波谷对应的温度点,将着火点到燃尽点的燃烧过程划分为两个阶段,并分别采用界面化学反应模型和内扩散模型来描述相应阶段的动力学过程.由所获得动力学参数可知,不同升温速率下活化能E_(ai)和指前因子Ai的动力学补偿效应可表示为ln A_i=a E_(ai)+b,升温速率β对活化能E_(ai)的影响可表示为E_(ai)=△E_alnβ_i+E_(a0).随将常用的Arrhenius方程ln k_i=-E_(a0)/RT+ln A_0修正为ln k_i=-E_(a0)/RT+△E_a(a-1/RT)lnβ_i+ln A_0来描述升温速率β对煤粉燃烧过程反应速率常数k的影响.而后,采用10℃/min、15℃/min、40℃/min和45℃/min升温速率下的煤粉燃烧试验对Arrhenius方程修正式的外推性进行验证,效果良好.因此,Arrhenius方程修正式不仅能很好地描述升温速率β对煤粉燃烧过程化学反应速率常数k的影响,而且还具有一定的外推性.

Arrhenius方程外推法预测聚碳酸酯的贮存寿命

通过人工热氧加速老化试验与大气自然环境老化试验,研究聚碳酸酯(PC)人工加速老化与真实大气自然环境老化的相关性;以Arrhenius方程为理论基础,建立聚碳酸酯贮存寿命预测方程,利用该方程预测聚碳酸酯在成都地区大气自然环境中的贮存寿命,理论贮存寿命值与真实大气自然环境贮存寿命值相近。

修正的Arrhenius方程与过渡状态理论

用过渡状态理论导出了修正的Arrhenius方程。该方程与Eyring方程是等价的,但仅适用于参数n为负数的情况。

Arrhenius方程在家居清洁产品稳定性预测中的应用探索

采用Arrhenius方程,研究了家居清洁产品性能的稳定性。通过45℃和35℃加速试验,25℃或常温作参照试验,测试了样品的香味时间,消泡剂失效时间,黏度、有效氧降低至不可接受值时间。发现25℃或常温作参照有效期实验值接近由SL25℃=SL235℃/SL45℃计算出的理论值,最大偏差不会超过30%。结果表明,由Arrhenius方程推导出来的有效期预测公式SL25℃=SL235℃/SL45℃,适用于家居清洁产品稳定性预测。

Arrhenius方程结合特征指标在蔬菜货架期预测中的应用

货架期预测模型可以用来预测蔬菜的货架期。文章通过数学模型讨论蔬菜相关品质,如VC降解、叶绿素损失、颜色以及质构的变化;介绍不同研究中使用的Arrhenius模型及相关参数或方程,比如Q10、Weibull方程,Michaelis-Ment-en方程和不同级数的动力学方程,还介绍各个预测模型的局限性。经典的Arrhenius模型结合动力学方程形式有待改进,而Arrhenius方程结合Weibull模型和Michaelis-Menten方程则有望在新鲜蔬菜货架期中广为应用。

基于Arrhenius方程的煤的绝热氧化过程研究

为研究煤自燃过程的煤氧反应特征,采用自行研制的绝热氧化试验系统对3种不同煤样进行绝热氧化试验。试验得出煤绝热氧化过程中煤氧反应并不都满足Arrhenius方程,温度的倒数(1/T)与升温速率的对数(1n(dT/dt))不完全是线性关系,存在位于低温(<70℃)与高温(>115℃或160℃)时期的非Arrhenius阶段。分析结果表明,煤绝热氧化低温时期出现非Arrhenius阶段是煤对氧气的物理与化学吸附造成的;高温时期出现的非Arrhenius阶段则是由于固定的氧气供给量与不断增加的需氧量的矛盾,以及煤氧有效接触面积受限导致的。

基于Arrhenius方程预测既有构件混凝土材料的潜在AAR安全性

针对具有潜在碱集料反应(AAR)影响的既有构件混凝土,探索了基于Arrhenius方程描述的反应动力学原理快速预测其AAR安全性的方法。以碱含量分别为2.99、3.89 kg/m^3两组混凝土为对象,综合混凝土材料组成与孔溶液碱度、芯样试体实验室快速膨胀数据拟合和Arrhenius模型寿命计算,结果表明:养护温度和养护液碱度对混凝土试体的膨胀具有明显的促进作用;根据高温、高碱条件下快速膨胀试验和拟合结果,可以获取混凝土在实际孔溶液碱度和常温条件下的膨胀速率常数和预期服役寿命;碱含量分别为2.99、3.89 kg/m^3的两组混凝土,其AAR风险预测结果有显著差别。建立混凝土AAR性能快速试验方法和优化基于AAR反应动力学的寿命预测模型是发展基于性能的混凝土AAR耐久性设计和评估的发展方向。

基于Arrhenius方程下EV用磷酸铁锂电池寿命预测

磷酸铁锂电池寿命作为一项评价电池性能的重要指标,逐渐成为提高电动汽车性能的关键技术。为了研究日历老化和循环老化对电池容量衰减的影响,提高纯电动汽车动力电池性能。以某电动汽车的磷酸铁锂电池作为研究对象,对其施加不同的加速应力、不同温度条件和变充放电倍率等参数,计算锂电池容量的衰减结果。以Arrhenius方程求解为基本手段,建立电动汽车循环工况下充放电模型,对磷酸铁锂电池寿命进行预测。计算与实验结果表明:在相同条件下,循环老化速率约是日历老化速率两倍;在日历老化和循环老化交替条件下,温度从25℃上升到35℃后,磷酸铁锂电池寿命降幅达66.66%;建议在磷酸铁锂电池使用中尽量减小充放电倍率,配备动力电池冷却系统。

基于Arrhenius方程氯丁胶管内胶应力-应变曲线预测及其扣压性能的计算仿真

探索了胶管氯丁胶内胶经热油老化一定时间后应力-应变曲线变化趋势,基于Arrhenius方程预测其高温热油环境下老化一定时间后的一定形变下应力状态,预测结果表明:在高温125℃(398K)热油老化3~5月时,内胶最大应力及最大应变均呈下降趋势。将预测所得应力-应变曲线作为材料参数导入大型非线性有限元软件Abaqus中,计算仿真其静刚度与单元应力状态,仿真计算结果表明:热油老化一定时间后,胶管扣压内胶静刚度减小,使用时间6月时,内胶节点应力达到材料参数最大应力,内胶破损,漏油风险增大。

基于Arrhenius方程外推预测降酚菌剂有效期

基于Arrhenius方程设计实验对自制降酚菌剂进行了有效期测定,以菌剂降酚速率为指标,设定最低降酚速率为300mg/(L·d)以下时菌剂失效,将菌剂在极端保存条件下测定了菌剂的保存时间。通过Arrhenius方程建立lnk与1/t的线性关系,从而外推室温(25℃)下k的数值,代入一级动力学公式,从而得到菌剂在室温下的有效期为13个月。该结果与长期稳定实验结论一致。

基于Arrhenius方程建立湿米粉货架期预测模型的研究

旨在为湿米粉生产企业改进工艺、优化运输贮藏条件提供技术支持。以课题组开发的2N+2L标准湿米粉、旧工艺的湿米粉和市售湿米粉3种不同工艺的产品为研究对象,探讨其在不同贮藏温度下品质的变化规律,建立湿米粉的动力学模型并预测其货架期。结果显示,在4℃、10℃及25℃下贮藏的3种不同工艺湿米粉,微生物指标和感官指标对品质劣变均有一定影响。2N+2L标准的湿米粉在4℃、10℃及25℃下货架期分别为96 h、72 h和36 h,优于其他2种产品。在此基础上,以感官品质的整体接受度为限制因子指标,建立了3种产品的货架期预测模型。经验证,该模型的预测值与实测值相对误差小于10%,表明模型准确有效,在湿米粉行业具有良好的应用前景。

基于Arrhenius与机器学习的TC21钛合金本构模型研究

目的比较Arrhenius方程和机器学习方法在TC21钛合金本构模型建立中的优劣,为TC21钛合金在实际工程应用中的性能预测、优化设计和安全评估提供理论指导。方法通过使用Gleeble-3500热模拟机,获取了锻态TC21钛合金在不同温度和应变速率下的真实应力应变数据。基于实验结果,分别采用Arrhenius方法和支持向量机方法建立了相应的本构模型。相较于基于热力学原理的Arrhenius本构方程,采用支持向量机方法的本构模型更为先进。该模型能够从有限的数据中深入挖掘材料性能与温度、应变速率之间的复杂非线性关系,从而更准确地预测TC21钛合金在不同条件下的力学性能。为了全面评估这2种模型的预测准确性,计算了它们的模型相关系数和均方根误差。结果研究结果表明,基于机器学习的本构模型在预测TC21钛合金的应力应变行为方面展现出显著的优势。其相关系数高达0.9774,远高于Arrhenius模型的0.9317。在评估预测精度的均方根误差上,机器学习方法也表现出色,仅为5.49,相较于Arrhenius模型的20.67显著降低。结论利用机器学习方法建立的TC21钛合金本构模型具有更高的精度和可靠性。在实际工程应用中,这将为钛合金的性能预测、优化设计和安全评估提供更为准确的科学依据。

近β钛合金Ti-55511热塑性变形的流变应力分析与Arrhenius本构方程研究

主要研究Ti-55511钛合金在变形温度为700~850℃、应变速率为0.01~10 s-1、真应变为0.6条件下的热压缩变形行为。结果表明,Ti-55511钛合金的流变应力受变形温度和应变速率的影响显著,峰值应力随变形温度降低和应变速率升高而升高。为消除热压缩过程中的温升效应,提高模型的准确性,本文采用新的温度修正方法,即通过Arrhenius方程推导,并利用数学外推法,对实验流变应力曲线进行温度修正,修正结果表明,变形温度越低、应变速率越高,温升和流变应力增量越大。在温度修正的基础上,建立基于应变补偿的Arrhenius本构方程,用该本构方程预测的流变应力与实测流变应力之间的相关系数(R2)和平均绝对相对误差(average absolute relative error,AARE)分别为0.991和6.65%,表明用本构方程能够精确地预测不同热变形条件下的流变应力。

基于极端气温的西红柿Arrhenius品质预测耦合模型构建

目的:基于Arrhenius方程结合气象温度数据构建西红柿品质预测耦合模型,预测西红柿在极端气温下短期贮运过程的品质变化。方法:分析2020年潍坊、保定、大兴气象温度数据,选取7个温度点模拟西红柿在短期贮运过程中极端温度的变化范围。基于Arrhenius方程,结合气温与失重率、硬度、色差(ΔE)和感官评分(SE)构建西红柿品质预测耦合模型,并选取-10,12℃进行验证。结果:贮运48 h内,西红柿的失重率和ΔE逐渐增加,SE和硬度逐渐降低。基于Arrhenius方程结合气象温度数据构建品质预测耦合模型,0~36℃贮藏条件下,失重率和SE变化采用零级反应拟合,硬度与ΔE变化分别采用一级反应与半级反应拟合;-15~0℃贮藏条件下,SE、ΔE、失重率与硬度的变化均采用零级反应拟合。对预测模型进行验证,12℃贮藏条件下西红柿的失重率、硬度与SE的相对误差在15%以内(除48 h的);-10℃贮藏条件下,西红柿的硬度与SE的相对误差在15%以内(除48 h的)。结论:基于Arrhenius方程结合极端气象温度数据构建的西红柿品质预测耦合模型能够有效预测极端温度条件下西红柿的品质。

基于Arrhenius模型和Peck模型的分段非线性加速模型

目的 解决Arrhenius模型无法估计湿度应力敏感产品和Peck模型试验时间较长的问题。方法 考虑温度应力和湿度应力对产品贮存寿命的综合影响,在产品激活能不变的假设下,将Arrhenius模型对产品激活能的估计和Peck模型对湿度应力参数的估计相结合,建立Arrhenius&Peck分段非线性加速寿命估计模型。基于此模型,在双应力恒加试验条件下,得到产品的寿命估计方程。结果 以弹上电子产品的恒定应力加速贮存试验为例,进行仿真分析,得到产品寿命的估计,并对比产品实际寿命。Arrhenius&Peck模型的寿命误差和失效率误差均控制在5%以内,准确度高于Arrhenius模型和Peck模型。结论 构建的Arrhenius&Peck分段非线性加速寿命模型可以充分利用温度和湿度条件下的试验数据,对温湿敏感产品的寿命估计有较好的应用效果,为导弹产品的寿命估计提供一种可选方法。