复杂环境应力下典型机电产品贮存-值班寿命加速试验方法研究

目的建立复杂环境应力下机电产品贮存-值班寿命加速试验方法。方法依据机电产品贮存-值班寿命剖面、环境因素及基准条件,考虑关键部件可能产生的环境效应与累积损伤,选取拟模拟与加速的环境因素,按照环境应力施加时序及损伤模型,提出一种综合考虑机电产品贮存-值班过程中温度、湿热、盐雾、太阳辐照、温度循环、振动和冲击等环境应力对其寿命影响的加速试验方法。结果建立了某典型机电产品复杂环境下贮存-值班寿命加速试验剖面。结论复杂环境应力下机电产品贮存-值班寿命加速试验充分考虑了机电产品在贮存-值班过程中经历的环境应力,能够在一定程度表征机电产品贮存-值班过程中各种环境应力的累积叠加效应。

基于车轨桥耦合模型的重载铁路预应力混凝土T梁剩余疲劳寿命分析

多跨预应力混凝土简支T梁桥在重载铁路线路中应用广泛,随着线路年运量的增长及大轴重长编组货物列车的运行,车桥动力响应加剧,桥梁发生疲劳破坏风险增大。为了解决这些问题,本文建立重载列车-钢轨-预应力混凝土简支T梁桥精细化分析模型,精确求解重载列车过桥时的车桥动力响应;采用雨流计数法统计分析桥梁普通受拉钢筋应力时程,获得疲劳应力谱;基于Miner准则和Corten-Dolan准则,计算典型疲劳列车单次过桥时的桥梁疲劳损伤;利用灰色GM(1,1)模型来预测线路未来年运量,并对预应力混凝土T梁疲劳损伤进行分析,对剩余寿命进行评估。研究结果表明:随着货车编组数量增加,列车过桥引起的桥梁动力响应峰值趋于稳定,仅应力时程中间周期性波动部分相应延长;由于考虑了结构非线性累积损伤的影响,在相同疲劳列车作用时,按照Corten-Dolan准则计算的桥梁疲劳损伤比按Miner准则计算的桥梁疲劳损伤大7.2%左右;4种典型疲劳列车(C_(64)-N-66、C_(70)-1-116、C_(80)-1-108、C_(80)-2-216)独立运送相同运量货物时引起的桥梁损伤之比为1?0.768?0.543?0.457;在线路容许条件下,宜优先开行大轴重且更长联编组的货物列车,在运量相同时可有效降低对桥梁的疲劳损伤;基于车-轨-桥精细化模型和Corten-Dolan准则,采用等效列车历史运营谱和未来运营谱来考虑年运量和疲劳列车大轴重长编组的发展趋势,可更精确评估重载铁路预应力混凝土简支T梁桥的剩余疲劳寿命。

估计三种常用疲劳应力-寿命模型P-S-N曲线的统一经典极大似然法

拓展经典极大似然法到Langer模型，提出了估计三参数、Langer和Basquin三种常用疲劳应力-寿命模型P-S-N曲线及其置信限的统一方法。方法用于处理极大似然法疲劳试验得到的S-N数据。该试验在特别关注的参考载荷试验一组试样，其余试样在不同载荷下试验。以参考载荷试验数据的统计参量为基础，按照每个模型中材料常数协同处于相同概率水平原则，将曲线表示为对数疲劳寿命均值和均方差线的广义形式，至多4个材料常数。曲线中的材料常数按极大似然原理采用数学规划法求出。45＃碳钢缺口试样(kt＝20）对称循环加载试验数据的分析说明了方法的有效性。分析还揭示合理模型有必要通过比较拟合效果、预计误差和应用安全性来确定。三参数模型的拟合效果最好，Langer模型稍差，Basquin模型较差。从拟合效果、预计误差和应用安全性角度，Basquin模型不适于描述该套数据。此外，经典极大似然法估计结果可能因受局部统计参量影响而给出非安全估计，有必要发展改进的可以最大限度减小这种影响的方法。

估计三种常用应力-寿命模型概率设计S-N曲线的统一方法

提出了适于三参数、 Langer和 Basquin三种常用应力-寿命模型称为广义极大似然法的估计概率设计 S- N曲线及其置信限的统一方法。方法将概率设计 S- N曲线表示为对数疲劳寿命均值和均方差曲线的广义形式。与现有常规和经典极大似然法方法不同，考虑所有试验数据的统计特征，应用最小二乘法先估计出均值曲线中的材料常数，然后利用极大似然原理和数学规划法估计出均方差曲线中的材料常数。有效性采用拟合相关系数、拟合误差均方值和置信限综合评价。对反应堆不锈钢管道焊接头虚拟应力幅-裂纹萌生寿命数据及 45＃碳钢成组法和极大似然法疲劳试验应力-寿命数据的分析说明了方法的有效性。一般来说，三参数模型的拟合效果最好， Langer模型次之， Basquin模型最差。本文方法的拟合效果好于现有方法，并尽量避免了现有方法受试验数据局部统计特征影响而可能给出偏于非安全估计的缺陷。

基于应力-强度干涉模型的摩擦焊接头寿命预测

应力-强度干涉模型是可靠性设计的基本理论模型,以此模型为基础,利用电站锅炉12Cr1MoV钢管摩擦焊接头的高温内压爆破持久加速试验数据外推得到的指定寿命持久强度极限和摩擦焊接头内部压力产生的折算工作应力,建立了带有可靠度指标的寿命预测模型。计算结果表明,摩擦焊接头在设计寿命期内是可靠的,摩擦焊这种工艺方法的质量是稳定的。

交流500 kV XLPE海缆绝缘材料在电-热联合应力下的工频击穿特性与寿命模型

为深入掌握交流500 kV交联聚乙烯(XLPE)海缆绝缘材料在电-热应力下的工频击穿特性并建立电-热联合寿命模型,本研究首先对500 kV海缆主绝缘进行25、40、55、70℃步进应力下的电-热联合绝缘击穿试验,对电气强度和耐压时间进行Weibull统计分析,获得不同温度下等效电气强度和等效耐压时间的变化规律。然后,通过多元线性回归建立FALLOU、SIMONI和CRINE模型并进行误差分析。最后,研究构建适用于该交流500 kV XLPE材料的E-T耦合参数模型。结果表明:在相同温度下,随着每级电压持续时间的增加,等效电气强度逐渐降低;在每级电压持续时间相同时,随着温度的升高,等效电气强度和电压持续时间均呈现先上升后下降的趋势。对电-热联合老化模型的分析表明,3种模型拟合误差较大,拟合优度不满足精度要求。本研究通过利用逐步回归计算电-热变量与寿命的显著性与相关性,获得改进的电-热联合老化寿命模型,误差分析显示改进模型具有较好的拟合精度。

基于Anand模型SnAgCu-X焊点疲劳寿命预测

Anand模型采用有限元法模拟WLCSP器件Sn3.8Ag0.7Cu-X(Ce,Fe)无铅焊点在热循环载荷条件下的应力-应变响应,借助蠕变应变疲劳寿命预测模型Sn Ag Cu,Sn Ag Cu Ce,Sn Ag Cu Fe焊点疲劳寿命.结果表明,在服役器件整体器件出现明显的变形现象,电路板翘曲严重.从中心到拐角焊点变形-应力-应变逐渐增加,芯片下拐角焊点成为整个结构潜在的危险区域.通过计算WLCSP器件Sn Ag Cu、Sn Ag Cu Ce和Sn Ag Cu Fe三种焊点的疲劳寿命,证实了Sn Ag Cu Ce和Sn Ag Cu Fe焊点寿命明显高于Sn Ag Cu焊点,证明了在Sn Ag Cu中添加一定量的铈和铁可以显著提高Sn Ag Cu焊点的使用寿命,分析结果为新型无铅钎料的研发提供理论支撑.

截尾分布的应力寿命模型

根据应力 寿命模型和截尾分布理论 ,建立了截尾分布的应力 寿命模型 ,对工程上常用的金属材料疲劳寿命多服从对数正态分布这一事实 ,工作应力服从对数正态分布的情况下 ,推导出疲劳可靠度计算公式·对工作应力服从其它分布的情况也可以利用本文给出的方法推导出·所建模型消除了疲劳可靠性计算的系统误差 ,使结果更符合实际情况·通过实例计算表明 。

疲劳可靠寿命预测的应力寿命模型

在分析目前计算方法存在的问题和疲劳试验实际过程的基础上，利用Ｐ－Ｓ－Ｎ曲线方程建立了恒幅应力下机械零构件疲劳可靠性计算的应力－寿命模型，推导出可靠度和可靠寿命的计算公式。该方法可不经过转换直接求解，避免了系统（模型）误差，提高了计算精度，且简便、实用，具有较大的工程应用价值。

基于温度-压力双应力加速试验的NEPE推进剂寿命预估研究

目的探索实际贮存状态NEPE推进剂自重产生的诱发压力对其贮存寿命的影响,开展温度-压力双应力作用下NEPE推进剂的寿命预估研究。方法对比分析NEPE推进剂在加速老化试验过程中的失效机理,确定其老化失效模式以及老化失效参量,采用加速老化试验及力学性能测试,分析NEPE推进剂加速老化过程中力学性能的变化规律。基于不同温度-压力应力条件下NEPE推进剂老化特性的变化规律,构建温度-压力双应力作用的贮存寿命预估模型,对25℃和2 MPa下NEPE推进剂的寿命进行评估。结果温度、预紧压力升高均会促进NEPE推进剂力学性能的衰减。结论相比于单温度应力下的加速老化特性,温度-压力双应力作用会提高NEPE推进剂试片力学性能的衰减速度,考虑推进剂的自重影响因素,采用温度-压力双应力条件下的NEPE推进剂寿命预估模型,可以更准确地预测NEPE推进剂的贮存寿命。

拉-拉应力条件下蠕变-疲劳寿命预测

本文讨论了应变能区分法(SEP),应变范围区分法(SRP),Ostergre M(OM)和频率修改法(FM)在拉-拉应力条件下应用的可行性。分析了滞后环为半开环状态下通过实验测量获得寿命预测所需的应变分量。叙述了应变能区分法(SEP)的数值计算方法(SEP-NCM)应用的有效性和预测能力。

考虑温度和湿度相互影响的电连接器寿命预测方法

现有的面向温-湿度双应力的电连接器寿命预测方法,大多采用广义艾林模型和Peck模型作为加速模型。虽然上述模型考虑了温度和湿度对电连接器寿命的影响,但其前提条件是假设温度与湿度二者互不影响,因此以上模型忽略了温度和湿度的共同作用。针对以上问题,提出一种新的加速寿命模型,该模型充分考虑了温度和湿度的共同作用,更符合实际工况。通过在两个实验中的应用,证实了所提出模型优于广义艾林模型和Peck模型,且在寿命预测时效果良好。

基于SSI模型的加速应力试验定量评估方法

为了解决传统应力-强度干涉模型(SSI,Stress-Strength Interference)不能对加速应力试验(AST,Accelerated Stress Testing)进行可靠性指标随时间变化的定量评估问题,针对应力和强度均引入了随机过程进行描述.首先假设了产品强度退化过程和应力变化分别为漂移布朗运动和对称布朗运动.其次,为了解决Basu的布朗运动SSI模型在零时刻可靠度为1的问题,从工程角度,假设产品设计制造过程与试验或使用过程相互独立,提出了产品可靠性是设计生产决定的固有可靠性以及试验使用过程确定的使用可靠性的串联结果.通过将传统应力强度干涉模型结合Basu的布朗运动SSI模型,建立了与时间相关的应力强度干涉模型IMSDⅠ,并给出了相关评估方法.基于将加速应力试验与加速退化试验相结合,改进了已有的AST试验方法,扩大了试验数据量,最后,通过仿真算例验证了本文模型和评估方法的理论正确性和工程可实施性.

深切口椭圆柔性铰链疲劳寿命预测方法与模型

针对深切口椭圆柔性铰链疲劳失效难以准确预测的难题,提出了一种应力-寿命模型的方法。该方法首先采用有限元对柔性铰链进行结构与受力分析,发现缺口薄弱处的应力最大处易发生失效,并给出最大应力计算公式;然后建立应力-寿命模型,利用经验估算法获取柔性铰链材料的疲劳强度估计值;最后通过引入Marin方法来修正疲劳强度精度,进而获取寿命预测值。实例表明该方法可以为柔性铰链疲劳寿命预测提供一种新途径。

双应力交叉步降加速寿命试验研究与应用

为解决传统单个恒定应力加速试验条件下,寿命评估周期长、成本高的问题,基于气缸失效机理,建立气缸寿命-应力模型,在假定气缸产品寿命服从两参数威布尔(Weibull)分布的条件下,以极大似然估计(MLE)渐近方差最小为设计原则,选取温度和频率作为试验应力,建立气缸双应力交叉步降试验优化模型。通过对试验数据的分析、优化理论和传统理论的外推精度和试验效率的比较,证明了优化模型和交叉步降加速寿命试验方法在气缸寿命评估中的可行性,以及加速模型的正确性。

BS疲劳寿命分布序-恒试验的统计分析

研究了Birnbaum-Saunders疲劳寿命分布产品在序进-恒定应力下加速寿命试验的可靠性统计分析。在刻度参数满足逆幂律模型下,得到了BS疲劳寿命分布产品在序进-恒定应力加速寿命试验下的失效分布,并在此基础上得到了参数的极大似然估计,最后通过Monte-Carlo算例说明了该方法的可行性。

基于复合应力加速寿命试验的高速列车电子产品可靠度计算方法研究

目的 解决目前加速寿命试验一般不用于估计产品可靠度,而采用可靠性预计和应力-强度模型计算可靠度时可能存在因参数误差而影响其估计精度的问题。方法 提出一种基于加速寿命试验的高速列车电子产品使用可靠度计算方法,采用温度、湿度、振动综合应力和广义Egring模型对高速列车电子产品开展加速寿命试验。结果 通过试验数据可评估出产品在任意寿命和任意温度、振动、湿度环境应力下使用时的可靠度。结论 拓展了加速寿命试验的应用范围,优化了可靠度计算的方法与准确性。

两点弯曲下柔性玻璃变形和疲劳行为研究

基于两点弯曲法加载方式及原理,分析了柔性玻璃的弯曲变形及疲劳行为,推导了弯曲曲率半径、弯曲应力与板间距之间的定量关系,基于高周疲劳理论,建立了柔性玻璃的应力-寿命(S-N_f)模型。结果表明,两点弯曲作用下,柔性玻璃试样的厚度不会改变其弯曲挠曲线轨迹,通过调节板间距,可获得试验所需的试样弯曲曲率半径。忽略柔性玻璃厚度的影响,试样的弯曲曲率半径与板间距呈线性关系,弯曲最大拉应力与弯曲曲率半径成反比。选择的最小弯曲曲率半径R_(min)越大,试样疲劳寿命越高,最大弯曲曲率半径R_(max)值的增大并不会显著影响试样的弯曲疲劳次数。Basquin模型能够有效预测不同交变应力或不同弯曲曲率半径作用下柔性玻璃的弯曲疲劳寿命。

机械可靠性理论、方法及模型中若干问题评述

阐释可靠性理论发展现状,剖析当前机械可靠性理论、观点、方法及模型方面存在的一些问题。主要内容包括可靠性分析与评估涉及的失效率曲线的形式及其成因,寿命分布的形式、影响因素,寿命分布形式与失效率曲线形式的一致性问题,以及系统可靠度与零件可靠度之间的关系及影响因素;可靠性设计方法中应力-强度干涉模型的数学本质、工程背景及其应用;可靠性分配原则中'重要度'与'载荷严酷度'的定义及表达等。

考虑残余应力效应的深潜器耐压壳体疲劳研究

本文考虑焊接残余应力的影响,给出包含裂纹萌生和裂纹扩展全过程的载人深潜器耐压球壳疲劳寿命预报方法,分别基于局部应力-应变法和能计及负应力比效应的裂纹扩展单一曲线模型预报了耐压球壳的工艺疲劳寿命和使用疲劳寿命,研究焊接残余应力大小对球壳疲劳寿命的影响。结果表明,忽略拉伸残余应力的影响将导致疲劳寿命预测结果偏于危险;耐压球壳整体受压时,拉伸残余应力使得球壳局部区域承受拉-压循环载荷,计算使用疲劳寿命过程中须考虑其影响;降低拉伸残余应力可有效提高耐压球壳的疲劳寿命。