基于修正Coffin-Manson模型的加速寿命试验设计与评估

针对温度循环应力下加速寿命试验数据处理困难而限制其应用的问题,提出了一种基于修正Coffin-Manson模型的加速寿命试验设计与评估方法。运用修正Coffin-Manson模型建立了温度循环试验的加速因子模型,给出了试验条件设计的原则。用一元和二元线性回归评估了加速因子模型的参数进而对产品寿命进行外推,得到了正常应力条件下的可靠度函数。Monte Carlo仿真实例表明,该方法能有效地评估产品温度循环应力下的寿命。

考虑极限应力相对量度的Manson-Coffin改进模型

针对非对称载荷作用下平均应力对结构的疲劳寿命有显著影响的特点,在Manson-Coffin模型及其既有改进模型基础上,引入屈服极限和强度极限应力之间的相对量度对疲劳强度系数σ_(f)′进行修正,以体现平均应力对疲劳寿命的非线性影响,从而建立了改进的Manson-Coffin模型.根据三种常用材料的疲劳试验数据,对前述改进模型的疲劳寿命预测有效性和可行性进行验证.结果表明:与传统Manson-Coffin模型和其既有改进模型相比,所建议的模型能够更好地体现平均应力对疲劳寿命的非线性影响,有效地提高了非对称载荷作用下低周疲劳寿命预测的精度,为实际工程中结构的疲劳寿命提供了有效的预测技术.

基于温度循环加速退化试验的光纤连接器寿命评估

针对光纤连接器在温度交替变化下寿命评估难的问题,提出一种基于修正Coffin-Manson模型的寿命评估方法。首先,分析了光纤连接器失效模式、机理。接着,开展光纤连接器多个加速应力水平下的温度循环加速退化试验,基于插入损耗加速退化数据建立幂函数退化轨迹模型。然后,结合插入损耗的失效阈值,通过假设检验推导不同加速应力水平下光纤连接器的伪失效寿命。最后,引入修正Coffin-Manson加速模型,进而外推空间环境下光纤连接器寿命。本方法评估的某光纤连接器在实际应力水平下的寿命与实际寿命比较接近,验证了修正Coffin-Manson模型方法对光纤连接器寿命评估的有效性和可行性。

高应变率载荷下纯钛的非连续冲击疲劳失效模型及其微观机理

基于传统的分离式霍普金森拉杆系统,设计了应变控制的冲击疲劳寿命测试实验,研究了冲击疲劳加载下纯钛的微观演化机制及冲击疲劳对材料宏观力学行为的影响。通过对不同冲击疲劳试验阶段的试样开展准静态力学性能测试,借助扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和电子背散射衍射(electron backscatter diffraction,EBSD)技术表征试样在不同阶段的微观组织以及冲击疲劳失效后的断口形貌,研究纯钛在冲击疲劳失效过程中的循环硬化/软化规律及其微观演化机制。结果表明:通过改变子弹长度可以实现应变控制的冲击疲劳寿命测试;Manson-Coffin疲劳寿命模型可以较好地反映纯钛的冲击疲劳寿命与应变幅值之间的关系;纯钛在冲击疲劳失效过程中表现出循环硬化的现象,这主要是疲劳过程中孪生变形引起的细晶强化和塑性变形引起的应变硬化共同作用的结果,纯钛的冲击疲劳损伤主要表现为变形能力的损失。

温度交变条件下固体推进剂贮存寿命评估

针对固体推进剂在温度交替变化下贮存寿命评估难的问题,提出一种基于修正Coffin-Manson模型的寿命评估方法.首先,利用固体推进剂在多个加速应力水平下的温度循环加速退化数据,采用线性回归方法获得性能退化曲线;然后,结合失效阈值确定不同加速应力水平下的伪寿命;最后,采用多元回归方法确定加速模型—修正Coffin-Manson模型,进而外推正常条件下固体推进剂贮存寿命.采用本方法评估某固体推进剂在实际应力水平下的贮存寿命为16.7 a,与实际贮存寿命相比误差约为7.22%,表明该方法具有有效性和可行性,可以推广到其他固体推进剂或弹药在温度交替变化环境下的贮存寿命评估.

基于等效应变的轮盘低循环疲劳寿命预测

针对轮盘低循环疲劳载荷非对称及其主要寿命区限,提出一种简化的等效应变寿命预测模型,对某型发动机高压压气机I级盘进行了低循环疲劳寿命预测。补充了1Cr11Ni2W2MoV材料轴向应变控制的低循环疲劳试样试验,设计了高压压气机I级盘低循环疲劳试验件,在旋转试验器上进行了轮盘的低循环疲劳试验,得到3个盘的平均低循环疲劳试验寿命为4 280个试验循环。通过与试验寿命的比较,等效应变寿命预测误差为41.8%,Manson-Coffin预测误差为99.2%。结果表明:简化的等效应变寿命预测方法是有效的,而且对试验盘的寿命预测精度比Manson-Coffin预测模型高。

一种考虑材料损伤的低循环疲劳寿命预测方法

为了更加精确地预测材料的低循环疲劳寿命,对三参数幂函数公式和拉伸滞后能寿命模型进行研究,提出了基于三参数幂函数的损伤能寿命预测模型。分别利用该模型和Manson-Coffin公式对高温合金、钛合金及结构钢等多种材料的低周疲劳试验数据进行拟合并将其分析结果进行对比;根据GH4133合金250℃时的低循环疲劳试验数据,建立了该条件下材料的循环应力-应变曲线和损伤能寿命预测模型,同时对曲线及模型进行验证。结果表明:建立的循环应力-应变曲线能够正确反映该条件下材料的应力与应变之间的关系;所提出的损伤能寿命预测模型对12种材料的低周疲劳试验数据的拟合效果较好,寿命预测精度明显高于Manson-Coffin公式。

基于循环冲击加速试验的某O型橡胶密封圈寿命评估方法

目的 快速准确评估温度循环条件下某O型橡胶密封圈的贮存寿命。方法 模拟O型橡胶密封圈真实受压状况,设计专用夹具,在4个应力条件下开展温度循环冲击加速寿命试验,获得密封圈退化数据,分析并获得密封圈伪失效寿命,构建修正Coffin-Manson模型,并利用不同试验条件下得到的伪失效寿命数据对模型进行参数估计,获得Coffin-Manson寿命预估模型,外推常温条件下密封圈的贮存寿命。结果 通过试验表明,指数模型相比对数模型与线性模型能更准确描述密封圈的退化情况,经Coffin-Manson模型评估,该O型橡胶密封圈常温条件下的贮存寿命为6.13 a,与工程经验数据吻合。结论 所提出的基于循环冲击加速试验的O型橡胶密封圈寿命评估方法可以准确评估密封圈的贮存寿命,大大缩短试验周期,节省寿命评估试验时间和成本,为密封器件的寿命评估提供了参考。

C250钢漏斗试样扭转低周疲劳研究

通过轴向循环拉压实验获得漏斗试样载荷-位移(P-V)曲线,并基于该曲线和有限元反演分析方法获得了材料的循环本构关系。利用该循环本构关系对漏斗试样进行三维扭转有限元分析,获得漏斗根部剪切应力与扭矩之间的转换公式,及漏斗根部剪切应变与名义扭角之间的转换公式,实现了漏斗试样扭转低周疲劳的研究。应用该方法,完成了C250钢漏斗试样常温下一条曲线的扭转低周疲劳实验,揭示了C250钢的疲劳行为,并给出了该材料的Manson-Coffin寿命预测模型。

复合固体推进剂定应变-温度循环加速试验方法研究

目的建立复合固体定应变-温度循环加速试验方法。方法采用MSC.PATRAN有限元分析软件,仿真计算某型贴壁浇铸固体火箭发动机从零应力温度(68℃)固化降温至常温(20℃)的极值点vonMises应变最大值,利用自制应变加载装置对复合固体推进剂施加定应变。分析固体火箭发动机长期库房贮存的温度变化规律,在兼顾模拟性和加速性的基础上,设计并开展复合固体推进剂在4组不同应力水平下的温度循环加速试验。选用合适的性能退化模型和加速寿命模型,评估复合固体推进剂的可靠库房贮存寿命。结果某型固体火箭发动机从零应力温度固化降温至常温的极值点von Mises应变最大值为9.4%,复合固体推进剂4组温度循环加速试验的最高试验温度分别为75、75、60、60℃,温差分别为5、10、15℃,单个循环时长均为24h。复合固体推进剂在4组温度循环加速试验条件下的老化性能参数均为最大抗拉强度保留率,且在置信度为0.9时,其退化规律均符合指数型性能老化数学模型。结合失效临界值,计算出置信度0.9时的最低加速寿命分别为59、100、203、342 d。基于修正Coffin-Manson模型,利用多元回归分析方法,计算得到复合固体推进剂在长期库房贮存环境(最高温度298 K,年平均温差15 K)下,置信度0.9时的最低贮存寿命为20 a。结论在兼顾模拟性和加速性的基础上,建立了复合固体推进剂定应变-温度循环加速试验方法,并利用指数型性能退化模型和修正Coffin-Manson加速寿命模型,快速获得复合固体推进剂的最低库房贮存寿命,为下一步开展固体火箭发动机装药贮存寿命预估奠定基础。

基于有限元的缸盖低周疲劳寿命仿真分析

对cofiin-manson模型进行修正,通过有限元的方法对整机模型进行分析,得到缸盖的温度场及应力场分布;运用子模型的方法进一步分析缸盖燃烧室部分,针对发动机的典型工况仿真分析缸盖燃烧室的低周疲劳寿命,并找出主要影响参数。

车载电子电器零件常用加速试验及可靠性计算方法

简要介绍电子电器零件结合环境应力的寿命加速模型,以及可靠性试验要求的计算方法。首先介绍了3种加速模型,以及其相应的应用情况;其次,根据给定的可靠度、置信度水平计算相应的可靠性测试要求;最后根据实际的测试结果,得到产品的实际可靠度,并以此来指导设计。

基于MMC结温波动优化的预测控制策略及其可靠性分析

模块化多电平换流器(MMC)IGBT子模块的平均结温及其波动会显著影响其失效率,进而对系统的可靠性产生影响。在MMC热平衡算法的基础上,分析如何在降低MMC子模块结温分布差异和保持子模块的电容电压波动不变的前提下,只通过改变子模块的投切过程来降低结温波动的可能性。以接近结温波动的最小理论幅值ΔT_(min)、降低子模块间的结温波动差异为目标,结合预测得到的下一个控制周期中器件的结温,给出温度波动优化的控制策略。采用Coffin-Manson寿命模型和线性累计损伤理论,评估温度优化控制策略下MMC系统的寿命。最后,在MATLAB中搭建10电平仿真模型,仿真结果表明通过对MMC系统进行温度控制可以提高系统的可靠性。

热障涂层热疲劳寿命预测模型研究

目的建立热障涂层寿命预测模型,并研究涂层寿命预测与各种应力应变信息的相关性。方法首先利用带热障涂层圆管试验结果,将涂层界面简化为余弦曲线,建立了相应的二维轴对称有限元模型;然后根据热障涂层疲劳试验结果,结合线性疲劳累积理论和Manson–Coffin低周疲劳模型,建立了热障涂层的寿命预测模型,并将拟合问题转化为寻优问题,使用遗传算法确定寿命预测模型中的系数;最后基于热障涂层试验的微观照片确定出危险点位置,选取正向、剪切、等效和通过二向应力应变分析方法提取垂直于余弦曲面形貌的11种应力应变信息进行寿命预测,并分析了寿命预测的最大误差和平均误差,对分析的结果进行了验证。结果采用等效应变范围进行涂层寿命预测的最大误差和平均误差最小,分别为50%和21%,涂层寿命与等效应力的相关性最大。采用等效应变进行寿命预测的结果与文献中的结果相比,最大误差降低了169.1%,整体的寿命预测值从±2倍分散带之内缩小到了±1.5倍分散带之内。采用等效应变范围进行不同工况下的涂层寿命预测,预测结果为130次循环,试验结果为160次循环,寿命预测的结果较好。结论证明了所建立模型的正确性与准确性,为涂层寿命预测提供了一种有效方法。

一种考虑各向异性的DD6单晶高温合金低周疲劳寿命预测方法

为研究DD6单晶合金低周疲劳性能,准确预测其低周疲劳寿命,基于循环损伤累积(CDA)寿命模型,引入取向系数,提出一种考虑晶体取向的CDA寿命修正模型,并对DD6单晶合金试棒进行了760℃低周疲劳试验。利用CDA寿命修正模型与Coffin-Manson寿命预测模型对试验数据进行分析、比较得到:DD6单晶合金低周疲劳性能[001]取向最优,[011]取向次之,[111]取向最差;CDA寿命修正模型在各晶体取向寿命预测分散性皆优于Coffin-Manson寿命预测模型,具有更好的预测精度;CDA寿命修正模型综合考虑取向相关系数对各取向低周疲劳寿命的影响,具有更广泛的适用性。

变速器壳体低周疲劳优化设计

目的分析变速器壳体驻车耐久试验的失效根本原因,对变速器壳体进行低周疲劳优化设计。方法首先排查壳体的化学成分、铸造质量,排除材料和工艺引起失效问题的可能性,然后通过有限元方法分析驻车轴孔的最大拉应变、驻车工况壳体变形、轴孔接触区域。根据局部应变分布特征,提出驻车轴修形的优化方案,并且根据壳体材料的低周疲劳参数,确定Coffin-Manson模型,并根据该模型预测壳体驻车轴孔优化前后的疲劳寿命。结果驻车轴孔的最大拉应变高达0.95%,确定应变过大是导致壳体失效的根本原因。驻车轴度修形的优化方案将最大拉应变降低到0.40%,塑性应变占比由42%降低到5%,疲劳寿命的预测值由原来的175次提高到7980次,满足试验循环次数1000次的要求,最终优化物理样机通过了驻车耐久试验验证。结论使用的Coffin-Manson模型参数能准确地预测变速器壳体的低周疲劳寿命,驻车轴小角度修形优化方案能够有效解决局部应变过大的失效问题,具有一定的工程参考意义。

集成电路可靠性应用技术

本文主要论述集成电路加速寿命测试理论方法和IC常见失效模式。加速寿命测试包括定性高加速寿命HALT测试技术和定量加速寿命测试Arrheniusmodel等,该测试技术主要应用于IC设计前端识别失效模式和IC设计定型阶段估算IC正常使用条件下的寿命信息,及时有效的评估IC设计平均寿命;在电子产品制造系统中,常常有两种失效模式:ESD静电损伤和LATCH-UP失效现象,对以上可靠性指标和理论作简要的论述。

某电源芯片μ via开裂失效分析及风险评估

该文介绍一种新型封装电源芯片的一种失效模式--μvia开裂,通过多种失效分析手段确定了其失效原因,并给出了相应的改进措施。另外,还通过温度循环加速试验进行风险评估,结合Weibull分布及Coffin-Manson加速模型,给出了该电源芯片的长期应用风险。

加速寿命试验在汽车天线开发中的应用

加速寿命试验在汽车零部件开发中应用非常广泛,对试验件施加较大的环境应力,以较短的时间进行零部件加速寿命试验,并据此推断零部件在正常使用状态的寿命,对于节约试验资源,提高产品竞争力,具有重要的意义。本文论述应用Arrhenius模型、 Lawson模型、 Coffin-Manson对汽车天线做可靠性验证。

关于热敏电阻器几个常见可靠性实验的加速寿命实验实施办法

通过阿伦尼乌斯(Arrhe nius)模型、HAST实验标准、Coffin Manson模型确定高温类实验、湿热类实验、温度变化类实验的加速寿命实验原则,大幅缩短实验周期、提升产品可靠性评估效率、降低实验成本。