气缸恒定应力加速寿命试验谱的研究
发动机缸盖热机械疲劳及寿命预测研究

发动机缸盖热机械疲劳及寿命预测研究龚伟国㊀王艳军㊀陈㊀明㊀(上海汽车集团股份有限公司技术中心/上海市汽车动力总成重点实验室ꎬ上海201804)ʌ摘要ɔ㊀缸盖作为发动机的关键组成部件ꎬ使用工况较复杂ꎬ容易发生热机械疲劳(TMF)失效ꎬ其疲劳强度特性的优劣直接影响发动机的寿命ꎮ文章针对发动机开发过程中缸盖开裂的工程问题ꎬ建立了缸盖高周疲劳(HCF)和低周疲劳(LCF)计算模型ꎬ综合分析缸盖开裂的原因ꎮ根据发动机热冲击试验规范计算了缸盖的瞬态温度场ꎬ以反映实际试验中金属温度场情况ꎻ进行了缸盖TMF材料属性测试ꎬ得到了等温低周疲劳数据ꎻ同时在TMF计算模型中考虑了蠕变㊁氧化㊁硬化和软化等因素ꎮ计算结果表明ꎬ该缸盖局部存在寿命较低的情况ꎬ位置与试验中缸盖开裂位置吻合ꎻ经过局部结构优化ꎬ寿命达到设计要求ꎬ并通过了试验验证ꎬ解决了该缸盖的开裂问题ꎬ为后续开发提供了技术保障ꎮʌAbstractɔ㊀Asakeycomponentoftheengineꎬthecomplicatedoperatingconditionswillleadtothethermalmechanicalfatigue(TMF)failureꎬwhichdirectlyaffectsthelifespanoftheengine.Inor ̄dertosolvethecylinderheadcrackingissueintheprocessofenginedevelopmentꎬboththehighcyclefatigue(HCF)andlowcyclefatigue(LCF)calculationmodelsareestablished.Accordingtotheen ̄ginethermalshocktestconditionsꎬthetransienttemperaturefieldofcylinderheadiscalculatedtore ̄flecttheactualtemperaturefield.IsothermallowcyclefatiguedataareobtainedfromtheTMFmaterialpropertytestꎬandthecreepꎬoxidationꎬhardeningandsofteningmechanismsareconsideredintheTMFcalculationmodel.Theresultsshowthatthecylinderheadhasalowlifespaninsomeareaꎬwhichisthesamewiththecrackpositioninthetest.Throughtheoptimizationofthegeometryꎬtheenginepassesthetestandthecylinderhead'scrackingissueissolved.ʌ关键词ɔ㊀缸盖㊀瞬态分析㊀塑性应变㊀高周疲劳㊀低周疲劳doi:10 3969/j issn.1007 ̄4554.2019.05.050㊀引言缸盖是发动机的一个重要部件ꎬ工作环境温度极高ꎬ缸内燃气温度瞬间可达2100ħ左右ꎬ由于发动机的实际运行工况不断变化而承受冷热交变冲击ꎬ缸盖的金属温度可以在混合气体燃烧的作用下从-20ħ短时间内升高至250ħꎬ反之也可以快速冷却ꎮ同时ꎬ随着市场对发动机排放㊁油耗以及升功率等指标的要求日趋严苛ꎬ导致发动机的压缩比和缸内气体压力越来越高ꎮ因此ꎬ缸盖在工作过程中热负荷高㊁散热差㊁温度变化急剧ꎬ极易引起热机械疲劳(TMF)从而产生开裂问题[1]ꎮ在国内ꎬ由于缺乏缸盖铸铝材料的低周疲劳特性数据ꎬ并且没有掌握低周疲劳分析方法和评收稿日期:2019-01-17价标准ꎬ因此ꎬ关于缸盖机械热疲劳的研究比较薄弱ꎬ未见突破性成果ꎮ本文运用有限元中瞬态热传导方法模拟发动机工作过程中缸盖的热负荷变化情况ꎬ得到贴近实际情况的缸盖金属温度变化情况ꎬ然后将温度场数据插值到瞬态非线性热应力计算中ꎬ以便模拟缸盖在试验工况下的塑性变形情况和热机械疲劳特性ꎮ有限元模型包括缸盖㊁螺柱㊁螺母㊁垫片和机体㊁增压器㊁缸套㊁气门座圈以及气门导管等ꎮ分析中使用基于试验数据的缸盖弹塑性材料属性ꎬ进行了瞬态温度场分析㊁热应力分析㊁高周疲劳计算和TMF分析等多种计算方法ꎮ计算结果表明ꎬ缸盖排气道局部刚度不足是缸盖开裂的一个主要原因ꎬ其引起高周疲劳安全系数降低及TMF寿命降低的两个因素又共同作用导致了开裂的发生ꎮ分析结果与裂纹试验中缸盖开裂漏水位置吻合ꎮ通过对缸盖排气道的优化改进ꎬ最终解决了缸盖开裂漏水的复杂问题ꎮ计算流程如图1所示ꎬ缸盖开裂位置为第二缸排气道ꎬ如图2所示ꎮ1㊀瞬态温度场计算1.1㊀CFD计算CFD计算采用k-ε紊流模型ꎬ按照发动机额定功率工况进行模拟ꎬ得到缸盖火焰面及气道表面的气体温度及传热系数ꎬ如图3所示ꎻ得到缸盖机体水套表面的冷却液温度及传热系数ꎬ如图4㊁图5所示ꎮ1.2㊀FEA热传导计算1.2.1㊀计算模型及边界条件将CFD计算出的流体热膜温度及传热系数作为边界条件ꎬ通过Abaqus软件中的Surface方法赋值到有限元热传导计算模型中ꎬ设置各部件之间的连接关系及其导热参数ꎮ考虑缸盖外表面的热辐射效应和空气的对流效应ꎬ在缸盖外表面及缸盖机体油道采用第一类边界条件ꎬ在缸盖水套㊁气道及火焰面表面采用第二类边界条件[2]ꎮ传热计算公式为∂T∂t=a∂2T∂x2+∂2T∂y2+∂2T∂y2()+ ωcρ(1)图1㊀计算流程图图2㊀缸盖开裂区域式中:a为导热系数ꎻT为温度ꎻ ω为单位体积释放出的热量ꎻc为比热ꎻρ为密度ꎻt为时间ꎮ第一类边界条件为T=TB(t)(2)第二类边界条件为图3㊀缸盖火焰面及气道表面气体温度及传热系数图4㊀缸盖水套表面温度图5㊀缸盖水套传热系数λ∂T∂xlx+λ∂T∂yly+λ∂T∂zlz=-β(T-TC)(3)式中:λ为传热系数ꎻβ为表面放热系数ꎻlx㊁ly㊁lz为边界表面外法线方向余弦ꎮFEA热传导计算的工况按照图6所示的热冲击循环工况进行模拟ꎮ热传导计算模型如图7所示ꎮ1.2.2㊀温度场结果图8为额定功率工况下得到的缸盖金属温度场结果ꎮ由图可知ꎬ火焰面缸盖金属最高温度点位于第二缸排气鼻梁区ꎬ达到256ħꎬ高于其他缸ꎮ其原因为第一和第三缸燃烧均会将热量传递到第二缸ꎬ且该处水流速度略低于其他缸ꎮ图9为模拟热冲击试验工况下的缸盖排气道瞬态温度场结果ꎮ1.2.3㊀温度场试验验证在缸盖上打孔埋入热电偶ꎬ测量其额定功率图6㊀热传导计算循环工况图7㊀热传导计算模型图8㊀缸盖温度场结果稳态工况下燃烧室火焰面的金属表面温度ꎮ待温度数值稳定后ꎬ记录数据ꎮ由于热电偶距离燃烧室的表面有2mm距离ꎬ故需按温度梯度推算出燃烧室的表面温度ꎮ测试结果表明ꎬ由于测试值与计算值相近ꎬ认为温度场计算模型准确可靠ꎬ可用于后续的热固耦合分析ꎬ如图10所示ꎮ2㊀疲劳计算2.1㊀低周疲劳材料参数测试图9㊀缸盖排气道瞬态温度场结果图10㊀温度场测试结果与计算值对比采用先进的高温材料测试及数据测量系统开展一系列的缸盖本体取样的材料试验研究ꎮMTS370.02Bionix试验机以力控模式使试样承受载荷作用ꎬ通过视频引伸计测试试样的轴向应变直至试样发生断裂破坏ꎮ如图11所示ꎬ通过不同温度下铸铝材料的单向拉伸性能测试㊁不同温度下的等温低周疲劳性能测试㊁不同温度下的高温蠕变性能测试以及铸铝材料的机械热疲劳测试等ꎬ获得了比较完整的发动机缸盖铸铝材料的机械热疲劳材料数据ꎬ如图12㊁图13所示ꎮ图11㊀低周疲劳试验设备及应变测量图像采集系统2.2㊀瞬态热固耦合应力分析以热传导得到的温度场结果为边界条件ꎬ插值到应力计算模型中ꎬ叠加该模型所受到的机械图12㊀25ħ铸铝合金的应力-应变滞回曲线图13㊀200ħ铸铝合金的低周疲劳寿命曲线载荷ꎬ进行热固耦合计算ꎬ其基本方程为{δ}=[K]{Rt}(4)[σ]=[D]{[B]{δ}-{ε0}}(5)式中:[K]为总体刚度矩阵ꎻ[D]为弹性矩阵ꎻ[B]为应变矩阵ꎻ{Rt}为总体载荷矩阵ꎻ[σ]为节点应力矩阵ꎮ热固耦合计算模型包括缸盖㊁缸体㊁涡轮增压器蜗壳㊁3个垫片㊁螺栓和支架等ꎮ垫片与各部件之间压紧面必须定义为Abaqus软件中的Contactpairꎬ其余部件之间可定义为Contacttied或者Tieꎬ垫片施加压缩回弹属性ꎮ所有模型均采用塑性材料属性ꎮ高周疲劳应力计算共分为7个步骤:(1)施加螺栓预紧力ꎬ(2)固定螺栓长度ꎬ(3)施加额定功率工况下的整机温度载荷ꎬ(4)~(7)依次按照发火顺序施加混合气燃烧爆发压力ꎮ提取开裂位置随温度变化的应力历程(见图14)ꎮ图14㊀排气道温度应力时间历程依据发动机热冲击试验循环工况ꎬ低周疲劳应力计算采用瞬态计算ꎬ需要进行5个循环ꎬ每个循环的时间为300sꎬ每个循环可以分为升温㊁高温恒温㊁降温和低温恒温4个阶段ꎮ升温的最高温工况选取额定功率工况ꎬ降温的最低温工况选取怠速工况ꎮ在计算瞬态应力时ꎬ需要在第3个点循环的高温保持阶段考虑30h的应变老化ꎬ模拟发动机台架磨合工况ꎮ计算稳定后的最后一个循环用于缸盖排气道的热机械疲劳寿命评估ꎬ循环工况如图15所示ꎮ图15㊀低周疲劳应力计算循环工况2.3㊀高周疲劳计算热固耦合应力计算完成后ꎬ采用额定功率点加热工况及各缸发火工况作为循环工况ꎬ在Fem ̄fat软件中进行高周疲劳计算ꎬ提取第一㊁二缸高周疲劳结果ꎬ如图16所示ꎮ2.4㊀低周疲劳计算Manson ̄Coffin模型描述了在机械热载荷作用下塑性应变与热机械疲劳寿命之间的关系ꎬ适用于低周疲劳的情形ꎬ在学术界与工程界均有广泛的使用ꎮ材料的应变寿命曲线表示为Δε2=σfᶄE(2Nf)b+εfᶄ(2Nf)c(6)式中:Δε为应变幅ꎻNf为循环寿命次数ꎻσfᶄ为疲图16㊀原方案高周疲劳安全系数劳强度系数ꎻb为疲劳强度指数ꎻεfᶄ为疲劳塑性系数ꎻc为疲劳塑性指数ꎮCoffin认为在高温疲劳中主要的损伤由塑性应变引起ꎬ但是在高温疲劳的过程中还存在蠕变作用ꎬ频率效应明显ꎮ为了用常温下的Manson ̄Coffin公式描述高温下的疲劳蠕变ꎬ在Eckel和Coles等提出的 频率-时间 参数的基础上ꎬCof ̄fin提出将高温下的相关损伤利用频率因子引入寿命方程ꎬ即Δεp=C(Nff(k-1))β(7)式中:C㊁k㊁β为材料常数ꎻf为频率ꎻΔεp为塑性应变ꎻNf为疲劳寿命ꎮ在机械热疲劳试验中ꎬ由于在循环过程中频率恒定ꎬ可认为是常数ꎬ因此频率修正法可简化为Δεin=C1(Nf)β(8)式中:Δεin为非弹性变形ꎮ采用Fe ̄safe/TMF模块进行热机械疲劳分析ꎬ主要考虑以下几个方面:(1)考虑变化的温度和应力对结构的影响ꎬ进行快速㊁精确的疲劳寿命分析ꎻ(2)考虑应变率和瞬态温度对循环应力-应变响应的影响ꎻ(3)考虑瞬态温度对应变-寿命曲线的影响ꎻ(4)考虑在每个循环中的应力和温度的相位关系的影响ꎻ(5)考虑体积应力松弛ꎻ(6)考虑应变老化对疲劳强度的影响ꎮ采用低周疲劳应力计算结果的最后一个循环作为输入ꎬ计算出原方案应力随温度的变化历程和低周疲劳循环寿命情况ꎬ如图17㊁图18所示ꎮ图17㊀原方案第二缸应力变化时间历程图18㊀原方案低周疲劳循环寿命3㊀计算结果分析(1)对于缸盖金属温度场ꎬ采用瞬态温度场计算方法进行预测ꎬ可得到与实际热冲击试验相近的结果ꎬ为后续热固耦合计算提供较为精确的边界条件ꎮ在原方案中ꎬ开裂位置温度最高为174ħꎬ该处虽然承受着第二缸各支管高温燃气的直接冲击ꎬ但该处水套对其冷却良好ꎬ其金属温度不超过铝合金材料本身的许用极限ꎬ由单纯热负荷导致的过热开裂风险较小ꎮ(2)对于高周疲劳ꎬ在原方案中ꎬ如图16所示ꎬ第二缸开裂区域最低安全系数为1.03ꎬ低于设计标准ꎬ与试验实际开裂位置相符ꎻ其余各缸相同位置安全系数均高于设计标准ꎬ满足要求ꎬ在试验中未发现开裂现象ꎮ其原因为第二缸开裂位置刚度较低ꎬ故平均压应力较高ꎬ应力幅值也较高ꎬ使得疲劳安全系数较低ꎻ同时该处金属温度比其他缸高ꎬ结合温度及应力修正法则来看ꎬ该处材料性能较其他缸有所下降ꎬ使得第二缸开裂位置的高周疲劳安全系数低于其他缸相同位置ꎬ导致在试验中出现裂纹ꎮ故必须优化局部结构ꎬ增强其刚度以减少局部应力集中ꎬ使缸盖在高温高负荷工况和低负荷工况的转换过程中ꎬ开裂区域平均应力下降的同时ꎬ应力幅值也随之下降ꎬ以便提高该处的高周疲劳安全系数ꎮ在优化方案中ꎬ在提高开裂区域厚度的同时增大了曲率半径ꎬ使得该处刚度增强以抵抗热变形ꎮ计算结果表明ꎬ优化方案中第二缸开裂位置的高周疲劳安全系数为1.63ꎬ比原方案提升58%ꎬ高于设计标准ꎬ满足设计要求ꎬ如图19㊁图20所示ꎮ图19㊀优化方案安全系数图20㊀优化方案与原方案安全系数对比(3)对于低周疲劳ꎬ在原方案中ꎬ开裂位置最低Log循环寿命为2.6ꎬ即可承受低周疲劳试验循环数为399次(见图18)ꎬ远低于设计标准ꎬ不满足要求ꎮ其他区域寿命均高于设计标准ꎬ与试验中的失效情况高度吻合ꎮ其原因是开裂位置刚度较低ꎬ使得该处随时间变化的应力幅值较大ꎬ在加热阶段表现为压应力为主要应力形式ꎬ在冷却阶段表现为拉应力为主要应力形式ꎮ经过不停的拉压变化ꎬ综合热应变㊁弹性应变和粘塑性应变等多种应变的共同作用ꎬ累积塑性应变幅较大ꎬ导致该处寿命偏低ꎬ且大幅低于其他各缸相同位置ꎮ故需优化局部结构ꎬ增强其刚度以便增强该处抵抗热变形和机械变形的能力ꎬ使得该处在高温高负荷工况和低温低负荷工况交替变化的过程中ꎬ开裂区域应变幅值下降的同时ꎬ减少粘塑性应变的累积ꎬ以便提高该处的低周疲劳循环寿命ꎮ经过结构优化后ꎬ相应开裂区域的低周疲劳Log循环寿命提高到4.58ꎬ即可承受低周疲劳试验循环数为38118次ꎬ比原方案提高77%ꎬ远高于设计标准ꎬ满足要求ꎮ如图21所示ꎬ应变幅值大幅减小ꎻ如图22㊁图23所示ꎬ低周疲劳寿命循环次数大幅提高ꎮ图21㊀优化方案应力变化时间历程图22㊀优化方案低周疲劳循环寿命图23㊀优化方案与原方案低周疲劳寿命对比4㊀结语通过对缸盖原方案进行高周疲劳和TMF模拟分析ꎬ发现缸盖排气道开裂位置的高周疲劳安全系数较低ꎬ同时TMF循环寿命也较低ꎬ开裂失效风险极大ꎬ与实际试验情况相符ꎮ缸盖局部刚度不足是出现开裂的主要原因ꎮ经过局部结构优化后ꎬ高周疲劳安全系数大幅提高ꎬTMF循环寿命也大幅提高ꎬ各项指标均高于CAE标准ꎬ改进方案满足设计要求ꎬ也顺利通过各项耐久试验ꎮ缸盖在实际发动机运行过程中出现开裂情况ꎬ是高周疲劳与低周疲劳共同作用导致的ꎬ单纯考虑高周疲劳不考虑低周疲劳不足以反映真实的缸盖运行工况ꎬ只有将二者相结合ꎬ才能使设计满足要求ꎮ通过该项目的成功实践ꎬ积累了增压发动机缸盖设计分析的相关方法和数据ꎬ为后续机型开发提供了技术保障ꎮ参考文献[1]㊀赵帅帅ꎬ陈永祥ꎬ贾业宁ꎬ等.基于修正Coffin-Manson模型的加速寿命试验设计与评估[J].强度与环境ꎬ2013ꎬ40(4):52 ̄58.[2]㊀胡定云ꎬ陈泽忠ꎬ温世杰ꎬ等.某柴油机气缸盖疲劳的可靠性预测[J].车用发动机ꎬ2008(6):38 ̄40.。
加速寿命实验设计

加速寿命实验设计
实验设计关键因素
实验设计关键因素
实验目标定义
1.明确实验目的:确定实验目标,明确希望通过实验解决什么问题或验证什么假设。 2.量化实验指标:将实验目标量化,以便更准确地衡量实验结果。 3.考虑实验限制:考虑实验资源、时间和预算等方面的限制,确保实验设计具有可行性。
实验样本选择与处理
1.样本来源:确定样本来源,确保样本具有代表性和可靠性。 2.样本数量:根据实验需求和统计方法,确定所需的样本数量。 3.样本处理:确定样本处理方法,以消除干扰因素或确保实验条件的一致性。
实验设计关键因素
▪ 实验变量与控制
1.变量识别:识别实验中的所有变量,包括自变量、因变量和 潜在干扰变量。 2.变量控制:确定控制变量的方法,以减少干扰因素对实验结 果的影响。 3.变量测量:选择可靠的测量工具或方法,以确保变量测量的 准确性和客观性。
实验结果的可靠性评估
1.对实验过程进行回顾,确认是否存在可能影响实验结果可靠 性的因素。 2.对实验数据进行交叉验证,确保实验结果的稳定性和可重复 性。 3.对实验结果的不确定性进行评估,为后续决策提供可靠的依 据。
实验结果应用与探讨
▪ 实验结果的应用前景探讨
1.根据实验结果,探讨可能的应用场景和实际价值。 2.分析实验结果的应用前景,评估其推广潜力和市场前景。 3.针对实验结果的应用,提出改进和优化建议,提高其实用性和竞争力。
实验数据与结果分析
▪ 数据分析方法
1.掌握常用的数据分析方法,如回归分析、方差分析等。 2.根据实验目的选择合适的数据分析方法。 3.利用数据分析软件进行分析,得出结果。
▪ 实验结果展示
1.将实验结果以清晰、简明的方式展示出来。 2.对比不同实验条件下的结果,分析差异。 3.对实验结果进行解释和说明。
气动电磁阀寿命试验

气动电磁换向阀恒定应力加速寿命试验《液气压世界》2010年第5期北京航空航天大学自动化学院、航天集团万峰无线电厂刘棣斐、唐志勇、裴忠才、彭军阅读次数:26摘要:对气动电磁换向阀的使用寿命进行研究有着极其重要的意义。
传统的寿命试验方法需耗费大量的时间与成本,而加速寿命试验则通过提高应力水平来加速产品性能衰退,在可以接受的时间内得到有效的试验数据,并预测出产品在正常应力下的寿命。
关键词:电磁换向阀;加速寿命试验;故障机理;加速模型气动电磁阀在气动系统中有着广泛的应用,其工作性能的优劣直接影响着整个气动回路的品质。
对电磁阀的使用寿命进行评估能够为提高气动系统的可靠性提供保障,有着重要的意义。
然而,正常的寿命试验需要花费大量的时间和成本,才能得到被测产品在正常使用条件下的使用寿命。
这很有可能拖延产品的研发或者推广,更有甚者,当产品面临市场淘汰的时候还没有得到有效的使用寿命数据。
因此采用加速寿命试验来缩短试验时间和降低试验成本将成为一种极为有效的手段。
加速寿命试验的定义是在进行合理工程及统计假设的基础上,利用与物理失效规律相关的统计模型对在超出正常应力水平的加速环境下获得的信息进行转换,得到产品在额定应力水平下的特征可复现的数值估计的一种试验方法。
简而言之,加速寿命的思想是采用高出正常使用应力水平的加速寿命试验,其前提是在高应力水平下发生故障的机理不能发生变化,然后通过相应的加速模型和统计模型对试验数据进行分析,从而计算得到被测产品的各项寿命指标。
1电磁阀故障机理分析1.1电磁阀FTA与故障模式实验采用电磁阀为某公司s系列直动式电磁阀,其结构原理图如图1所示。
电磁阀线圈未通电时,P·B导通,A-R1导通;电磁阀线圈通电时P-A导通,A.R2导通。
图1电磁阀结构图结合s系列电磁阀的结构,应用故障树分析(FailureTreeAnalysis,FTA)方法进行分析。
将电磁阀失效作为顶事件,把换向动铁芯不动作或动作时间过长、换向动铁芯不能复位、线圈过热或者烧损、泄漏4项作为失效判据,作为故障树的第二级中间事件;然后再把每个第二级中间事件按逻辑失效的因果关系,再分析到第三级,直到最后的底事件。
恒定应力寿命试验和加速寿命试验方法总则

恒定应力寿命试验和加速寿命试验方法总则恒定应力寿命试验和加速寿命试验是常用的材料寿命评估方法,用于评估材料在特定应力条件下的寿命。
本文将对这两种试验方法进行详细介绍。
一、恒定应力寿命试验方法总则恒定应力寿命试验是一种常用的材料寿命评估方法,它通过在恒定应力下对材料进行长时间的加载,以评估材料在特定应力条件下的寿命。
该试验方法的总则如下:1. 试验样品的选择:根据具体需要,选择代表性的试验样品。
样品的几何形状和尺寸应符合相关标准或规范的要求。
2. 试验设备的选择:根据试验要求选择合适的试验设备。
通常使用拉伸试验机或疲劳试验机进行恒定应力寿命试验。
3. 试验条件的确定:根据材料的使用环境和要求,确定试验条件,包括应力水平、试验温度、试验时间等。
应力水平一般选择材料的屈服强度的一定比例,试验温度一般选择材料的使用温度或者更高的温度。
4. 试验过程的控制:在试验过程中,需要对试验设备进行精确的控制,以保持恒定的应力水平。
同时,还需要对试验样品进行监测,记录其应力和变形等参数的变化情况。
5. 寿命评估的方法:根据试验结果,采用适当的寿命评估方法对材料的寿命进行评估。
常用的方法包括S-N曲线法、Wöhler曲线法等。
6. 结果的分析和报告:对试验结果进行分析,得出结论,并编写试验报告。
报告中应包括试验样品的基本信息、试验条件、试验结果、寿命评估方法和结论等内容。
二、加速寿命试验方法总则加速寿命试验是一种通过提高应力水平或者试验温度,以缩短试验时间来评估材料寿命的方法。
该试验方法的总则如下:1. 试验样品的选择:选择代表性的试验样品,样品的几何形状和尺寸应符合相关标准或规范的要求。
2. 试验设备的选择:根据试验要求选择合适的试验设备。
通常使用高温高压试验设备或者加速寿命试验机进行加速寿命试验。
3. 试验条件的确定:根据材料的使用环境和要求,确定试验条件,包括应力水平、试验温度、试验时间等。
应力水平一般选择材料的屈服强度的一定比例,试验温度一般选择材料的使用温度或者更高的温度。
加速寿命试验的理论模型与试验方法.

6.2 产品可靠性试验6.2.1 可靠性试验的意义与分类可靠性试验是为分析、评价、提高或保证产品的可靠性水平而进行的试验。
产品的研制者通过试验获得产品设计、鉴定所需的可靠性数据(可靠性测定试验)。
通过试验暴露产品缺陷,改进设计并获得可靠性增长信息(可靠性增长试验)。
产品的制造者通过试验剔除零件批中的不合格品或暴露整机缺陷,消除早期故障(可靠性筛选或老化试验老化试验不是消除早期故障的)产品使用者通过试验验证产品批可靠性水平以保证接收的产品批达到规定要求(可靠性接收试验)。
政府或行业管理部门通过试验获得数据库所需基础可靠性数据(可靠性测定试验),认证产品可靠性等级(可靠性验证试验),进行产品的可靠性鉴定与考核(可靠性鉴定试验)。
本节主要介绍可靠性测定试验,这是为获得产品可靠性特征量的估计值而进行的试验,根据需要可由试验结果给出可靠性特征量的点估计值和给定置信度下的区间估计。
由于可靠性试验往往是旷日持久的试验,为节省时间与费用常采用加速试验的方式。
本节将介绍某些加速寿命试验的理论模型与试验方法。
6.2.2 指数分布可靠性测定试验大多数电子元器件、复杂机器及系统的寿命都服从指数分布。
其待估参数为故障率λ,其他可靠性指标可利用估计值进行计算MTBF 已经有平均的意思了1.定时截尾试验(1)点估计试验进行至事先规定的截尾时间t c停止试验,设参与试验的n个样本中有r个发生关联故障,则由极大似然估计理论得出的故障率点估计值为式中t i——第I个关联故障发生前工作时间(i=1,…,r)。
若在试验过程中及时将已故障产品修复或替换为新产品继续试验,则为有替换的定时截尾试验。
此时λ的点估计为(2)区间估计对于无替换和有替换的定时截尾试验,其给定置信度为1-α的双侧置信区间为[λL,λU],则式中——自由度为υ的分布的概率为的下侧分位点;T——总试验时间(3)零故障数据的区间估计当定时截尾试验在(0,t c)内的故障数r=0时,可由式(4)给出。
多因子永磁发电机加速寿命试验方法研究

Zhuangbei Yingyong yu Yanjiu ♦装备应用与研究多因子永磁发电机加速寿命试验方法研究张登平^毛可意^张永胜^吴传文^(1.贵州航天林泉电机有限公司,贵州贵阳550081:2.国家微特电机工程技术中心,贵州贵阳550081)摘要:寿命是衡量产品时间性能的一项重要指标,采用加速寿命试验可以缩短寿命试验周期,降低试验费用,提前暴露产品的缺 陷。
现提出一种考虑多种加速因子的试验方法,采用此方法对分装式发电机进行加速寿命试验,证明了该方法在工程上的实用性。
关键词:多因子发电机;加速寿命试验;验证0引言高速电机由于具有功率密度大、尺寸小、可靠性高等优点,在压缩机、真空泵、汽轮机、飞轮储能及高速机床中得到了 越来越广泛的应用[1]。
为发动机数字控制系统研制的发电机具 有较长的使用寿命,多则要求上万小时的寿命时间。
采用传统 的寿命试验方法具有试验周期长、试验费用高的缺陷,不能满 足研制任务要求。
本文以某分装式永磁发电机为研究对象,对加速寿命试 验进行了简单介绍,通过提高环境温度和增加转速的途径对 发电机进行加速寿命试验,对比分析了采用加速寿命试验后 所需的试验周期和传统的寿命试验时间,验证了加速寿命试 验方案大大缩短了试验周期,具有很好的实用性。
1加速寿命试验加速寿命试验,是指在进行合理工程及统计假设的基础上,利用与物理失效规律相关的统计模型对在超出正常应力 水平的加速环境下获得的可靠性信息进行转换,得到试件在 额定应力水平下可靠性特征的可复现的数值估计的一种试验 方法加速寿命试验采用加速应力对试件进行寿命试验,从 而缩短了试验周期,其研宄使髙可靠长寿命产品的可靠性评 定成为可能。
1.1恒定应力加速试验按照试验应力的加载方式,加速寿命试验通常分为恒定 应力试验、步进应力试验和序进应力试验三种基本类型。
本文 采用恒定应力试验方法进行加速寿命试验,其特点是对产品 施加的“负荷”水平保持不变,高于产品在正常条件下所接受 的“负荷”水平。
加速寿命试验知识摘录
加速寿命试验寿命试验(包括截尾寿命试验)方法是基本的可靠性试验方法。
在正常工作条件下,常常采用寿命试验方法去估计产品的各种可靠性特征。
但是这种方法对寿命特别长的产品来说,就不是一种合适的方法。
因为它需要花费很长的试验时间,甚至来不及作完寿命试验,新的产品又设计出来,老产品就要被淘汰了。
所以这种方法与产品的迅速发展是不相适应的。
经过人们的不断研究,在寿命试验的基础上,找到了加大应力、缩短时间的加速寿命试验方法。
加速寿命试验是用加大试验应力(诸如热应力、电应力、机械应力等)的方法,加快产品失效,缩短试验周期。
运用加速寿命模型,估计出产品在正常工作应力下的可靠性特征。
下面就加速寿命试验的思路、分类、参数估计方法及试验组织方法做一简单介绍。
1 问题高可靠的元器件或者整机其寿命相当长,尤其是一些大规模集成电路,在长达数百万小时以上无故障。
要得到此类产品的可靠性数量特征,一般意义下的载尾寿命试验便无能为力。
解决此问题的方法,目前有以下几种:(1)故障数r =0的可靠性评定方法。
如指数分布产品的定时截尾试验θχαL S t =2202()())(20t S 为总试验时间。
α为风险, α=0.1时,21.0χ(2)=4.605≈4.6;当α=0.05时,205.0χ(2)=5.991≈6。
(2)加速寿命试验方法如,半导体器件在理论上其寿命是无限长的,但由于工艺水平及生产条件的限制,其寿命不可能无限长。
在正常应力水平0S 条件下,其寿命还是相当长的,有的高达几十万甚至数百万小时以上。
这样的产品在正常应力水平0S 条件下,是无法进行寿命试验的,有时进行数千小时的寿命试验,只有个别半导体器件发生失效,有时还会遇到没有一只失效的情况,这样就无法估计出此种半导体器件的各种可靠性特征。
因此选一些比正常应力水平0S 高的应力水平1S ,2S ,…,k S ,在这些应力下进行寿命试验,使产品尽快出现故障。
(3)故障机理分析方法研究产品的理、化、生微观缺陷,研究缺陷的发展规律,从而预测产品的故障及可靠性特征量。
加速寿命试验研究综述
加速寿命试验研究综述为了判断产品使用寿命,加速寿命试验是一种常用的手段。
本文旨在综述加速寿命试验的基本原理、常见方法以及展望未来的发展趋势。
一、基本原理加速寿命试验的基本原理是将产品的使用环境条件放大,以缩短产品的使用寿命,进而推断实际使用条件下的寿命。
试验中需要确定的环境因素包括温度、湿度、氧化、压力、振动等,这些因素是影响产品寿命的重要因素。
二、常见方法1.温度试验温度是影响产品使用寿命的重要因素,因此温度试验也是加速寿命试验中最常用的方法之一。
通过将产品置于高温或低温条件下,以缩短产品寿命。
湿度也是影响产品使用寿命的重要因素之一。
在湿度试验中,产品被放置在高湿度环境下,以模拟长期使用条件中的潮湿环境,进而推断出实际寿命。
3.氧化试验氧化是很多产品使用过程中常见的问题。
在氧化试验中,产品被置于高氧化或低氧化的环境中,以缩短产品寿命,进而得出实际寿命。
4.压力试验5.振动试验振动试验主要针对那些在振动环境中工作的产品,比如汽车发动机、机械振动等。
通过模拟实际振动环境,以缩短产品寿命,进而推断出实际寿命。
三、发展趋势未来,随着科技的发展和人们对品质的要求越来越高,加速寿命试验也会不断发展。
以下是未来可能的发展趋势:未来的加速寿命试验将会更加注重多因素试验,即同时考虑多种环境因素对产品寿命的影响,以逼近实际使用条件中的情况。
2.新兴材料的测试随着新兴材料的不断涌现,比如高分子材料、纳米材料等,未来的加速寿命试验将会对这些新材料进行测试,以评估它们的实际使用寿命。
3.虚拟仿真试验未来的加速寿命试验将会更加注重虚拟仿真试验,即通过计算机模拟产品的使用过程,进而降低试验的成本和时间。
总之,加速寿命试验是评估产品使用寿命的一种重要手段,在未来将会不断发展,以适应不断变化的市场需求。
高加速寿命试验方法中筛选确认必要性研究
高加速寿命试验方法中筛选确认必要性研究陈庆国;晋晓峰;程雪芬;吴媛霞;丁勇;李伟恒;黄志远【期刊名称】《环境技术》【年(卷),期】2018(036)005【摘要】由于HALT/HASS试验装置之间本身存在有一些差异,特别是不同制造商的HALT/HASS试验装置差异较大.本文提出了筛选确认(VOS)技术,为了证明VOS 的必要性,特别设计了以下试验对不同试验装置的振动数据进行比对.【总页数】4页(P58-61)【作者】陈庆国;晋晓峰;程雪芬;吴媛霞;丁勇;李伟恒;黄志远【作者单位】安徽国家铜铅锌及制品质量监督检验中心,铜陵 244000;国家印制电路板质量监督检验中心(安徽),铜陵 244000;安徽国家铜铅锌及制品质量监督检验中心,铜陵 244000;国家印制电路板质量监督检验中心(安徽),铜陵 244000;安徽国家铜铅锌及制品质量监督检验中心,铜陵 244000;国家印制电路板质量监督检验中心(安徽),铜陵 244000;安徽国家铜铅锌及制品质量监督检验中心,铜陵 244000;国家印制电路板质量监督检验中心(安徽),铜陵 244000;安徽国家铜铅锌及制品质量监督检验中心,铜陵 244000;国家印制电路板质量监督检验中心(安徽),铜陵 244000;深圳市计量质量检测研究院,深圳 518055;铜陵市超远精密电子科技有限公司 , 铜陵244000【正文语种】中文【中图分类】TN707【相关文献】1.气缸加速寿命试验中参数估计方法的研究 [J], 何涛;祁晓野;陈娟2.毒理学研究的高内涵筛选及其在药物肝毒性研究中的应用 [J], 葛帅;汤纳平;付立杰;马璟3.修复镉污染土壤的油菜品种的筛选及吸收累积特征研究--高积累镉油菜对土壤中难溶态镉的活化及吸收研究(Ⅱ) [J], 王激清;张宝悦;苏德纯4.孙世光:高警示中药注射剂目录筛选方法研究稳步推进 [J], 苏暄5.苏芸金杆菌高毒力菌株筛选方法研究 [J], 张剑冰;欧广东因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
本刊加入“中国知网(CNKI)”等系列数据库的声明
CHANPIN KEKAO X ING YU HUANJ I NG SHIYAN电子产品可靠性与环境试验2021年为适应我国信息化建设,扩大本刊及作者知识信息的交流渠道,本刊和有关数据库合作,已被“中国知网(CNKI )”“北京万方数据股份有限公司”和“万方数据电子出版社”等系列数据库收录,其作者文章著作权使用费与本刊稿酬一次性给付。
作者向本刊提交文章发表的行为即视为同意本编辑部的上述声明。
环境试验》编辑部本刊加入“中国知网(CNKI )”等系列数据库的声明Accelerated testing technology [EB/OL].[2020-03-01].https :///publication/285635530_Ac ⁃celerated_testing_technology_J.[2]WATKNS A J .Review :likelihood method for fittingweibull log-linear models to accelerated life test data [J].IEEE Transactions on Reliability ,1994,43(3):361-365.[3]BHATTACHARGGA G K ,SOEJOETI Z A.A tamperedfailure rate model for step-stress accelerated life test [J].CommunicationsinStatistics$Theory&Method ,1989,18(5):1627-1643.[4]KIMMEL J.Accelerated life testing of paper dielectric ca ⁃pacitors [C]//Proceedings of 4th National Symposium on Reliability and Quality Control ,1958.[5]FALLOU B ,BURUIERE C ,MOREL J F.First approachon multiple stress accelerated life testing of electrical insu ⁃lation [C]//NRC Conference on electrical insulation and dielectric phenomena in Pocono ,1979:621-628.[6]SIMONI L ,MAZZANTI G.A general multi-stress life mod ⁃el for insulation materials with or without evidence for thresholds [J].IEEE Transaction on electrical insulation ,1993,16(3):349-364.[7]MONTANARI G C ,CACCIARI M.A probabilistic lifemodel for insulation materials showing electrical threshold [J].IEEE Transaction on electrical in sulation ,1989,24(1):127-137.[8]PECKN D perhensive model for humidity testing cor ⁃relation [C]//Proceeding of 24th Annual international reli ⁃ability physics symposium ,1986:44-50.[9]SILVERMAN M.Accelerated reliability test techniques usedto find defects within printed circuitboards [C]//Proceed ⁃ings of Annual Technical Meetings on Design ,Test ,andEvaluation Product Reliability Institute of Environmental Seiences ,1998:283-285.[10]SRINIVAS M B ,RAMU T S .Multifactor aging of HVgenerator stator insulation including mechanical vibration [J].IEEE Transaction on Electrical Insulation ,1992,27(5):1009-1021.[11]施晋生,王旭.加速试验法评估飞机副油箱尾锥寿命[J].空军工程大学学报(自然科学版),2004,5(3):4-7.[12]王冬梅,谢劲松.随机振动试验加速因子的计算方法[J].环境技术,2010,28(2):47-50.[13]虞明.随机路面汽车加速可靠性试验的研究[D].北京:中国人民解放军装甲兵工程学院,1990.[14]姜华.车辆加速寿命试验加速系数的探讨[J].农业机械学报,2000,31(6):95-98.[15]周海亭.汽车燃油分配管加速振动试验研究[J].机械强度,2003,25(5):572-575.[16]黄安贻.气缸恒定应力加速寿命试验研究[J].机械制造,2009,47(535):66-68.[17]秦桂骧.随机振动加速试验依据[J].航空标准化与质量,1981(3):52-56.[18]肖寿庭,杜修德.LY12CZ 铝合金悬臂梁动态疲劳S~N曲线的试验测定[J].机械强度,1995,17(1):22-24.[19]杨万均,施荣明.振动疲劳试验寿命确定方法研究[J].机械设计与研究,2012,28(2):71-73.[20]IRVINE T.Time-scaling equivalence methods for randomvibration testing [EB/OL].[2020-03-01].http ://cite ⁃/viewdoc/downolad?doi =10.1.1.639.43728&rep=rep 1&type=pdf.[21]KIPP W I.Vibration testing equivalence :how many hoursof testing equals how many miles of transport?[EB/OL].[2020-03-01].https :///catalogue/84b63e2e-31b9-3ca1-a5f4-ac76ba810d70/.[22]HEIBER ,e and abuse of test time exaggeration fac ⁃tor [2020-03-01].https:///publica ⁃tion/298609070_Use_and_abuse_of_time_exaggeration_factors.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
气缸 的应用非常广泛 , 一套气动系统装置往往会 有数支到数十支气缸组成。但是气缸 的常规寿命试验 时间往 往很 长 , 于新 产品 , 对 这无 疑会 延长产 品的开发
周期 , 同时在 常规 寿 命试 验 时 , 压缩 机 不 间 断 的工 作 , 消耗大 量 的能源 。 因此 , 气 缸 进 行加 速 寿命 试 验可 对 以大大 缩短试 验 时 间 , 节约 能源 , 是非 常有 意义 的 。针 对气缸 进行 加速 寿命试 验 必须 注意 以下几 点 :
滨工业大学出版社 ,9 0 19 .
频段内, 轴承的动刚度和阻尼系数基本保持不变 ; 挤压 数大于 10以后 , 0 随频率 的增加动态 刚度增幅不再 明
显 , 阻尼 系数逐 渐减小 为 接近 于零 的正数 。 而
参考文献 : [ ] A tfrA a s f h tfe n a igo ni— 1 K Si e. n l i o e ins a ddmpn f f l ys t sf s a n
CHE J —n,WANG h n l N a u Z a —i n,W A G h o pn N S a - ig
( 北京航空航天大学 自动化学 院机械 电子工程系 , 北京 10 8 ) 0 0 3
摘
要 : 气缸进 行 加速 寿命 试验 可 以大 大缩短试验 时间 , 对 缩短产 品 开发 周期 , 节约 能源 , 文选择 某 系 该
()预 测造 成 产 品 故 障 的 原 因 , 而 确 定试 验 条 2 从
收稿 日期 :0 50 。5 2 0 —71
件, 对影响产品寿命 的试验条件要考虑充分 ;
()将试 从
卜— 卜 斗} + _ —汁 — + * 卜 斗 }_ - _} — _{_{ * } _ —*— 制— { —{ * { } } _. { H ÷ —+} _辛 } _
中图分类 号 : 3 文献标 识码 : 文章 编号 :0 04 5 {0 6 0 —0 10 TH1 8 B 1 0 —8 8 2 0 170 1 —3
1 引言
品发 生故 障 ; ( )进行 故 障解析 , 4 明确 故障机 理 和故障 原 因 ; ()为 了提 高 寿命 预 测 的精 度 , 验 样 本 数 目要 5 试 足够 多 。 根据这 些条 件 , 我们 选 定 某 公 司 的某 系 列 产 品作 为受 试对象 进 行试 验 。 2 气 缸故 障机 理分析 和加 速应 力的确 定
列气缸产品作为受试对象制定了恒定应力加速寿命试验谱 。首先分析 了气缸的故障模式、 故障树和故障机 理, 气缸主要的故障模 式是活塞杆 密封圈和活塞密封圈的磨损; 然后确定 了 加速应力为影响气缸寿命的工作 应力: 流体温度?使用压力及 气缸动作频率 ; 最后制定 了恒定应力加速寿命试验谱。 关键词 : 加速寿命试验 ; 气缸 ; 恒定应力
4 7 3. 3.
[ ] 郭 良斌 , 6 王祖温 , 包钢 , . 型环面节流静 压气体球轴 承 等 新 压力分 布 的有 限元 计算 [ ] 摩擦 学 学报 , 04 2 ( ) J. 2 0 ,4 6 :
5 1—5 5 3 3 .
[ ] Junlo u rai eh ooy T a so S J .o ra fL b ct n T cnlg , rn fA ME. i o
() 1 产品的故障模式明确 , 对于主要的故障模式 , 其故障机理和故障原因可以用常用的加速模型描述出
来;
进行 故 障模式 分析 ( aue d dEfc A a F ir e n f t n l l Mo a e —
yi 简称 F A 有利于改善产品 的可靠性 。从气缸 s, s )
作者 简介 : 陈娟( 9 3 )女 , 17 一 , 山东新泰人 , 博士 , 主要 从事 机
电控制方面的科 研和教学 工作 。
承, 只是 小孔处 的动 态 压力 边 界 条 件 稍 有不 同。理 论 计 算结 果表 明 , 圆盘 止推 气 体 轴 承 的动 态 特 性 随挤 压 数( 即摄 动频 率 ) 的变 化 而改 变 , 在挤 压 数 小 于 1的低
h r n l o e s t d mutpe I lt ic h u t b a ig e e t c mp n a e , y l l—n e ,cr l t r s e rn i e
[ ] 候予 , 5 熊联友 , 陈纯正 , . 等 多排环形供气孔 静压止推气 体
轴承 的研究 []. J 西安交通 大学学 报 ,00,4 1 )4 2 0 3 ( 1 :0—
出 版 社 ,96 18 .
[ ] 郭 良斌 . 3 静压气体轴 承 静态 特性 的理论 研究 综述 [] 武 J. 汉科技大学学报( 自然科学版 )20 ,9 1 :7—4 . ,0 6 2 ( )3 0 [] 刘 暾 , 4 刘育 华 , 陈世杰 . 压气体 润滑 [ . 静 M] 哈尔滨 : 尔 哈
17 ,6 3 : 2 9 49 ( ) 3 9—3 6 3.
[ ] 郭良斌, 7 王祖温, 包钢 , 新 型环 面节流静压气体球轴承动 等. 特性分析 []中国机械工程,04 1(3 : 6 — 7 . J. 20 , 52 ) 209 203
维普资讯
20 0 6年 第 7期
液压 与 气动
1 1
气 缸恒 定 应 力加 速 寿 命试 验 谱 的研 究
陈 娟 。 占林 , 王 王少萍
Re e r h o c lr t f s e tu f rPn u tc Cy i d r s a c n Ac ee a e Lie Te tSp c r m o e ma i l e s n