装备贮存寿命整机加速试验技术研究

对于导弹、鱼雷等武器装备而言,其主要特点是“长期贮存、一次使用”,贮存在整个寿命周期中占据极大比重。贮存寿命评估是实现此类装备“合理定寿、科学延寿”的前提和关键,对提高装备完好率、充分发挥装备效益具有重大意义。传统的基于现场贮存的贮存寿命评估方法,存在耗时长、费用大、预测能力弱的缺点。而加速试验技术提供了一条快速实现贮存寿命评估的可行途径,日益受到装备贮存可靠性领域的普遍关注。 针对装备贮存寿命评估的工程需求,论文从评估效果和可操作性两方面折中考虑,提出装备贮存寿命评估中加速试验技术应定位在装备的整机级产品。对整机加速试验的机理模型、统计分析、一致性分析及融合评估、优化设计等一系列问题进行了系统深入的研究,建立适用于装备贮存寿命评估的整机加速试验理论和方法,为导弹、鱼雷等武器装备的定寿延寿提供技术支撑。论文主要研究内容包括: 1.作为论文工作的基础,首先对整机加速试验实现装备贮存寿命评估进行了机理分析。在此基础上建立了整机加速试验的寿命模型、退化模型等相关模型,可用于描述整机恒加试验、整机步进试验、老产品整机恒加试验等主要试验类型中加速应力与整机贮存寿命之间的演化规律。其中,老产品是指在正常贮存环境下贮存了一段时间,然后再投入加速试验的样品。 2.针对整机加速试验统计分析问题,提出了整机恒加试验、整机步进试验、老产品整机恒加试验的统计分析方法。 (1)对整机恒加试验数据的最一般形式(突发型、退化型失效模式并存,且数据为非完整数据)进行了描述并建立了统计分析基本思路。提出了采用基于EM算法的极大似然估计(MLE)方法对突发型失效模式进行统计,结果表明,EM算法比传统的直接极大化算法精度更高、稳定性更好。研究了退化型失效模式的伪失效寿命MLE和最小二乘估计方法,并对两者进行对比分析,总体而言伪失效寿命MLE统计效果相对更好。 (2)在研究整机恒加试验统计分析方法的基础上,通过考虑不同量级应力加载对整机失效的累积影响,提出了整机步进试验、老产品整机恒加试验统计分析方法,并通过应用实例验证方法的有效性,为整机加速试验主要试验类型的统计分析提供技术支撑。 3.针对整机加速试验一致性分析及融合评估问题,建立了一致性分析的量化指标,在此基础上分别提出了整机加速试验Bayes融合评估方法和MLE融合评估方法。 (1)提出了基于Gamma先验分布和基于Dirichlet先验分布的Bayes融合评估方法,可用于整机加速试验数据与类似产品信息、专家经验等信息的融合。分析结果表明,该方法在整机加速试验样本量较小的情况下可有效提高评估结果的一致性。 (2)提出了老产品整机恒加试验的MLE融合评估方法,可用于老产品整机加速试验数据与现场贮存数据的融合。并通过仿真分析及应用实例进行有效性验证,结果表明,该方法可有效融合现场贮存数据,提高评估结果的一致性。 4.针对整机加速试验优化设计问题,建立了整机加速试验方案设计及优化的主要流程,并就主要失效模式定量分析和方案优化设计两个主要问题开展了研究。 (1)提出了整机主要失效模式定量分析的MLE方法和Bayes方法,仿真分析和应用实例结果表明,相对于目前常用的频率分析方法,MLE方法的分析精度稍高,适用于失效数据样本量较大场合;而Bayes方法可以有效扩大信息量,在样本量较小场合能更有效的找出整机产品的主要失效模式。 (2)提出了仿真基整机加速试验优化设计方法,对整机加速试验的主要试验要素进行优化,使试验获得更好的评估效果。验证结果表明,该方法有效解决了传统解析优化方法推导困难的问题,易于流程化、方便工程应用。 5.以某先导式安全阀为应用对象,将本文研究成果应用于装备贮存寿命评估,为整机加速试验技术提供完整的工程应用案例。结果表明,元器件材料级加速试验与整机级加速试验的评估结果存在较大差异,由于整机级加速试验能更为真实的反映产品的试验条件和技术条件,评估结果更为准确可信。 综上所述,本文在装备贮存寿命评估应用需求的牵引下,通过理论分析、仿真分析和应用验证研究,深化了对装备贮存寿命评估中整机加速试验技术的认识,系统研究了整机加速试验技术的机理模型、统计分析、一致性分析及融合评估、优化设计等理论和技术问题。本文的研究成果,对推动整机加速试验这一新技术在装备贮存可靠性领域中的研究和应用,具有重要的理论与工程价值。