[发明专利]一种基于马尔可夫信息矩阵的加速寿命试验载荷谱设计方法

摘要

本发明公开了一种基于马尔可夫信息矩阵的加速寿命试验载荷谱设计方法，应用于航空机载设备可靠性领域。该方法在利用马尔可夫信息矩阵方法，对处于交变应力的机械产品的载荷进行了统计，同时考虑到了载荷的累积效果和切换冲击的影响。利用隐马尔可夫模型解决了对于航空液压泵等一类实际载荷无法直接可得的问题。求解出了液压泵流量载荷。依据累积损伤理论进行了加速寿命试验载荷谱的设计。本发明方法在不改变航空机载设备失效机理的前提下，实现了对航空机载设备的加速寿命试验，并得到好的加速效果。

主权项

1.一种基于马尔可夫信息矩阵的加速寿命试验载荷谱设计方法，包括以下几个步骤：步骤一、利用隐马尔可夫模型获取航空液压泵工作载荷剖面，并统计液压泵载荷的马尔可夫信息矩阵；基于时间的马尔可夫矩阵为：其中：M表示马尔可夫信息矩阵，i，j分别为不同的应力等级，n表示载荷周期内的各个应力等级，t_i为各级应力持续的时间，m_i,j表示马尔可夫信息矩阵从应力等级i转移到应力等级j的统计值，表示集合中元素个数的运算符，k表示载荷切换点，X_k为在切换点k时的状态，通过遍历载荷谱历史信息，得到马尔可夫信息矩阵；通过马尔可夫信息矩阵统计载荷谱，在原有马尔可夫矩阵的基础上增加应力累积施加信息，构成一种新型的基于时间的马尔可夫矩阵，同时包含载荷谱切换频次信息和各等级载荷的持续时长信息；步骤二、根据马尔可夫信息矩阵计算载荷转移矩阵和等级持续时长矩阵；通过由步骤一对历史载荷信息的统计所得到马尔可夫信息矩阵M进行进一步的计算，得到状态的载荷转移矩阵Q_T和等级持续时长矩阵D_T：其中，P(X_k＝x_k|X_k‑1＝x_k‑1)则表示在切换点k状态为x_k的概率，且该概率仅仅与切换点k‑1的概率有关，q_ij为从应力等级i转移到应力等级j的概率大小，d_i为应力等级为i时载荷持续时长所占的比例；步骤三、分析关键失效模式，根据累积损伤一致原则，设计加速载荷谱；缸体柱塞副的磨粒磨损计算采用Archard磨损模型：V＝KP_loadL/(3H)式中，P_load是载荷，L是磨损行程，H是维氏硬度，K是磨损系数；通过对柱塞副受力分析，其每个循环所造成的磨损表示为：其中，m，l分别为柱塞在柱塞腔外和柱塞腔内的长度，m和l的大小随着柱塞的运动变化而变化，Q为柱塞的输出流量，p_s为出口压力，d为柱塞的直径，ω为柱塞泵的转速，r为柱塞中心到液压泵旋转轴心的距离，Z为液压泵柱塞的总个数，为等效的常数系数；对于转子配流盘副磨损的计算采用逆幂率模型计算v＝ap_s^bω^c其中，a,b,c根据实验数据进行参数估计；假设压力和流量两个加速应力分别为S₁和S₂，先选取恒定的应力S₁并提升应力等级，计算出在该恒定加速应力下，对应的其他应力等级S₂下的加速时长，假设加速系数为K₁，K₁＞1；则根据累积损伤相等，以及各等级累积时间所占总时间比例的不同，进行相应的时间折算，即t_i'＝t_i/K；i＝1,2...8；根据各个应力等级S₂上的加速时长，计算每个等级下的加速应力S′₂，保证在两种加速应力下，对部件成的损伤一致；首先选取加速时压力P’，计算等效加速时长T₂，计算各等级应力持续时长，然后根据流量加速因子计算加速流量，最后，根据转移矩阵Q_T，加速应力P’和Q’，等级持续时长矩阵D_T，生成加速载荷谱，利用该加速载荷谱生成新的加速载荷谱并指导加速寿命试验。