[发明专利]一种基于物理模型的陀螺贮存寿命加速试验方案确定方法

摘要

一种基于物理模型的陀螺加速寿命试验方案确定方法，其步骤如下：一：根据陀螺参数变化机理研究结果推导得到参数的加速变化的物理模型；二：根据陀螺产品制造的分散系数和试验加载应力的情况，确定加速试验的分散系数，从而使步骤四中确定加速试验时间时，更加准确；三：以步骤一中的陀螺参数物理模型为基础，引入各参数的稳定性阈值，同时带入不同的加速试验温度以求解得到该试验温度下的加速因子估计值；四：根据步骤三中得到的不同温度下的加速因子，求得不同温度下陀螺稳定期对应所需要的加速试验时间，并在此基础上对加速验证试验的应力水平，样本个数，观测点个数和具体试验剖面进行设计。该方法能估计试验所需时间，试验设计方案合理可信。

主权项

1.一种基于物理模型的陀螺加速寿命试验方案确定方法，假设陀螺各参数均具有可退化性，且各参数的加速变化模型即物理模型能够很好地拟合该参数的变化轨迹；陀螺在进行高温加速退化试验过程中保持失效机理不变，并与正常使用环境下的失效机理相同，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：根据陀螺参数变化机理研究结果推导得到参数的加速变化的物理模型；由于本加速试验主要研究陀螺贮存寿命，加速应力仅限于高温，所以主要利用阿伦尼斯模型对各参数建立加速变化的物理模型；步骤二：根据陀螺产品制造的分散系数和试验加载应力的情况，确定加速试验的分散系数，从而使下述步骤四中确定加速试验时间时，更加准确；步骤三：以步骤一中的陀螺参数物理模型为基础，引入各参数的失效阈值，同时带入不同的加速试验温度以求解得到该试验温度下的加速因子估计值；步骤四：根据步骤三中得到的不同温度下的加速因子，求得不同温度下陀螺一定贮存寿命对应所需要的加速试验时间，并在此基础上对加速验证试验的应力水平，样本个数，观测点个数和具体试验剖面进行设计；其中，在步骤一中所述的“阿伦尼斯模型”是D=A₀exp[-△E/(kT)]式中，D为退化特征值，A₀为常数，k为波尔兹曼常数，△E为失效机理激活能，T为绝对温度；该模型反映了产品参数特征值与施加应力即温度之间的关系，且在此模型基础上，能方便的求解加速因子；其中，在步骤一中所述的根据陀螺参数变化机理研究结果推导得到参数的加速变化的物理模型，其推导方法及过程如下：a.对陀螺参数代表的物理含义和产生部分结构和工作原理进行分析,分析哪些部件发生改变会对该参数产生影响，即分析内部变化会对参数变化产生的影响；b.对贮存条件下陀螺参数误差变化机理分析；在贮存条件下，即在不通电密封存放条件下，湿度、气压、电应力和磁场外界环境应力对参数产生的影响；c.根据以上分析，找到误差来源的关键机理，从底层模型逐步推导该参数的物理模型；其中，在步骤二中所述的确定加速试验的分散系数，其具体做法如下：试验分散系数考虑的分散性主要有两方面：一是产品试验应力和产品工作应力或实际贮存应力的差异带来的寿命分散；二是结构材料和制造质量不同造成的寿命分散；若分别以K_L与K_d表示应力对应的分散系数和结构材料与制造质量对应的分散系数，则K=K_L·K_d其中，在确定试验应力后，确定K_L；而产品结构材料和制造质量的分散系数K_d是根据实际使用情况和历史数据给出；其中，在步骤三中所述的根据步骤一中参数物理模型为基础，引入各参数的稳定性阈值，同时带入不同的加速试验温度以求解得到该试验温度下的加速因子估计值，其求解加速因子估计值,其具体做法如下：在步骤三中所述的根据步骤一中参数物理模型为基础，引入各参数的失效阈值，同时带入不同的加速试验温度以求解得到该试验温度下的加速因子估计值，其求解加速因子估计值的具体做法如下：a.在加速退化问题中，加速因子的定义为：对给定的退化量α>0，在应力水平S_i，S_j（i≠j）下，产品的α退化累积时间分别为t_αi，t_αj，则称kji(α)=tαitαj]]>为产品的应力水平S_j对应力水平S_i的加速退化因子函数，简称为加速退化因子；所以根据步骤二中参数加速变化的物理模型，给定失效阈值D，得到不同温度下，参数退化到阈值D的时间t_D(T_i)，所以加速退化试验的加速因子为kji(α)=tD(Ti)tD(Tj);]]>其中，在步骤四中所述的根据步骤三中得到的不同温度下的加速因子，求得不同温度下陀螺需要保证的贮存寿命对应所需要的加速试验时间，其求得的方法如下：在步骤四中所述的根据步骤三中得到的不同温度下的加速因子，求得不同温度下陀螺需要保证的贮存寿命对应所需要的加速试验时间，其求得的方法如下：假设所需验证的陀螺贮存寿命时间为t_贮，加速因子为k_ji(α)，K为步骤二中的试验分散系数，则其该温度下的加速试验时间为其中，在步骤四中所述的对加速验证试验的应力水平，样本个数，观测点个数的设计方法如下：在步骤四中所述的对加速验证试验的应力水平，样本个数，观测点个数的设计方法如下：a.由于本加速寿命试验为验证试验，主要目的是验证参数加速变化的物理模型是否符合变化规律，所以为验证模型的目的，仅需在1个温度下进行加速验证试验，且该温度应为陀螺保持失效机理一致性的最高极限温度；b.由于陀螺加工精度很高，各参数变化分散性很小，且陀螺样件制作成本很高，所以每个温度下仅需放置1～3个样本满足试验要求；c.观测点设置时，主要依据是该温度下的试验时间和测试所需的时间；观测点选取等间隔分布，且为能够描绘参数退化轨迹，要求总的观测点不少于15个。