一种基于压簧应力松弛测试数据的可靠度确定方法技术

一种基于压簧应力松弛测试数据的可靠度确定方法，具体步骤为1)测试设备的安装与试验准备；2)确定试验温度，开展不同温度下的压缩弹簧应力松弛试验，采集不同试验时间的承载力并绘制应力松弛曲线；3)将步骤2)采集到的承载力与试验时间，以压缩弹簧负载损失率为纵坐标，对应的试验时间的对数为横坐标，分别绘制各个测试温度下的压缩弹簧负载损失率与时间的半对数曲线；进而得到弹簧试样在实际工作温度下的应力松弛方程，并计算获得实际工作温度下弹簧试样寿命末期下的负载损失率及剩余负载；4)获取弹簧试样(8)寿命末期可靠度。本发明专利技术有效解决了压缩弹簧可靠性评估数据离散性大，试验时间长，评估数据源精度较差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压簧应力松弛测试数据的可靠度确定方法
本专利技术属于螺旋压缩弹簧寿命预测及可靠性评估
，具体涉及一种基于压簧应力松弛测试数据的可靠度确定方法。
技术介绍
应力松弛是指在恒应变过程中，材料内部发生由纯弹性应变向非弹性应变转变的过程，应力松弛是很多弹性元件和紧固件失效的直接原因，弹性元件长期使用及贮存状态下由于拉伸、压缩、弯曲和扭转等载荷作用不可避免的会发生应力松弛。抗应力松弛性能是弹性元件的一个重要机械性能指标。研究表明，压缩螺旋弹簧长期压缩应力作用下的应力松弛将导致弹簧驱动力的下降，直接影响卫星系统相关产品的可靠性。目前，弹簧寿命预测方法主要有弯曲试验法、扭转试验法和压缩试验法。其中，弯曲试验法和扭转试验法与螺旋弹簧使用状态不一致，不能作为螺旋弹簧可靠性评估的依据。压缩试验法是指将螺旋弹簧压缩至工作高度，通过压力传感器实时测量载荷变化情况，并以此为基础开展寿命预测。能较好的模拟螺旋弹簧的应用状态。最新的压缩试验设备已能实现压力数据的实时读取与记录，克服了传统压缩法反复加载、卸载，测试数据人为误差大的缺点，并通过采用温度加速试验的方法开展试验，缩短了试验周期，提升了试验效率，可作为表征压缩弹簧应力松弛特性的依据。然而，对于可靠性评估而言，最核心的工作是对螺旋弹簧离散性的表征和对试验条件一致性的控制，因此需同时测量多个同批次、同状态产品的应力松弛特性。于是该方法应用于可靠性评估中的缺点主要表现为：无法实现对多个产品的同时测量，每个试样单独测量会导致各个试样经历的试验条件存在偏差，特别是对温度加速试验而言，高温箱的控温原理决定了历次试验条件无法完全一致。因此，多次试验的方法必然会为最终结果引入了额外的不确定性，增大测量误差。同时多个试验依次测量大大增加了试验总时间，降低了试验效率。
技术实现思路
本专利技术解决的技术方案是：克服现有技术的不足，提供一种基于压簧应力松弛测试数据的可靠度确定方法，解决了压缩弹簧可靠性评估数据离散性大，试验时间长，评估数据源精度较差的问题。本专利技术的技术方案是：一种基于压簧应力松弛测试数据的可靠度确定方法，步骤如下：1)测试设备的安装与试验准备11)根据弹簧试样实际安装状态确定初始压缩量，确定弹簧试样的安装高度h，进而确定安装镙杆的安装高度；12)安装测试设备；所述的装置包括底板、顶板、安装镙杆、压力传感器、推杆和推杆帽；121)将安装镙杆固定在底板上，安装镙杆位于底板的上侧面，底板放置在水平试验台上，并通过水平仪确保底板水平；122)将压力传感器分别安装在顶板的螺纹孔中，压力传感器位于顶板的下侧面；123)将安装好压力传感器的顶板通过安装镙杆进行预装，顶板位于底板的正上方，压力传感器分别与底板上的中心通孔相对应，顶板先不加载力，确保顶板与底板间留有足够的位置安装弹簧试样；124)将弹簧试样穿过推杆，推杆下端穿过底板上的通孔，推杆帽与压力传感器相接触，底板通孔、推杆、推杆帽、压力传感器及顶板通孔中心应位于同一垂直线上；13)将连接压力传感器的传感器引线和外置数据处理系统相连，连接电源，在所述的测试设备处于零测试状态下对数据显式仪表进行调零和量程校准；14)通过螺拴将顶板安装在指定位置，并通过微调各个压力传感器的位置确保各弹簧试样压缩至指定高度h，待压力传感器数据显示稳定后读取初始应力；2)确定试验温度，开展不同温度下的压缩弹簧应力松弛试验，采集不同试验时间t的承载力并绘制应力松弛曲线；3)将步骤2)采集到的承载力与试验时间t，以压缩弹簧负载损失率为纵坐标，对应的试验时间的对数为横坐标，分别绘制各个测试温度下的压缩弹簧负载损失率与时间的半对数曲线；进而得到弹簧试样在实际工作温度下的应力松弛方程，并计算获得实际工作温度下弹簧试样寿命末期下的负载损失率及剩余负载；4)获取弹簧试样寿命末期可靠度；将弹簧试样的剩余负载作为广义应力－强度干涉模型中的“强度”，共进行m次有效测试，得到强度测试数据xi(i＝1,2.....m)；将弹簧试样弹出受到的阻力作为广义应力－强度干涉模型中的“应力”，假设另进行了n次测试，得到应力测试数据yi(i＝1,2,…,n)，则其样本均值和标准差分别为令余量Z＝X-Y(20)则其均值和方差的估计量分别为令可靠度点估计为即于是，置信度γ下，可靠度单侧置信下限为RL＝Φ(K-uγσK)。(27)上式中，表示uγ标准正态分布的γ分位点。步骤2)的具体方法为：将带有待测试样的测试设备放置在高温试验箱内，接通电源，将试验箱温度设定到预设温度，记录不同时间下待测弹簧试样的承载力数据，并以采集到的承载力数据为纵坐标，对应的时间为横坐标分别绘制各个温度点下的载荷与时间的变化关系曲线。步骤3)的具体方法为：31)建立应力松弛率νs与试验温度T及位错通过障碍所需激活能Q的关系νs＝γexp(-Q/kT)(28)其中，γ为常数；P0为弹簧初始状态承受的负载；ΔP为弹簧负载损失量；k为波尔兹曼常数；对上述方程两边取对数，得到：lnνs＝lnγ-(Q/k)·(1/T)(29)在应力松弛率的自然对数为纵坐标，松弛温度的倒数为横坐标的坐标系中，两者呈线性关系；设公式(2)表示的曲线斜率为m，则m＝-Q/k，即Q＝-m*k；32)取试验温度T下的应力松弛率vS(T)与规定温度上限下的应力松弛率vS(工作)相比，得到：进而得到规定温度上限下的应力松弛率；33)压簧的负载损失率ΔP/P0与加载时间的自然对数的线性关系为：ΔP/P0＝A+Blnt(31)根据应力松弛率的定义式，公式(3)中得到的应力松弛率即为上式中的参数B；取应力松弛时间t＝1h；即可以得到：A＝ΔP/P0(1h)(32)将参数A理解为弹簧应力松弛1小时后的负载损失率，得到：两边取对数，得到：确定不同温度下的应力松弛方程，根据上式中lnA与1/T的线性关系，可以求得规定的工作上限温度下的参数A；将参数A、B带入公式(4)，得到各个测试温度下的压缩弹簧负载损失率与时间的半对数曲线；34)利用得到的半对数曲线的斜率，以及lnνs与1/T的关系曲线，进行回归分析，得到线性回归方程；利用半对数曲线的截距，以及lnA与1/T的关系曲线，进行回归分析，得到线性回归方程；35)将弹簧试样实际工作温度带入步骤34)确定的两个回归方程，计算得到弹簧试样在实际工作温度下的松弛系数A0、B0；将A0、B0带入公式(4)得到弹簧试样在实际工作温度下的应力松弛方程；36)将弹簧试样自加载完成至寿命终结的全受命周期的时间带入步骤35)确定的应力松弛方程，得到弹簧试样寿命末期的负载损失率，并计算获得寿命末期的剩余负载。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术采用温度加速的方法迅速获得压缩应力弹簧在较高温度下的应力松弛曲线，以Arrhenius方程作为加速模型推导了实际应用环境下的压簧应力松弛方程，可用于预测压簧剩余寿命和计算寿命末期剩余负载，并以压簧负载作为可靠性特征量开展可靠性评估。(2)本专利技术的可靠性评估数据来源一致性好，通过试验设计保证了可靠性评估用数据最大程度的反映了产品自身的离散性特征，同时尽可能降低了环境条件不一致对评估结果的影响。(3)本专利技术中涉及到的基础理论与方法，如应力松弛理论、Arrhenius方程及“应力－强度干涉理论”等均本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压簧应力松弛测试数据的可靠度确定方法，其特征在于步骤如下：1)测试设备的安装与试验准备11)根据弹簧试样(8)实际安装状态确定初始压缩量，确定弹簧试样(8)的安装高度h，进而确定安装镙杆(3)的安装高度；12)安装测试设备；所述的装置包括底板(1)、顶板(2)、安装镙杆(3)、压力传感器(4)、推杆(5)和推杆帽(6)；121)将安装镙杆(3)固定在底板(1)上，安装镙杆(3)位于底板(1)的上侧面，底板(1)放置在水平试验台上，并通过水平仪确保底板(1)水平；122)将压力传感器(4)分别安装在顶板(2)的螺纹孔中，压力传感器(4)位于顶板(2)的下侧面；123)将安装好压力传感器(4)的顶板(2)通过安装镙杆(3)进行预装，顶板(2)位于底板(1)的正上方，压力传感器(4)分别与底板(1)上的中心通孔相对应，顶板(2)先不加载力，确保顶板(2)与底板(1)间留有足够的位置安装弹簧试样(8)；124)将弹簧试样(8)穿过推杆(5)，推杆(5)下端穿过底板(1)上的通孔，推杆帽(6)与压力传感器(4)相接触，底板通孔、推杆(5)、推杆帽(6)、压力传感器(4)及顶板通孔中心应位于同一垂直线上；13)将连接压力传感器(4)的传感器引线和外置数据处理系统相连，连接电源，在所述的测试设备处于零测试状态下对数据显式仪表进行调零和量程校准；14)通过螺拴将顶板(2)安装在指定位置，并通过微调各个压力传感器(4)的位置确保各弹簧试样(8)压缩至指定高度h，待压力传感器数据显示稳定后读取初始应力；2)确定试验温度，开展不同温度下的压缩弹簧应力松弛试验，采集不同试验时间t的承载力并绘制应力松弛曲线；3)将步骤2)采集到的承载力与试验时间t，以压缩弹簧负载损失率为纵坐标，对应的试验时间的对数为横坐标，分别绘制各个测试温度下的压缩弹簧负载损失率与时间的半对数曲线；进而得到弹簧试样(8)在实际工作温度下的应力松弛方程，并计算获得实际工作温度下弹簧试样(8)寿命末期下的负载损失率及剩余负载；4)获取弹簧试样(8)寿命末期可靠度；将弹簧试样(8)的剩余负载作为广义应力－强度干涉模型中的“强度”，共进行m次有效测试，得到强度测试数据xi(i＝1,2.....m)；将弹簧试样(8)弹出受到的阻力作为广义应力－强度干涉模型中的“应力”，假设另进行了n次测试，得到应力测试数据yi(i＝1,2,…,n)，则其样本均值和标准差分别为x‾=1mΣi=1mxi,y‾=1nΣi=1nyi---(1)]]>sx=Σi=1m(xi-x‾)2m-1,sy=Σi=1n(yi-y‾)2n-1---(2)]]>令余量Z＝X‑Y   (3)则其均值和方差的估计量分别为z‾=x‾-y‾---(4)]]>SZ2=Sx2+Sy2---(5)]]>令K=x‾-y‾sx2+sy2---(6)]]>可靠度点估计为R^=P{X>Y}---(7)]]>即R^=P{Z>0}=Φ(z‾/s)---(8)]]>σK={1s2x+s2y(s2xm+s2yn)+K22(s2x+s2y)2(s4xm-1+s4yn-1)}1/2---(9)]]>于是，置信度γ下，可靠度单侧置信下限为RL＝Φ(K‑uγσK)        (10)上式中，表示uγ标准正态分布的γ分位点。...

【技术特征摘要】
1.一种基于压簧应力松弛测试数据的可靠度确定方法，其特征在于步骤如下：1)测试设备的安装与试验准备11)根据弹簧试样(8)实际安装状态确定初始压缩量，确定弹簧试样(8)的安装高度h，进而确定安装镙杆(3)的安装高度；12)安装测试设备；所述的装置包括底板(1)、顶板(2)、安装镙杆(3)、压力传感器(4)、推杆(5)和推杆帽(6)；121)将安装镙杆(3)固定在底板(1)上，安装镙杆(3)位于底板(1)的上侧面，底板(1)放置在水平试验台上，并通过水平仪确保底板(1)水平；122)将压力传感器(4)分别安装在顶板(2)的螺纹孔中，压力传感器(4)位于顶板(2)的下侧面；123)将安装好压力传感器(4)的顶板(2)通过安装镙杆(3)进行预装，顶板(2)位于底板(1)的正上方，压力传感器(4)分别与底板(1)上的中心通孔相对应，顶板(2)先不加载力，确保顶板(2)与底板(1)间留有足够的位置安装弹簧试样(8)；124)将弹簧试样(8)穿过推杆(5)，推杆(5)下端穿过底板(1)上的通孔，推杆帽(6)与压力传感器(4)相接触，底板通孔、推杆(5)、推杆帽(6)、压力传感器(4)及顶板通孔中心应位于同一垂直线上；13)将连接压力传感器(4)的传感器引线和外置数据处理系统相连，连接电源，在所述的测试设备处于零测试状态下对数据显式仪表进行调零和量程校准；14)通过螺拴将顶板(2)安装在指定位置，并通过微调各个压力传感器(4)的位置确保各弹簧试样(8)压缩至指定高度h，待压力传感器数据显示稳定后读取初始应力；2)确定试验温度，开展不同温度下的压缩弹簧应力松弛试验，采集不同试验时间t的承载力并绘制应力松弛曲线；3)将步骤2)采集到的承载力与试验时间t，以压缩弹簧负载损失率为纵坐标，对应的试验时间的对数为横坐标，分别绘制各个测试温度下的压缩弹簧负载损失率与时间的半对数曲线；进而得到弹簧试样(8)在实际工作温度下的应力松弛方程，并计算获得实际工作温度下弹簧试样(8)寿命末期下的负载损失率及剩余负载；4)获取弹簧试样(8)寿命末期可靠度；将弹簧试样(8)的剩余负载作为广义应力－强度干涉模型中的“强度”，共进行m次有效测试，得到强度测试数据xi，i＝1,2.....m；将弹簧试样(8)弹出受到的阻力作为广义应力－强度干涉模型中的“应力”，假设另进行了n次测试，得到应力测试数据yi，i＝1,2,…,n，则其样本均值和标准差分别为令余量Z＝X-Y(3)则其均值和方差的估计量分别为令可靠度点估计为即

【专利技术属性】
技术研发人员：王宗仁，李毅，刘波，林逢春，袁俊刚，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11