本发明专利技术提供了一种复合应力共模的航天机电产品可靠性数字化验证方法，该技术方法有效解决产品设计的可靠性薄弱环节难以被早发现、多发现的问题；有效包络产品复合应力剖面，能够复现地面难以模拟的验证条件；满足产品功能性能和可靠性分析评价要求，有效覆盖产品的典型失效模式；有效的弥补产品子样少，地面及实际运行数据相对缺乏的劣势，可提高可靠性分析验证精度；并且在设计阶段进行方案寻优，解决传统可靠性工作相对性能设计工作滞后的现状；应用本发明专利技术的方法可以有效节省可靠性试验验证的时间和成本，大大提高可靠性验证的时效性，具有较大的经济效益。本发明专利技术对航天机电产品的可靠性验证提供重要的参考，并可以推广应用于其他机电产品领域。用于其他机电产品领域。用于其他机电产品领域。
【技术实现步骤摘要】
一种复合应力共模的航天机电产品可靠性数字化验证方法
[0001]本专利技术属于航天产品可靠性
，具体涉及一种复合应力共模的航天机电产品可靠性数字化验证方法。
技术介绍
[0002]长寿命、高可靠、高精度、强性能是航天装备的普遍要求。随着航天领域数字化、信息化、智能化和现代化的不断发展，航天装备中的机电产品在复合应力条件下内外影响因素众多、故障模式多样、故障机理复杂，这就对贴近使用和复合多应力下机电产品的可靠性建模与分析提出了更高的要求。
[0003](1)航天机电产品是航天装备的重要组成部分，机电产品作为航天装备中典型的复杂机电系统，通常由若干子系统组成，各个子系统相互作用，协同工作而实现整个系统的功能。各个子系统涉及到机械、电路和控制等不同学科，存在着相互影响的关系。例如导航、通信、遥感、空间站以及深空探测器等航天器中的典型机电产品有太阳翼驱动机构、控制力矩陀螺、天线指向驱动机构和动量轮等；火箭、导弹等高速飞行器控制系统中的伺服机构也属于航天装备中的典型机电产品，如电动伺服机构、电动舵机等产品。
[0004](2随着设计和制造技术的不断发展，航天机电产品日益综合和复杂，平台环境和工作载荷异常严酷，暴露出严重的可靠性问题。而产品研制对性能与可靠性设计与验证要求越来越高，如何在较短研制周期促使产品的性能与可靠性达标，对设计工作提出了严峻挑战。由于航天机电产品的多学科复杂特点，功能较多、结构较为复杂、应用场景多样、多应力复杂的工作环境，使得机电产品在设计、制造过程中潜伏一些可靠性隐患，在产品设计、研制、试验、鉴定、使用过程中暴露出可靠性问题，影响航天装备的研制进度和服役性能，制约新一代主战装备战略目标的实现。
[0005](3)针对航天机电产品研制过程中面临的可靠性问题，当前复合应力条件下产品可靠性设计分析存在不足，复合应力下的可靠性建模困难，对产品型号的设计、制造、试验、验证等所采用的技术方法和组织模式都提出了新的挑战。随着航天机电产品研制过程中对其高可靠性、长寿命、高精度和强性能研究的不断深入，复杂环境下的产品故障不断暴露，而产品本身结构复杂、研制成本高、周期长、试验项目多而复杂、需求紧迫。航天型号大密度高效率研制任务要求与充分深入识别产品故障模式、暴露产品固有缺陷之间的矛盾日益显著；地面验证试验无法完全暴露产品在复合多应力环境下的失效模式及其诱因。可借助于快速发展的计算机、软件、数据库、网络等技术所形成的信息化、数字化技术手段与能力，在新一代航天装备的研制中尝试开展数字化协同设计与验证，在可靠性领域初步形成一种数字化验证能力，提升型号研制效率，控制研制质量。
技术实现思路
[0006]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种复合应力共模的航天机电产品可靠性数字化验证方法，可以有效节省可靠性试验验证的时间和成本。
[0007]一种复合应力共模的航天机电产品可靠性数字化验证方法，包括：
[0008]步骤1、假设f(x)为机械应力x对产品功能性能和可靠性特征量的影响；f(y)为温度应力y对产品功能性能和可靠性特征量的影响；f(z)为工作应力z对产品功能性能和可靠性特征量的影响，则机械应力、温度应力和工作应力对产品功能性能和可靠性特征量的影响函数关系表达式为F(x,y,z)：
[0009][0010]其中，a，b，c，l，m，n为常数系数；
[0011]步骤2、假设变量u
i
为航天机电产品任务剖面内应力的序参量，其中i＝1,2,3，分别代表机械应力、温度应力和工作应力；u
ij
为第i个序参量的第j个指标，其值为X
ij
；α
ij
和β
ij
是航天机电产品功能性能和可靠性稳定临界点上的第i个应力的序参量的第j个指标的上、下限值；则应力序参量对性能、功能和可靠性有序的功效系数u
ij
表示为：
[0012][0013]式中，u
ij
>0表示各应力因素同向共模，u
ij
<0表示各应力因素异向共模，所以
‑
1≤u
ij
≤1；
[0014]通过上述分析得到三类应力的共模度函数，表示为：
[0015]C＝3{(u1′
·
u2′
·
u3′
)/[(u1′
+u2′
)(u1′
+u3′
)(u2′
+u3′
)]}
1/3
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(3)
[0016]其中，u1′
·
u2′
·
u3′
分别表示机械应力、温度应力和工作应力的序参量对应的指标中选择出的一个典型指标；
[0017]当C＝1时，共模度最大，为同向共模；当C＝
‑
1时，共模度最小，为异向共模；
[0018]步骤3、基于三类应力的共模度函数C，对机械应力与温度应力之间的、机械应力与工作应力之间的、温度应力与工作应力之间的共模关系进行分析，并分别对应得到：
[0019]机热共模性能仿真模型：F(x,y)＝clf(y)++cmf(x)+anf(y)+bnf(x)；
[0020]热电共模性能仿真模型：F(y,z)＝blf(z)+amf(z)+clf(x)+anf(x)；
[0021]机电共模性能仿真模型：F(x,z)＝blf(z)+amf(z)+cmf(x)+bnf(x)；
[0022]步骤4、分别在机热共模性能仿真模型、热电共模性能仿真模型和机电共模性能仿真模型下，选择每一个模型的三个关键参数，建立三因素二阶响应面模型，其形式为：
[0023][0024]式中，Y
P
是航天机电产品的性能指标，该函数关系表达式为航天机电产品性能数字化模型，p1，p2，p3表示三个关键参数，ε是随机误差项；β0‑
β9为系数，由F(x,y)、F(y,z)和F(x,z)的拟合得到；
[0025]步骤5、针对三个关键参数p1，p2，p3，采用蒙特卡洛法进行采样，得到设定数目N个参数组合，把p1，p2，p3的每个组合分别代入到式(4)中，得到N个Y
P
值；
[0026]设航天机电产品性能数字化模型计算的性能指标的阈值为T，判据为C，则：
[0027]C＝T
‑
Y
P
[0028]对于每一个Y
P
值，若对应得到的C<0，则仿真模拟中性能指标超出阈值一次，即失效一次；若N个Y
P
的C<0出现了n
f
次，则失效概率P
f
的估计值为：
[0029][0030]则可靠性指标为：
[0031]步骤6、根据机热共模性能仿真模型、热电共模性能仿真模型和机电共模性能仿真模型对应得到的可靠性指标R得本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种复合应力共模的航天机电产品可靠性数字化验证方法，其特征在于，包括：步骤1、假设f(x)为机械应力x对产品功能性能和可靠性特征量的影响；f(y)为温度应力y对产品功能性能和可靠性特征量的影响；f(z)为工作应力z对产品功能性能和可靠性特征量的影响，则机械应力、温度应力和工作应力对产品功能性能和可靠性特征量的影响函数关系表达式为F(x,y,z)：其中，a，b，c，l，m，n为常数系数；步骤2、假设变量u
i
为航天机电产品任务剖面内应力的序参量，其中i＝1,2,3，分别代表机械应力、温度应力和工作应力；u
ij
为第i个序参量的第j个指标，其值为X
ij
；α
ij
和β
ij
是航天机电产品功能性能和可靠性稳定临界点上的第i个应力的序参量的第j个指标的上、下限值；则应力序参量对性能、功能和可靠性有序的功效系数u
ij
表示为：式中，u
ij
>0表示各应力因素同向共模，u
ij
<0表示各应力因素异向共模，所以
‑
1≤u
ij
≤1；通过上述分析得到三类应力的共模度函数，表示为：C＝3{(u
′1·
u
′2·
u
′3)/[(u
′1+u
′2)(u
′1+u
′3)(u
′2+u
′3)]}
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(3)其中，u
′1·
u
′2·
u
′3分别表示机械应力、温度应力和工作应力的序参量对应的指标中选择出的一个典型指标；当C＝1时，共模度最大，为同向共模；当C＝
‑
1时，共模度最小，为异向共模；步骤3、基于三类应力的共模度函数C，对机械应力与温度应力之间的、机械应力与工...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱兴高，陈凤熹，栾家辉，代永德，张忠伟，刘晓玉，
申请(专利权)人：中国航天标准化研究所，
类型：发明
国别省市：
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