一种轴向柱塞泵加速寿命试验节能优化方法技术

本发明专利技术公开了一种轴向柱塞泵加速寿命试验节能优化方法，包括步骤：(1)建立轴向柱塞泵加速寿命试验的能耗模型，作为一个目标函数；(2)利用Monte Carlo随机仿真方法获得不同加速寿命试验方案的准确度评价值，并拟合其概率分布；(3)结合寿命评估准确度阈值，采用多目标随机规划求解方法，优化加速寿命试验方案。本发明专利技术基于仿真法的恒定压力加速寿命试验，能够兼顾节能和试验准确度，结合多目标优化求出最优解，从而在保证试验评估的准确性的同时，实现了节能优化。现了节能优化。现了节能优化。

【技术实现步骤摘要】
一种轴向柱塞泵加速寿命试验节能优化方法


[0001]本专利技术涉及轴向柱塞泵寿命试验领域，尤其涉及一种轴向柱塞泵加速寿命试验节能优化方法。

技术介绍

[0002]液压传动系统具有体积小、功率大、精度高、响应快及抗干扰能力强等优点，广泛应用于农林机械、冶金机械、化工机械、工程机械、军工、船舶、航空航天等诸多领域。轴向柱塞泵作为液压传动系统提供动力的核心元件，被称之为液压系统的“心脏”。同时轴向柱塞泵作为液压系统中的关键液压元件，其具有寿命长、效率高、高可靠等特点，若对柱塞泵采用传统可靠性评估在额定压力下或正常使用压力下进行寿命试验，不仅需要耗费大量试验经费和试验时间，甚至经过长时间的可靠性寿命试验仍可能出现无失效样本的情况。因此，为了在较短时间内能够对轴向柱塞泵进行寿命与可靠性水平的评估，可以采用可靠性加速寿命试验方法使轴向柱塞泵试验时间比正常试验压力下试验时间缩短，并使研制成本大幅度降低，满足主机研制进度要求。
[0003]加速寿命试验是指在合理的工程技术及数学统计的基础上，采用提高工作压力或其他外界压力的方法来使产品在短时间内发生故障，再利用加速压力下得到的试验数据信息来推断产品在正常压力水平下的可靠性指标的一种寿命试验方法。简而言之，加速寿命试验是在保持失效机理不变的条件下，在高压力水平下对产品进行加速失效的寿命试验方法；其目的在较短时间获取试验数据，分析产品失效机理原因，然后构建寿命与应力之间的加速模型从而外推得到正常应力下的特征寿命。
[0004]可靠性加速寿命试验根据试验压力的加载方式可以分为：恒定压力加速寿命试验、步进压力加速寿命试验和序进压力加速寿命试验三种加速试验方式。三种加速寿命试验方法针对不同试验方案需求都有各自的优缺点。恒定压力加速寿命试验顾名思义是指样本在恒定的加速压力水平下进行试验；步进压力加速寿命试验则是指在样本在加速压力水平下进行试验一段时间后再次提高压力进行试验而序进加速试验在步进加速试验的基础上施加的压力与时间成正比。由此可见，恒定压力加速寿命试验相对于其他两种试验方式存在时间较长、需要的样本量多、试验成本较高等缺点。但是从实际试验操作方式以及试验数据分析统计考虑，恒定压力加速寿命试验操作方法简单，试验数据理论指导较为成熟、可靠性统计评估精度更高。
[0005]在加速寿命试验中，合理试验方案的设计不仅能提高产品寿命评估精度，同时可以优化试验成本和能耗等。冯雪峰在《基于加速寿命试验数据的可靠性统计分析与其优化设计方案》以威布尔分布模型为基础，以压力水平数、压力水平大小、样本量比例和截尾时间为优化变量，以寿命渐进方差最小化为准则，进行了定时截尾恒定压力加速寿命优化设计。Cordeiro在《Optimal design of life testing cost model for Type
‑
II censoring Weibull distribution lifetime units with respect to unknown parameters》中忽略威布尔分布参数对试验精度的情况下，以样本量为决策变量，将试验成本作为目标函数，通
过优化样本量使定数截尾加速寿命试验成本达到最小。Mann在《Design of over
‑
stress life
‑
test experiments when failure times have the two parameter Weibull distribution》提出了一种最小平方曲线拟合特征寿命方法，假设产品寿命服从威布尔分布，通过优化压力水平等级数和每个压力水平的样本分配比例，实现循环压力加速寿命试验的优化设计。上述加速寿命试验设计方案都是将加速试验压力数、试验样本数以及截尾时间等作为决策变量来优化试验成本和试验评估精度。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种轴向柱塞泵恒定压力加速寿命试验方案评估与优化的方法，克服了
技术介绍
中针对传统柱塞泵寿命试验能耗高、耗时长的问题，基于仿真法的恒定压力加速寿命试验，能够兼顾节能和试验准确度，结合多目标优化求出最优解，从而在保证试验评估的准确性的同时，实现了节能优化。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种轴向柱塞泵加速寿命试验节能优化方法，包括以下步骤：
[0009](1)建立轴向柱塞泵加速寿命试验的能耗模型，作为一个目标函数E；
[0010](2)利用Monte Carlo随机仿真方法获得不同加速寿命试验方案的准确度评价值，并拟合其概率分布；
[0011](3)结合寿命评估准确度阈值，采用多目标随机规划求解方法，优化加速寿命试验方案。
[0012]所述步骤(1)中的能耗模型，由试验试验压力值S
i
、试验样本平均寿命T
i
、试验样本数K、试验试验压力等级数L、以及流量Q所决定。轴向柱塞泵的能耗模型具体表现如式(1)所示：
[0013][0014]其中,i表示第i级压力水平，即第i组试验，且i＝1,2,...,L；K
i
表示第i级压力水平下的试验样本数；S
i
表示第i级压力值；T
i
为试验样本在S
i
压力下发生失效时的平均寿命。本模型假设每种压力等级的样本数K
i
为定值K,若对于定量泵，在不同压力下流量Q都为定值，因此式(1)可简化为
[0015][0016]进一步，所述步骤(2)中采用场景分析对组合优化变量进行准确度评价，具体步骤如下：
[0017]步骤01：输入柱塞泵仿真试验参数，包括加速模型的参数a和b、寿命分布参数σ、试验压力等级数L(L≥2)、各试验压力等级下试验样本数K、试验压力的上下限Sa
max
和Sa
min
、总的场景数p和每个场景下的总仿真次数Z。假设试验试验压力与平均寿命之间的加速模型如下：
[0018]T
i
＝a+b
×
S
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0019]式中，T
i
为S
i
试验压力下对应的分布参数平均值，S
i
为试验压力。因此参数a、b值已知的前提下可计算正常压力S0等级的平均寿命T0作为参考寿命。
[0020]步骤02：在不改变柱塞泵的失效机理的前提下，采用步进应力加速试验的方法逐步确定试验压力区间[Sa
min
,Sa
max
]，然后在压力区间上等间隔选取L个值作为各试验压力等级的试验压力值Sa(i)，对应各试验压力等级下的平均寿命为Ta(i)＝a+b
×
Sa(i)，1≤i<L。
[0021]步骤03：假设柱塞泵在每个试验压力等级下的样本寿命点是相互独立且服从正态分布的，则可结合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轴向柱塞泵加速寿命试验节能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立轴向柱塞泵加速寿命试验的能耗模型，作为一个目标函数E；(2)利用Monte Carlo随机仿真方法获得不同加速寿命试验方案的准确度评价值，并拟合其概率分布；(3)结合寿命评估准确度阈值，采用多目标随机规划求解方法，优化加速寿命试验方案；所述步骤(1)中的能耗模型，由试验压力值S
i
、试验样本平均寿命T
i
、试验样本数K、试验压力等级数L、以及流量Q所决定；轴向柱塞泵的能耗模型为：其中,i表示第i级压力水平，即第i组试验，且i＝1,2,...,L；K
i
表示第i级压力水平下的试验样本数；S
i
表示第i级压力值；T
i
为试验样本在S
i
压力下发生失效时的平均寿命；本模型假设每种压力等级的样本数K
i
为定值K，若对于定量泵，在不同压力下流量Q都为定值，因此轴向柱塞泵的能耗模型可简化为2.根据权利要求1所述的一种轴向柱塞泵加速寿命试验节能优化方法，其特征在于：所述步骤(2)中采用场景分析对组合优化变量进行准确度评价，具体步骤如下：步骤01：输入柱塞泵仿真试验参数，包括加速模型的参数a和b、寿命分布参数σ、试验压力等级数L(L≥2)、各试验压力等级下试验样本数K、试验压力的上下限Sa
max
和Sa
min
、总的场景数p以及每个场景下的总仿真次数Z；假设试验压力与平均寿命之间的加速模型如下：T
i
＝a+b
×
S
i
式中，T
i
为S
i
试验压力下对应的平均寿命，同时也是寿命分布参数的平均值，S
i
为试验压力。因此，当参数a、b值已知的前提下，可计算正常压力S0等级的平均寿命T0作为参考寿命；步骤02：在不改变柱塞泵的失效机理的前提下，通过步进应力加速试验的方法逐步确定试验压力区间[Sa
min
,Sa
max
]，然后在压力区间上等间隔选取L个...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱新博，吴承偿，卢艳，陶波，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：