【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及本构模型的加速试验，尤其涉及一种机电产品贮存条件下的变应力载荷谱仿真优化方法。
技术介绍
1、机电产品尤其光纤陀螺的大部分组件是机械电子产品，因此其失效过程可以从结构、性能等退化角度来阐述。且在环境应力的持续影响下，光纤陀螺大部分组件均会发生参数下降、材料老化等不同程度的缓慢变化，当退化达到一定程度即失效阈值时，机电产品就会因无法满足正常工作的要求而失效。
2、同时，由于构成机电产品的各部分组件由不同的材料、结构组成，因此各自的性能退化过程也呈现出不一样的特点，但综合影响下机电产品的性能指标将呈现退化趋势。
3、对于光纤陀螺这类高可靠性、长寿命的产品，在正常应力工作环境下的性能退化过程非常缓慢，故难以获取其退化数据。针对上述问题，现有技术一般在不改变产品退化轨迹和失效机理的前提下，通过加速寿命试验来加速陀螺性能的退化，并由加速退化模型进行可靠性评估(加速试验是在不改变产品失效机理的前提下，通过强化试验条件使产品加速失效，以便在较短时间内获得产品可靠性评价的必要信息)。
4、但是现有的加速试验优化方法大多基于实际加速试验数据的分析处理，所以需要有足够多的试验数据作为支撑条件，故存在优化周期长，时间、经济成本较高，优化效率难以保证等问题。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种机电产品贮存条件下的变应力载荷谱仿真优化方法，解决了传统加速试验优化方法花费周期长、时间和经济成本高、效率难以保证、优化效果难以验证等问题。
2、为实现
3、s1、选择anand本构模型作为加速试验仿真模型，并设置anand本构模型参数；
4、s2、进行温度循环载荷作用下的anand本构模型虚拟加速试验：设置温度循环基准载荷谱基本参数，进行加速试验，获取加速仿真退化数据；
5、s3、利用gxtl模型分析被测点位置；
6、s4、基于步骤s2获取的加速仿真退化数据，对步骤s3所述的被测点进行加速试验应力谱优化。
7、优选的，在步骤s1中，anand本构模型参数设置如下：
8、形变阻抗初始值so＝11.1，单位为mpa；
9、激活能/气体常数q/r＝8178，单位为1/k；
10、指数前系数因子a＝28690，单位为1/sec；
11、材料常数ξ＝4；
12、应变硬化常数m＝0.22；
13、应力的应变率敏感指数ho＝13334，单位为mpa；
14、形变阻抗饱和值系数单位为mpa；
15、形变阻抗饱和值的应变率敏感指数n＝0.011；
16、应变硬化指数α＝1.2。
17、优选的，在步骤s2中，温度循环基准载荷谱基本参数设置为：保温温度为10℃，最高温度为tmin80℃，最低温度为tmax-10℃，温度变化速率v为3℃/min，保温时长为1h，失效时的循环次数nf为1000次；
18、获取的加速仿真退化数据包括温度循环应力加载下的等效应力值。
19、优选的，在步骤s3中，利用gxtl模型对机电产品中的电路板进行基准温度循环载荷的加载，得到受到的应力和产生的应变值最大的电路板，以及该电路板上应力和产生的应变值最大的点作为被测点。
20、优选的，机电产品为光纤陀螺。
21、优选的，在步骤s4中，首先根据加速试验获取的等效应力值，结合材料的s-n曲线，计算得到预期加速寿命n；再将多个设定加速应力条件下求得的预期加速寿命n带入修正的coffin-manson模型中，通过多元线性系数拟合算法，实现coffin-manson模型的系数拟合；而后针对修正的coffin-manson模型的系数拟合完成后，基于优化分析，求解最优参数使得失效时的循环次数nf最小；
22、其具体包括以下步骤：
23、s41、利用线性化处理，得到修正的coffin-manson模型公式如下：
24、lnn-lng(tmax)＝lna-mlnf-nlnδt (1)
25、式中，g(tmax)为arrhenius方程，其中a为材料相关系数，ea为材料激活能，k为玻尔兹曼常数；a，m，n均为公式系数；f为应力谱温度变化频率；δt为应力谱中温度差；
26、s42、将获取的加速试验数据代入s-n曲线求解出预期加速寿命n；
27、s43、将多个设定加速应力条件下求得的预期加速寿命n对该线性化公式进行参数拟合，获取拟合结果为a＝1.47e+08；m＝0.3207；n＝5.9224；
28、s44、以参数方差作为系数拟合的精确指标，计算得到参数方差r2，并判断参数方差r2是否低于设定阈值，若是则判定拟合达标；
29、拟合达标后的公式变形为：
30、lnn-lng(tmax)＝18.8088-0.3207lnf-5.9224lnδt (2)
31、s45、考虑到式(2)中参数f与应力谱中温度差δt、温度变化速率v和温度变化间隔时间t0相关，将f展开写成下式并带入修正公式：
32、
33、
34、s46、根据加速试验仿真结果得到t0与f(n)正相关，v与f(n)负相关，故简化为求解最优的δt使得f(n)最小；
35、此时，对f(n)求偏导得到：
36、
37、其中，由于温度变化速率v取值范围为1℃/min-5℃/min，故分子恒为负值，且分母恒为正值；同时由于f(n)关于△t单调递减，故取△t取限定范围内的最大值作为最优参数，使得失效时的循环次数nf最小。
38、优选的，在步骤s4中考虑模型加速因子的载荷谱优化分析，且模型加速因子计算公式如下：
39、
40、式中，af为加速因子；nl为低应力载荷状态下的加速寿命；nh为高应力载荷状态下的加速寿命；δth为高应力载荷状态下的温度差；δtl为低应力载荷状态下的温度差；fl为低应力载荷状态下的温度变化频率；fh为高应力载荷状态下的温度变化频率；ea为样本激活能；k为玻尔兹曼常数；tml为低应力载荷状态下的加权平均温度；tmh为高应力载荷状态下的加权平均温度；
41、对上式进行线性化，得到：
42、
43、将基准谱参数作为常系数直接代入公式(7)，将模型加速因子线性化计算式转化为：
44、
45、对公式(8)进行求偏导计算得到下式：
46、
47、由上式，在δtl确定的基础上，得到lnaf关于δth单调递增，故δth取限定范围内的最大值作为最优参数，使得加速因子af最大，从而得到最优加速应力谱。
48、优选的，基准谱参数设置如下：δth＝90℃，tml＝80℃，fl＝12本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种机电产品贮存条件下的变应力载荷谱仿真优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种机电产品贮存条件下的变应力载荷谱仿真优化方法，其特征在于：在步骤S1中，Anand本构模型参数设置如下：
3.根据权利要求2所述的一种机电产品贮存条件下的变应力载荷谱仿真优化方法，其特征在于：在步骤S2中，温度循环基准载荷谱基本参数设置为：保温温度为10℃，最高温度为Tmin80℃，最低温度为Tmax-10℃，温度变化速率v为3℃/min，保温时长为1h，失效时的循环次数Nf为1000次；
4.根据权利要求3所述的一种机电产品贮存条件下的变应力载荷谱仿真优化方法，其特征在于：在步骤S3中，利用GXTL模型对机电产品中的电路板进行基准温度循环载荷的加载，得到受到的应力和产生的应变值最大的电路板，以及该电路板上应力和产生的应变值最大的点作为被测点。
5.根据权利要求4所述的一种机电产品贮存条件下的变应力载荷谱仿真优化方法，其特征在于：机电产品为光纤陀螺。
6.根据权利要求5所述的一种机电产品贮存条件下的变应力载荷谱仿
7.根据权利要求6所述的一种机电产品贮存条件下的变应力载荷谱仿真优化方法，其特征在于：在步骤S4中考虑模型加速因子的载荷谱优化分析，且模型加速因子计算公式如下：
8.根据权利要求7所述的一种机电产品贮存条件下的变应力载荷谱仿真优化方法，其特征在于：基准谱参数设置如下：ΔTH＝90℃，TmL＝80℃，fL＝12，TmL＝TmH＝80℃；
...【技术特征摘要】
1.一种机电产品贮存条件下的变应力载荷谱仿真优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种机电产品贮存条件下的变应力载荷谱仿真优化方法，其特征在于：在步骤s1中，anand本构模型参数设置如下：
3.根据权利要求2所述的一种机电产品贮存条件下的变应力载荷谱仿真优化方法，其特征在于：在步骤s2中，温度循环基准载荷谱基本参数设置为：保温温度为10℃，最高温度为tmin80℃，最低温度为tmax-10℃，温度变化速率v为3℃/min，保温时长为1h，失效时的循环次数nf为1000次；
4.根据权利要求3所述的一种机电产品贮存条件下的变应力载荷谱仿真优化方法，其特征在于：在步骤s3中，利用gxtl模型对机电产品中的电路板进行基准温度循环载荷的加载，得到受到的应力和产生的应变值最大的电路板，以及该电路板上应力和产生的应变值最大的点作为被测点。
5.根据权利要求4所述的一种机电产品贮存条件下的变应力载荷谱仿真优...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈娟，刘浩，杨峰，马晓飞，王晓雷，王豪，吴昶霖，隗靖昆，刘江楠，杨沅峂，曹宇轩，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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