李敏偉,傅耘,王麗,程叢高,蔡良續(xù)

(中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所,北京100028)

加速貯存壽命試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法研究

李敏偉,傅耘,王麗,程叢高,蔡良續(xù)

(中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所,北京100028)

目的研究加速貯存壽命試驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素和基本流程。方法基于國(guó)內(nèi)外加速壽命試驗(yàn)的工程應(yīng)用成果,深入分析加速壽命試驗(yàn)的原理,針對(duì)導(dǎo)彈貯存的薄弱環(huán)節(jié),確定試驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素,提出試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本流程,并選取某型發(fā)動(dòng)機(jī)噴管設(shè)計(jì)恒定溫度應(yīng)力的加速貯存壽命試驗(yàn)方案。結(jié)果貯存薄弱環(huán)節(jié)、加速試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、加速?yīng)力水平和試驗(yàn)周期確定的合理與否,直接影響加速貯存壽命試驗(yàn)的效率和精度,是開(kāi)展試驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容。結(jié)論通過(guò)工程實(shí)例的應(yīng)用,該方法提出的試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則和基本流程,可以有效指導(dǎo)加速貯存壽命試驗(yàn)方案的制定。

貯存壽命;加速壽命試驗(yàn);設(shè)計(jì)

導(dǎo)彈具有“長(zhǎng)期貯存、一次使用”的特點(diǎn)[1],貯 存期是導(dǎo)彈的一個(gè)重要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)。雖然貯存狀態(tài)下導(dǎo)彈承受的環(huán)境應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工作狀態(tài),其非工作失效率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工作失效率,但由于貯存時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其工作時(shí)間,貯存對(duì)導(dǎo)彈可靠性的影響不容忽視。如何以最低的壽命周期費(fèi)用實(shí)現(xiàn)武器裝備的戰(zhàn)備完好性,提高導(dǎo)彈可用性并減少后勤保障費(fèi)用顯得非常必要。因此,貯存壽命試驗(yàn)方法的研究和設(shè)計(jì)對(duì)于正確評(píng)估導(dǎo)彈的貯存壽命具有重要的意義。

目前,國(guó)內(nèi)外常用自然環(huán)境貯存試驗(yàn)監(jiān)測(cè)法和加速壽命試驗(yàn)評(píng)估法評(píng)估導(dǎo)彈的貯存壽命[2]。自然貯存環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠,但是試驗(yàn)周期長(zhǎng),難以實(shí)現(xiàn)。加速壽命試驗(yàn)通過(guò)提高試驗(yàn)應(yīng)力,加速產(chǎn)品故障進(jìn)程,大大縮短了試驗(yàn)時(shí)間,成為導(dǎo)彈定壽延壽常用的工程方法,俄羅斯是目前整機(jī)產(chǎn)品加速貯存壽命試驗(yàn)技術(shù)最成熟的國(guó)家[3]。

整機(jī)產(chǎn)品包含多種元器件和材料,貯存失效的因素和機(jī)理比較復(fù)雜,單失效機(jī)理無(wú)法滿(mǎn)足整機(jī)產(chǎn)品加速壽命試驗(yàn)的要求。為了快速暴露產(chǎn)品貯存期的故障或失效模式,提高加速貯存壽命試驗(yàn)的效率和置信度,較為準(zhǔn)確地評(píng)估出導(dǎo)彈的貯存壽命,應(yīng)開(kāi)展加速貯存壽命試驗(yàn)的設(shè)計(jì),確定加速模型、試驗(yàn)應(yīng)力水平、試驗(yàn)周期、測(cè)試周期等關(guān)鍵內(nèi)容,制定出合理、有效的加速貯存壽命試驗(yàn)方案,為開(kāi)展導(dǎo)彈的定壽延壽工作奠定基礎(chǔ)。

1 貯存壽命的定義

貯存可靠性(P)定義:“產(chǎn)品在規(guī)定的貯存條件下和規(guī)定的貯存時(shí)間內(nèi),保持產(chǎn)品規(guī)定功能的能力”;貯存壽命(T)定義:“產(chǎn)品在規(guī)定條件下貯存時(shí),仍能滿(mǎn)足質(zhì)量要求的時(shí)間長(zhǎng)度,質(zhì)量要求一般是指失效率在允許的范圍內(nèi)沒(méi)有增大的趨勢(shì),即沒(méi)有腐蝕和耗損”。對(duì)于不可修產(chǎn)品,貯存壽命是指在規(guī)定的條件下貯存時(shí),從開(kāi)始貯存到失效的貯存時(shí)間;對(duì)可修產(chǎn)品,貯存壽命是指從開(kāi)始貯存到不可修復(fù)為止的貯存時(shí)間。

貯存可靠性與貯存壽命的關(guān)系可用式(1)表示:

式中:q為產(chǎn)品在貯存期內(nèi)允許的不合格概率。

2 加速壽命試驗(yàn)的原理

加速壽命試驗(yàn)(Accelerated Life Testing,ALT)[4]:基于合理的工程及統(tǒng)計(jì)假設(shè),利用與失效物理規(guī)律相關(guān)的統(tǒng)計(jì)模型,對(duì)在超出正常應(yīng)力水平的加速環(huán)境應(yīng)力下獲得的壽命(或可靠性)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換,得到產(chǎn)品在額定應(yīng)力水平下壽命(或可靠性)特征可以復(fù)現(xiàn)的數(shù)值估計(jì)的一種試驗(yàn)方法。加速壽命試驗(yàn)在產(chǎn)品的失效機(jī)理不變的前提下,用加大應(yīng)力的試驗(yàn)方法加速產(chǎn)品失效,縮短試驗(yàn)時(shí)間,選用相應(yīng)的加速模型估計(jì)出產(chǎn)品在正常應(yīng)力下的壽命(或可靠性)特征值。加速貯存壽命試驗(yàn)即是加速壽命試驗(yàn)的一種類(lèi)型。

加速壽命試驗(yàn)中常用的應(yīng)力有溫度應(yīng)力、濕度應(yīng)力、振動(dòng)應(yīng)力、電應(yīng)力等,這些應(yīng)力可以單獨(dú)使用,也可以多種組合使用。根據(jù)試驗(yàn)應(yīng)力的施加方式,加速壽命試驗(yàn)通常分為恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)、步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)、序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)等3種基本類(lèi)型[5]。恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)是將試件分為若干組,每組試件都在某個(gè)恒定加速應(yīng)力水平下進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)到規(guī)定時(shí)間或規(guī)定的失效數(shù)時(shí)結(jié)束;步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)是把全部試件在某個(gè)加速應(yīng)力水平下進(jìn)行試驗(yàn),在得到截尾時(shí)間或截尾數(shù)時(shí),把試驗(yàn)應(yīng)力步進(jìn)增加到下一個(gè)更高的應(yīng)力水平下繼續(xù)試驗(yàn),直至總截尾時(shí)間或總截尾數(shù)時(shí)結(jié)束試驗(yàn);序進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)和步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)基本相同,只是施加的加速應(yīng)力是一個(gè)隨著時(shí)間增加連續(xù)上升的函數(shù)。其中恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)常被用來(lái)評(píng)估高可靠產(chǎn)品在正常應(yīng)力水平下的各種可靠性指標(biāo)[2]。

3 導(dǎo)彈貯存薄弱環(huán)節(jié)的分析

根據(jù)某型防空導(dǎo)彈部隊(duì)和生產(chǎn)廠家貯存檢測(cè)的數(shù)據(jù),確定影響該型導(dǎo)彈貯存可靠性的6類(lèi)基本故障包括[6]:紅外引信故障、發(fā)動(dòng)機(jī)故障、自動(dòng)駕駛儀故障、變流器故障、遙控應(yīng)答機(jī)故障、發(fā)射筒故障等。其貯存失效的關(guān)鍵部件分類(lèi)及其比例如圖1所示。

某型空空導(dǎo)彈的設(shè)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,該型空空導(dǎo)彈貯存壽命薄弱環(huán)節(jié)為[1]:新研件、火工品、橡膠件(如O型圈、密封墊、絕緣板)及其非金屬粘結(jié)面、灌封件等。其貯存失效機(jī)理主要為非金屬材料的老化、失效導(dǎo)致密封失效或工作失效。

由此可見(jiàn),影響導(dǎo)彈貯存壽命的薄弱環(huán)節(jié)主要是電子類(lèi)部件和非電類(lèi)部件,尤其是以電子元器件、橡膠件、粘結(jié)面等居多,占引發(fā)導(dǎo)彈貯存失效因素的60%以上。

圖1 某型防空導(dǎo)彈貯存失效關(guān)鍵部件分類(lèi)及其比例Fig.1 Classification and proportion of critical storage failure components in a type of antiaircraft missile

4 加速貯存壽命試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的研究

根據(jù)導(dǎo)彈在貯存期受環(huán)境和時(shí)間影響較大的薄弱環(huán)節(jié)分析,可以將彈上部件分為4類(lèi)[6]:長(zhǎng)期貯存對(duì)其可靠性影響不大,可靠性極高的部件;進(jìn)行定期檢測(cè),當(dāng)檢測(cè)出現(xiàn)故障時(shí)可進(jìn)行維修的部件;性能參數(shù)有變化趨勢(shì)的部件;貯存壽命較短且易于更換的部件,為滿(mǎn)足導(dǎo)彈所需的貯存可靠度可采取定期更換的措施。

加速貯存壽命試驗(yàn)就是為了在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)第3類(lèi)部件的貯存可靠性分布模型進(jìn)行分析,并驗(yàn)證第4類(lèi)部件的失效時(shí)間,確定檢測(cè)周期。不同種類(lèi)產(chǎn)品的壽命分布特征、工程失效物理加速模型見(jiàn)表1。

表1 不同種類(lèi)產(chǎn)品加速貯存壽命試驗(yàn)?zāi)Ｐ蚑able 1 Models of accelerated storage life testing for different kinds of products

加速貯存壽命試驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)導(dǎo)彈薄弱環(huán)節(jié)的種類(lèi),結(jié)合其壽命分布特征選取適用的加速模型,并設(shè)計(jì)相應(yīng)的加速貯存壽命試驗(yàn)方案,以獲取薄弱環(huán)節(jié)的老化特征數(shù)據(jù),評(píng)估貯薄弱環(huán)節(jié)的貯存期,進(jìn)而確定導(dǎo)彈的貯存壽命,基本流程如圖2所示。

圖2 加速貯存壽命試驗(yàn)設(shè)計(jì)流程Fig.2 Design process of accelerated storage life testing

4.1 貯存環(huán)境分析

貯存環(huán)境是指導(dǎo)彈在貯存過(guò)程中所能遇到的環(huán)境,是貯存過(guò)程中影響導(dǎo)彈的諸因素的總和,按性質(zhì)可分為自然貯存環(huán)境與人工貯存環(huán)境,按場(chǎng)所可分為庫(kù)房環(huán)境、棚庫(kù)環(huán)境、露天環(huán)境等。貯存中對(duì)導(dǎo)彈武器產(chǎn)生影響的環(huán)境因素主要有溫度、濕度、霉菌、氣壓、腐蝕介質(zhì)等,其中以溫度和濕度的影響最大。導(dǎo)彈在貯存期間還有可能執(zhí)行戰(zhàn)備值班,處于戰(zhàn)斗執(zhí)勤狀態(tài),可能面臨布防與作戰(zhàn)地域、場(chǎng)所的自然環(huán)境和誘發(fā)環(huán)境,既有溫度、濕度、氣壓等戰(zhàn)備存放環(huán)境應(yīng)力的影響,又有振動(dòng)、沖擊、撞擊等使用平臺(tái)運(yùn)載環(huán)境應(yīng)力,戰(zhàn)備值班環(huán)境對(duì)導(dǎo)彈的影響是最為復(fù)雜、惡劣的。通過(guò)貯存環(huán)境分析,確定影響導(dǎo)彈壽命的主要環(huán)境因素,為確定加速貯存壽命試驗(yàn)的加速應(yīng)力,以及選取加速試驗(yàn)?zāi)Ｐ吞峁┮罁?jù)。

4.2 貯存薄弱環(huán)節(jié)的確定

根據(jù)木桶原理[3],任何一種產(chǎn)品的壽命都取決于該產(chǎn)品中易失效件的壽命,無(wú)論產(chǎn)品的其他關(guān)鍵件、重要件或性能設(shè)計(jì)如何優(yōu)越,一旦影響產(chǎn)品性能的任何一個(gè)零部件或元器件發(fā)生失效,該產(chǎn)品的壽命即告終結(jié)。因此,產(chǎn)品貯存壽命取決于它的薄弱環(huán)節(jié)中易失效件的可靠貯存壽命。找出薄弱環(huán)節(jié)后,整機(jī)產(chǎn)品的加速貯存壽命試驗(yàn)就轉(zhuǎn)化為零部件或元器件的加速貯存壽命試驗(yàn)。

4.3 加速試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪x取

非金屬材料的貯存老化過(guò)程是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程或物理變化過(guò)程,導(dǎo)致材料性能的退化,可用老化動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行評(píng)估。利用非金屬材料老化壽命(或老化速率)與環(huán)境應(yīng)力的相關(guān)性模型(壽命外推模型),擬合外推非金屬材料在自然環(huán)境應(yīng)力下特性參數(shù)隨老化時(shí)間的變化關(guān)系和貯存期。

非金屬材料老化壽命的外推模型分為:單應(yīng)力溫度外推壽命模型,溫度-濕度外推壽命模型[7]。

1)Arrhenius模型:

式中:τ為材料壽命;K為材料老化速率;T為老化溫度;E,E＇為材料老化激活能;A0,A＇,R為常數(shù)。

2)范德霍夫壽命外推模型。根據(jù)老化速率K與溫度T的近似經(jīng)驗(yàn)式,即范德霍夫(Van＇Hoff)規(guī)則:

由于老化壽命τ與老化速率K成倒數(shù)關(guān)系,上式可轉(zhuǎn)換成為:

式(4)表示試驗(yàn)溫度每升高10℃,老化反應(yīng)速率增加γ倍,老化壽命縮短為1/γ。

根據(jù)式(5),可通過(guò)高溫下的加速貯存試驗(yàn)預(yù)測(cè)自然貯存溫度下的貯存壽命。

3)溫度-濕度外推壽命模型。對(duì)于溫、濕度綜合應(yīng)力對(duì)非金屬材料老化壽命的影響,應(yīng)用G.L. Weleh提出的非金屬材料在濕熱環(huán)境中老化壽命外推經(jīng)驗(yàn)公式:

式中:C/K＇為與濕度有關(guān)的老化速率常數(shù);τ為材料壽命;cH2O為水蒸氣的物質(zhì)的量濃度;T為試驗(yàn)溫度;A,B為常數(shù)。

通過(guò)濕熱加速貯存試驗(yàn),獲得非金屬材料在規(guī)定的各個(gè)溫度、濕度條件下的壽命值τ,根據(jù)式(6)求出規(guī)定的各個(gè)溫度、濕度條件下的C/K',以式(7)為擬合外推模型,外推自然貯存溫、濕度條件下的C/K',再回代入式(6),可計(jì)算非金屬材料在自然貯存條件下的貯存期。

橡膠類(lèi)非金屬材料一般采用熱空氣加速貯存試驗(yàn),選取指數(shù)衰減動(dòng)力學(xué)模型和Arrhenius模型。復(fù)合材料對(duì)環(huán)境中的濕氣較為敏感,加速貯存試驗(yàn)可采用熱空氣加速老化模型和濕熱老化模型。采用熱氧加速貯存模型時(shí),選取單對(duì)數(shù)動(dòng)力學(xué)模型和溫度外推模型;采用濕熱老化模型時(shí),選用G.L.Weleh模型進(jìn)行貯存期評(píng)估。

若加速貯存試驗(yàn)過(guò)程中,材料性能數(shù)據(jù)規(guī)律性下降趨勢(shì)不明顯或數(shù)據(jù)具有較大的分散性,則采用范德霍夫模型結(jié)合與材料性能指標(biāo)對(duì)比。評(píng)估貯存期,或與已有貯存期信息進(jìn)行對(duì)比分析,給出貯存期評(píng)估。

4.4 應(yīng)力水平的確定

加速貯存壽命試驗(yàn)的應(yīng)力水平數(shù),是根據(jù)非金屬材料貯存壽命擬合外推的統(tǒng)計(jì)計(jì)算要求,結(jié)合各類(lèi)非金屬材料貯存壽命與貯存應(yīng)力的相關(guān)性水平,以及試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。應(yīng)力水平一般取3～5個(gè),若貯存壽命與貯存應(yīng)力的相關(guān)性很好,則應(yīng)力水平數(shù)可取3個(gè)或4個(gè)。

若非金屬材料的老化機(jī)理不明確,且無(wú)同類(lèi)材料貯存老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)參考,應(yīng)先進(jìn)行加速貯存摸底試驗(yàn),或者開(kāi)展貯存老化機(jī)理研究,依據(jù)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù),再確定加速貯存試驗(yàn)的應(yīng)力水平等條件。

4.5 周期的確定

加速貯存試驗(yàn)周期可以根據(jù)定壽、延壽目標(biāo),按照各類(lèi)材料的貯存老化機(jī)理和加速應(yīng)力水平的高低,借鑒以往加速貯存試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定,以不改變材料貯存老化機(jī)理為前提。對(duì)于耐受溫度范圍較寬的材料,可以適當(dāng)提高加速應(yīng)力水平,以縮短試驗(yàn)周期。相關(guān)研究表明,非金屬材料加速貯存試驗(yàn)周期一般在3～6個(gè)月。

在試驗(yàn)周期確定后,檢測(cè)間隔點(diǎn)即老化特征時(shí)間點(diǎn)是試驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一,老化特征時(shí)間點(diǎn)的合適與否,直接決定試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取的充分性和有效性。若時(shí)間間隔過(guò)于密集,則性能規(guī)律下降不明顯,可用的數(shù)據(jù)較少,從而影響貯存壽命評(píng)估的精度;若時(shí)間間隔過(guò)于稀疏,則有可能錯(cuò)過(guò)性能變化的特征值,造成貯存壽命評(píng)估的偏差。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)表明,加速貯存試驗(yàn)一般確定8～10個(gè)老化特征時(shí)間點(diǎn),在試驗(yàn)進(jìn)行至老化特征時(shí)間點(diǎn)時(shí),取樣測(cè)試相關(guān)性能。此外,應(yīng)根據(jù)材料老化特征性能參數(shù)的變化情況適當(dāng)調(diào)整老化特征時(shí)間,以使所擬合的材料老化特性參數(shù)動(dòng)力學(xué)曲線與材料的實(shí)際老化退化規(guī)律更為接近。

加速貯存壽命試驗(yàn)的試驗(yàn)件數(shù)量為獲取各項(xiàng)老化特征性能參數(shù)變化規(guī)律所需的試驗(yàn)件數(shù)量(Ni)的總和,每項(xiàng)老化特征性能參數(shù)測(cè)試所需試驗(yàn)件數(shù)量由單次取樣數(shù)ni和取樣次數(shù)Pi決定,即:

其中單次取樣數(shù)ni應(yīng)根據(jù)材料性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中對(duì)取樣數(shù)量的規(guī)定來(lái)確定,一般至少應(yīng)為5件以上;取樣次數(shù)Pi由每個(gè)應(yīng)力水平的老化特征時(shí)間點(diǎn)ti(8～10個(gè))和應(yīng)力水平數(shù)Si(3～5個(gè))的乘積決定,則每項(xiàng)老化特征性能測(cè)試的試驗(yàn)件數(shù)量為:

當(dāng)某項(xiàng)材料性能測(cè)試不產(chǎn)生破壞或消耗(如體積/質(zhì)量變化率等),則試驗(yàn)件可反復(fù)使用,此時(shí),試驗(yàn)件數(shù)量Ni=ni×Si。

4.7 失效判據(jù)的確定

失效判據(jù)是確定薄弱環(huán)節(jié)是否到壽的依據(jù),也是確定加速貯存壽命試驗(yàn)周期的依據(jù),其準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到加速貯存壽命試驗(yàn)的有效性和貯存壽命評(píng)估的準(zhǔn)確性。失效判據(jù)的確定應(yīng)充分考慮老化特征性能參數(shù)的特征,根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際使用要求和相關(guān)規(guī)范的指標(biāo)要求進(jìn)行確定。

4.8 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法

我們瘋狂地做愛(ài)，仿佛要把所有的痛都化作一次噴發(fā)讓它歸于太虛。白麗筠在我就要達(dá)到高潮的時(shí)候，忽然叫到：停下，停下。我疑惑地放慢了節(jié)奏。白麗筠說(shuō)，咱們不應(yīng)該有結(jié)果，就這樣，就這樣……我要使蠻力，白麗筠身體一拱把我架空了。我憤怒地狂吼道，為什么是這樣，為什么是這樣？我搬過(guò)白麗筠扭到一邊去的臉，只見(jiàn)黑眼睛里淚水像止不住的涌泉，在她那張灰白的臉上開(kāi)花般四處流淌。

按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(例如:GJB 92.2—1986《熱空氣老化法測(cè)定硫化橡膠貯存性能導(dǎo)則第二部分:統(tǒng)計(jì)方法》等)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,采用最小二乘法擬合加速老化方程,然后預(yù)估常溫下的貯存壽命,或采用圖估法外推常溫下貯存壽命[2]。

對(duì)于導(dǎo)彈這樣的長(zhǎng)壽命復(fù)雜系統(tǒng),單是采用貯存可靠性分析結(jié)果,或只用其他統(tǒng)計(jì)分析方法,都不便確定導(dǎo)彈貯存壽命。只有采用工程分析與統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合的方法,并針對(duì)具體產(chǎn)品特點(diǎn)才能比較合理地確定導(dǎo)彈貯存壽命。

5 應(yīng)用實(shí)例

選取某型發(fā)動(dòng)機(jī)噴管作為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)加速貯存壽命試驗(yàn)方案如下:

1)貯存環(huán)境分析。由于該型發(fā)動(dòng)機(jī)貯存期間采取密封包裝方式,在彈衣內(nèi)充有干燥的惰性氣體(氮?dú)?,因此,整個(gè)貯存期內(nèi)溫度應(yīng)力對(duì)其壽命的影響較大。

2)貯存薄弱環(huán)節(jié)的確定。根據(jù)類(lèi)似型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的貯存和外場(chǎng)使用數(shù)據(jù),確定發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的粘接界面為貯存薄弱環(huán)節(jié)。該粘接界面利用有機(jī)粘接劑實(shí)現(xiàn)隔熱層(非金屬材料)與噴管殼體(金屬材料)的膠合,在溫度應(yīng)力作用下,主要是有機(jī)粘接劑的老化導(dǎo)致界面脫粘,不能實(shí)現(xiàn)有效的氣密或燒蝕絕熱材料部件的位置保持。

3)加速試驗(yàn)?zāi)Ｐ图霸囼?yàn)應(yīng)力水平的確定。確定溫度作為加速貯存壽命試驗(yàn)的應(yīng)力,選取Arrhenius模型作為加速試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒖纪?lèi)粘接劑的加速老化試驗(yàn)數(shù)據(jù),確定加速貯存壽命試驗(yàn)的應(yīng)力水平數(shù)為4個(gè),分別為70,80,90,100℃;相鄰溫度間隔不少于10℃。

4)加速貯存壽命試驗(yàn)周期及測(cè)試周期的確定。根據(jù)材料老化數(shù)據(jù),結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的技術(shù)指標(biāo)要求,確定加速貯存試驗(yàn)周期為6～8個(gè)月。每個(gè)老化溫度下的老化特征時(shí)間點(diǎn)為8個(gè),即取樣次數(shù)或測(cè)試次數(shù)為8次。取樣或測(cè)試間隔,一般前期要短,以后逐漸加長(zhǎng)。

5)試件數(shù)量的確定。選取扯離強(qiáng)度作為老化特征參數(shù),參照GJB 94—1986《膠粘劑-不均勻扯離強(qiáng)度試驗(yàn)方法(金屬與金屬)》規(guī)定,每次取樣的樣本量為5個(gè),確定試驗(yàn)件數(shù)量為160件,試驗(yàn)件的尺寸應(yīng)確保試驗(yàn)件的粘接面積一致。

6)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及粘接界面性能衰減方程的確定。考慮到有機(jī)膠粘劑的老化會(huì)導(dǎo)致粘接界面性能下降,參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定確定粘接界面性能衰減公式:

將加速老化試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)代入公式(10),利用最小二乘法可以求得不同溫度下的公式中的參數(shù)(Ci,Ki),然后代入Arrhenius方程可以求得扯離強(qiáng)度衰減方程:

7)粘接界面性能衰減方程的修正及貯存壽命的預(yù)估。采用模擬噴管,選取適當(dāng)?shù)睦匣瘻囟?根據(jù)衰減方程(11)計(jì)算與貯存壽命目標(biāo)值所對(duì)應(yīng)的加速老化時(shí)間,開(kāi)展相應(yīng)的加速老化試驗(yàn),獲取加速老化后模擬噴管粘接界面的扯離強(qiáng)度數(shù)據(jù)。利用該數(shù)據(jù)對(duì)方程(11)進(jìn)行修正,以考慮裝配應(yīng)力和裝配結(jié)構(gòu)對(duì)粘接界面性能老化的影響,提高扯離強(qiáng)度衰減方程的置信度,再根據(jù)修正后的粘接界面扯離強(qiáng)度衰減方程,推算預(yù)估正常貯存環(huán)境下發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的貯存壽命。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外導(dǎo)彈貯存壽命試驗(yàn)技術(shù)的綜合分析,給出了影響導(dǎo)彈貯存壽命的薄弱環(huán)節(jié)。結(jié)合工程試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),提出了加速貯存壽命試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本流程和關(guān)鍵因素,并給出了各關(guān)鍵因素的確定原則。最后以發(fā)動(dòng)機(jī)噴管為例,進(jìn)行了加速貯存壽命試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用,為導(dǎo)彈及其彈載設(shè)備開(kāi)展加速貯存壽命試驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了技術(shù)指導(dǎo)。

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Study of the Design Method of the Accelerated Storage Life Testing

LI Min-wei,FU Yun,WANG Li,CHENG Cong-gao,CAI Liang-xu
(China Aero-polytechnology Establishment,Beijing 100028,China)

ObjectiveTo study key factors and the main designing process of the accelerated storage life testing.MethodsBased on the application achievement about the accelerated life testing in the development of missile,the theory of the accelerated life testing was analyzed,the key factors and the main designing process of test designing were presented,and the accelerated storage life testing based on constant stress was designed to estimate the storage life of the engine nozzle, which was focused on the primary vulnerable spots of the missile storage.ResultsThe efficiency and precision of the accelerated storage life testing depended on the reasonable determination of vulnerable spots of storage,models of the accelerated testing,levels of accelerated stresses and test cycles,which were the dominate contents of test design.ConclusionThrough case application study,the basic principles and processes proposed in this paper could provide effective guidance for establishment of the accelerated storage life testing program.

storage life;accelerated life testing;design

10.7643/issn.1672-9242.2014.04.012

TJ410.89

:A

1672-9242(2014)04-0058-07

2014-05-30;

2014-06-09

Received:2014-05-30;Revised:2014-06-09

李敏偉(1981—),男,湖南人,碩士,高級(jí)工程師,主要從事實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)等方面的研究。

Biography:LI Min-wei(1981—),Male,Hunan,Master,Senior engineer,Research focus:environmental testing technology in Laboratory.