我國從 ,’年代末開始進行加速任務試車研究,參照蘇聯一些做法,在渦槳及渦噴發動機上,綜合模擬了斷裂、高循環疲勞、低循環疲勞、腐蝕和熱疲勞等影響因素進行加速模擬試車,并取得一定進展。
事實證明,加速任務試車已經成為發動機研制過程中考核發動機可靠性和耐久性的有力手段,美國新版發動機結構完整性計劃中已用它取代原先的 /’4持久試車。
二、加速試車基本理論
加速任務試車是建立在構件失效的物理模型基礎上的。產生故障的原因來自于氧化、析出、擴散、磨損和疲勞等因素的作用,當構件中有害的反應持續到一定限度即發生故障。因此,構成加速任務試車的理論基礎可概括為下列諸模型:
損傷累積模型。
熵的等效準則。
%靜力機械載荷作用下的持久壽命模型。
&循環載荷作用下的持久壽命模型。
’硬化過程的持久壽命模型。
(磨損的簡化模型(腐蝕和磨損模型),包括粘性磨損、彈性接觸磨損、塑性接觸磨損及腐蝕耗損。
)幾種損傷模型的疊加模型。
根據試驗和工程分析可概括為綜合兩類。
•’-•
"反應論模型反應論模型包括阿倫尼斯模型、多林模型、冪律模型和廣義艾林模型。()阿倫尼斯模型阿倫尼斯模型來源于大量化學反應數據而總結與發展起來的,表示出反應速率與溫度呈指數關系,推廣到可靠性研究中時,壽命服從于指數分布規律,即
% &’ ()
加速系數 )*可表示為: [( )) )] [( ))]
"*%+, &’ & %+, ’
-
式中, —
—零件退化速度:
———頻率因子;
’—
—溫度退化指數;
)———加速時溫度;
)———工作溫度。
-
(.)艾林模型
在溫度和應力同時作用下,采用艾林模型,即
’
) 23
/0 )% &
/1
式中, 0—
—退化量:
2———應力水平;
3———般為 4 56;當退化量達到規定的值 07,時,于是可得
加速系數 " *為 07, 0- )% & )’23*
-2)
"*** ( 2-3) ( ) ) %+,[ &’( ))]
-
(4)冪律模型
對于滾珠軸承疲勞及鋼材料斷裂等,當具有作用時采用冪律模型,其冪律模型的退化速度為
/0 23
/1
當退化量達到規定的 07,值時,加速狀態下的產品壽命 *為
07, &0*
-
*(07, &0)(
-
在標準狀態下的產品壽命 *-為
*-(07, &0-)( -壽命加速系數定義為標準狀態下與加速狀態下壽命之比:
"***- ( 22-))3
-
即加速系數取決于加速應力水平與正常工作時應力水平之比的某一冪次。•-98•
如果加速系數定義為故障比,則得故障率的加速系數為
"
式中,、 —
—分別為加速時故障率和正常工作時的故障率。
如果零件壽命服從威布爾分布時,則
%
" " ( ""&% ) ’" "" % 式中,"、"—分別為威布爾分布的正常工作時特征壽命和加速時特征壽命;%—
—形狀參數。 ()退化模型或損傷累積模型該模型描述材料受循環應力的退化過程。在這類模型中線性損傷累積模型得到廣泛的采用,其原理為邁納原理,它假定應力水平的變化并不改變構件退化或失效機理,只要材料內積累的能量達到一定值就會引起構件失效。因此有
*+
"’
,+
式中,*+ ———材料在循環應力 -+作用下的工作循環數;
,+ ———-+作用下的循環壽命,它可以從材料的 -.,曲線得到。
三、加速試車方法
’)加速試車方法分類
根據加速方法的不同,加速任務試車分類如下(如圖 / .0 .(所示):
圖 / .0 .(1根據不同加速方式的加速任務試車的分類 減縮試車,即從試車程序中剔除較低的穩定狀態,以及將交變狀態按持久強度和低循環疲勞等效到最惡劣的穩定及交變載荷狀態。 %提高在單位時間內的循環數試車。 •’//•
加強載荷狀態試車(與實際使用相比,在載荷、速度、溫度及其他一些性能參數值較高的情況下產品要達到的功效)。在發動機進行加強試車時,溫度是最基本的加速要素。在溫度的影響下,材料的力學性能會發生變化,斷裂應力極限下降,碰磨加劇,老化加速等。
階梯型載荷(葉片)以及帶有周期性加強狀態的加速任務試車是加強試車方法的一種方式。葉片采用加速任務試車方法能夠在持久試車時間縮短 " "倍的情況下,給出用金屬和合金制造的產品和樣品的耐久極限。這些金屬和合金的屈服疲勞強度曲線存在一個平直段。
帶有周期性加強狀態的加速任務試車用在加力狀態下,這種試車還被推廣到其他產品,它們的故障模式應是由部件逐漸積累的磨損所引發的。通常表現為控制參數發生單調的變化。這種方式還沒有應用到復雜的產品,因為它們不能靠單一參數表征其極限狀態。
“完全破壞”的方法是建立在損傷線性累積和后期壽命損耗,不取決于載荷歷程的原則上。減縮持久試車還要考慮某些裝置與技術條件中規定的相比剛性較強以及輸出控制參數的容許偏差。
在一些組合的加速任務試車中通過幾種方法的配合來達到加速效率。
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