車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的b10可靠壽命評(píng)定方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的B10可靠壽命評(píng)定方法，首先選定要進(jìn)行B10可靠壽命評(píng)定的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件，依次確定車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件所對(duì)應(yīng)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的任務(wù)剖面及載荷作用歷程參數(shù)、主要失效模式、應(yīng)力累積分布函數(shù)、初始強(qiáng)度的概率密度函數(shù)、剩余強(qiáng)度隨車(chē)輛行駛里程的變化規(guī)律等，然后將各參數(shù)代入B10可靠壽命模型，即可確定車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的B10可靠壽命，不需要依賴(lài)于大量的壽命數(shù)據(jù)，能夠在車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)階段，確定車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的B10可靠壽命，可以更好地指導(dǎo)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、使用，有助于提高車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)及其機(jī)械零部件的研發(fā)效率，縮短研制周期，節(jié)約研制成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的BI O可靠壽命評(píng)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性評(píng)價(jià)與壽命預(yù)測(cè)方法，具體涉及一種車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的BlO可靠壽命評(píng)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]BlO可靠壽命是指可靠度大于0.9時(shí)所對(duì)應(yīng)的壽命,是車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)及其機(jī)械零部件最常用的可靠性度量指標(biāo)之一。由于受工作剖面隨機(jī)性、制造工藝不穩(wěn)定性、材料性能分散性等不確定性因素的影響，車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)及其機(jī)械零部件的實(shí)際使用壽命具有明顯的不確定性特征。為準(zhǔn)確描述車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)及其機(jī)械零部件的壽命特征，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用“可靠壽命”這一能夠體現(xiàn)不確定性特征的壽命指標(biāo)來(lái)描述發(fā)動(dòng)機(jī)及其機(jī)械零部件等機(jī)械產(chǎn)品的可靠性。例如，美國(guó)福特汽車(chē)公司推出的“全新6.7LV8渦輪增壓柴油機(jī)”明確將“B10壽命10年或402250公里”作為首要技術(shù)目標(biāo)。我國(guó)在“內(nèi)燃機(jī)工業(yè)‘十二五’發(fā)展規(guī)劃”中提出發(fā)動(dòng)機(jī)及其零部件要配合整車(chē)可靠性要求滿(mǎn)足BlO可靠壽命指標(biāo)。
[0003]車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)屬于耐用型機(jī)械產(chǎn)品，主要由機(jī)械零部件組成，例如，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體、缸蓋、曲軸、連桿、凸輪軸、渦輪增壓器等都是典型的機(jī)械零部件；同時(shí)，這些零部件又具有“使用壽命長(zhǎng)、可靠性高”的特點(diǎn)。目前，在對(duì)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的BlO可靠壽命評(píng)定時(shí)，普遍采用壽命數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)法，即通過(guò)對(duì)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的實(shí)際使用壽命數(shù)據(jù)或壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，獲得該零部件的壽命分布模型，然后再確定出該零部件的BlO可靠壽命。然后，要得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件BlO可靠壽命評(píng)定值，就需要有足夠的壽命數(shù)據(jù)。如果通過(guò)壽命試驗(yàn)獲得車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的壽命數(shù)據(jù)，這無(wú)疑會(huì)增加試驗(yàn)成本和試驗(yàn)時(shí)間。如果借助車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的實(shí)際使用壽命數(shù)據(jù)，則需要較長(zhǎng)使用時(shí)間才能獲得足夠的樣本量。然而，無(wú)論是依賴(lài)于實(shí)際使用壽命數(shù)據(jù)還是壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)，都建立在車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件已經(jīng)完成制造的基礎(chǔ)上。由于車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件具有“可靠性高、壽命長(zhǎng)”的特點(diǎn)，難以像電子元器件那樣在研制階段通過(guò)大量的壽命試驗(yàn)獲得足夠的壽命數(shù)據(jù)，因此，壽命數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)法雖然在理論上適用于車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的壽命評(píng)價(jià)，但是無(wú)法在設(shè)計(jì)階段及時(shí)有效地對(duì)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的BlO可靠壽命進(jìn)行評(píng)價(jià)，難以有效地指導(dǎo)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件在設(shè)計(jì)階段的可靠性評(píng)價(jià)與壽命預(yù)測(cè)問(wèn)題，提供一種車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的BlO可靠壽命評(píng)定方法。該方法能夠結(jié)合車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的工作剖面，在確定車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的載荷歷程與失效模式的基礎(chǔ)上，根據(jù)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的載荷歷程、應(yīng)力、初始強(qiáng)度和強(qiáng)度退化規(guī)律等參數(shù)，確定出車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的BlO可靠壽命，能夠在設(shè)計(jì)階段評(píng)定出車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的BlO可靠壽命。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案:一種車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的BlO可靠壽命評(píng)定方法，包括以下步驟:[0006]a、選定要進(jìn)行BlO可靠壽命評(píng)定的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件；
[0007]b、確定該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件所對(duì)應(yīng)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的任務(wù)剖面；
[0008]C、確定該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的載荷作用歷程參數(shù)\ (L)，即機(jī)械零部件經(jīng)歷的載荷作用次數(shù)隨車(chē)輛行駛里程L的變化參數(shù)；
[0009]d、確定該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的主要失效模式；
[0010]e、確定該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的應(yīng)力概率累積分布函數(shù)Fs(S)；
[0011]f、確定該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件初始強(qiáng)度S的概率密度函數(shù)fδ (S)；
[0012]g、確定該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件剩余強(qiáng)度8 L隨車(chē)輛行駛里程L的變化規(guī)律；
[0013]h、將該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的載荷作用歷程參數(shù)X (L)、應(yīng)力概率累積分布函數(shù)Fs(s)、初始強(qiáng)度8的概率密度函數(shù)fs(S)、剩余強(qiáng)度SJ逭車(chē)輛行駛里程L的變化規(guī)律代入車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的BlO可靠壽命計(jì)算模型:
【權(quán)利要求】
1.一種車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的BlO可靠壽命評(píng)定方法，包括以下步驟: a、選定要進(jìn)行BlO可靠壽命評(píng)定的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件； b、確定該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件所對(duì)應(yīng)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的任務(wù)剖面； C、確定該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的載荷作用歷程參數(shù)\ (L)，即機(jī)械零部件經(jīng)歷的載荷作用次數(shù)隨車(chē)輛行駛里程L的變化參數(shù)； d、確定該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的主要失效模式； e、確定該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的應(yīng)力概率累積分布函數(shù)Fs(S)； f、確定該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件初始強(qiáng)度S的概率密度函數(shù)fs(S)； g、確定該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件剩余強(qiáng)度SL隨車(chē)輛行駛里程L的變化規(guī)律； h、將該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的載荷作用歷程參數(shù)X(L)、應(yīng)力概率累積分布函數(shù)Fs(S)、初始強(qiáng)度8的概率密度函數(shù)fs ( S )、剩余強(qiáng)度S J逭車(chē)輛行駛里程L的變化規(guī)律代入車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的B10可靠壽命計(jì)算模型:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的BlO可靠壽命評(píng)定方法，其特征在于:在步驟b中確定車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件所對(duì)應(yīng)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的任務(wù)剖面時(shí)，結(jié)合車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)所搭載車(chē)輛的實(shí)際用途，運(yùn)用試驗(yàn)測(cè)試或仿真計(jì)算的方法，確定車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩隨車(chē)輛行駛里程的變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的BlO可靠壽命評(píng)定方法，其特征在于:在步驟c中，在確定車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的載荷作用歷程參數(shù)\ (L)時(shí)，對(duì)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件經(jīng)歷的載荷作用次數(shù)隨車(chē)輛行駛里程的變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用泊松隨機(jī)過(guò)程描述車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件經(jīng)歷的載荷作用次數(shù)隨車(chē)輛行駛里程L的變化規(guī)律，并確定出泊松隨機(jī)過(guò)程參數(shù)，該泊松隨機(jī)過(guò)程的參數(shù)即為車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的載荷作用歷程參數(shù)入(L)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的BlO可靠壽命評(píng)定方法，其特征在于:在步驟d中，在確定車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件主要失效模式時(shí)，根據(jù)步驟b中確定的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)剖面和步驟c中確定的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件載荷作用歷程，在參考該類(lèi)型車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件故障信息的基礎(chǔ)上，確定出車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件在實(shí)際工作過(guò)程中可能出現(xiàn)的主要失效模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的BlO可靠壽命評(píng)定方法，其特征在于:在步驟e中，在確定車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的應(yīng)力概率累積分布函數(shù)Fs(S)時(shí)，針對(duì)步驟d中確定的失效模式，首先根據(jù)步驟c中確定的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件載荷作用歷程參數(shù)、(L)確定出該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件經(jīng)歷50次載荷作用時(shí)所對(duì)應(yīng)的行駛里程r 50 =177:'公里，然后根據(jù)步驟b中確定的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)剖面，通過(guò)有限元仿真計(jì)算的 aKl)方法針對(duì)該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件在車(chē)輛行駛L5tl公里內(nèi)所經(jīng)歷的每一次載荷作用進(jìn)行應(yīng)力響應(yīng)計(jì)算，通過(guò)對(duì)應(yīng)力的統(tǒng)計(jì)分析，確定出車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的應(yīng)力概率累積分布函數(shù)Fs (S)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的BlO可靠壽命評(píng)定方法，其特征在于:在步驟f?中，在確定車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件初始強(qiáng)度S的概率密度函數(shù)fs (S)時(shí)，針對(duì)步驟d中確定的失效模式，設(shè)計(jì)能夠模擬該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件失效模式的試驗(yàn)樣件，并加工50個(gè)該試驗(yàn)樣件，從50個(gè)試驗(yàn)樣件中隨機(jī)選取30-35個(gè)試驗(yàn)樣件進(jìn)行初始強(qiáng)度測(cè)試，通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定出該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件初始強(qiáng)度8的概率密度函數(shù)fs (S)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件的BlO可靠壽命評(píng)定方法，其特征在于:在步驟g中，在確定車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件剩余強(qiáng)度S L隨車(chē)輛行駛里程L的變化規(guī)律時(shí)，針對(duì)步驟d中確定的失效模式，設(shè)計(jì)并加工能夠模擬該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件失效模式的試驗(yàn)樣件，按照步驟c中確定的該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件載荷作用歷程對(duì)試驗(yàn)樣件進(jìn)行剩余強(qiáng)度測(cè)試，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，確定該車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件剩余強(qiáng)度S L隨車(chē)輛行駛里程L的變化規(guī)律即車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件剩余強(qiáng)度5 L與其初始強(qiáng)度5、車(chē)輛行駛里程L之間 的數(shù)學(xué)關(guān)系模型。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103455726SQ201310412760
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】王正, 王增全, 王阿娜, 張宇飛, 郭凱 申請(qǐng)人:中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所(天津)