本發明屬于加速壽命試驗設計領域，具體涉及一種基于壽命理論計算的柴油機電控噴油器加速因子區間確定方法。
背景技術：
：柴油機電控噴油器是共軌式燃油系統中最關鍵和最復雜的部件，它的作用根據ECU發出的控制信號，通過控制電磁閥的開啟和關閉，將高壓油軌中的燃油以最佳的噴油定時、噴油量和噴油率噴入柴油機的燃燒室。每套柴油機電控噴油器由針閥偶件、控制柱塞組件、球閥組件、銜鐵組件、線圈組件、噴油器體組件及進油管接組件等七個分系統組成。柴油機電控噴油器屬于長壽命指標的產品，由于其價格高，難以通過增大樣本量來減少試驗時間，只能通過提高試驗應力水平來減少試驗時間，從而減少成本；然而，柴油機電控噴油器工作環境比較復雜，其失效是由多個失效機理共同作用的結果，使得加速因子難以確定。目前，多應力加速壽命試驗是建立在統計的基礎上，利用假設產品壽命分布的方法確定產品加速壽命試驗的加速因子，對產品的具體信息需求較少，但需要大量的樣本進行試驗，對于價格昂貴且數量少的柴油機電控噴油器很難展開。針對基于機理模型確定加速因子的方法，目前只適用于單機理單應力條件，并沒有一個完整的考慮多應力多機理條件下基于正向設計的加速因子確定方法。基于該現狀，本發明提出一種基于壽命理論計算的柴油機電控噴油器加速因子區間確定方法，考慮了模型參數不確定性影響及多應力多失效機理協同作用，能夠驗證現有基于經驗的加速試驗載荷譜的加速性并指導設計人員進行修正，同時給出加速試驗載荷譜指導加速壽命試驗的實施，最終確定柴油機電控噴油器的綜合加速因子區間。技術實現要素：為了克服現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于壽命理論計算的柴油機電控噴油器加速因子區間確定方法。具體地，本發明提供一種基于壽命理論計算的柴油機電控噴油器加速因子區間確定方法，其具體步驟如下：步驟一：機理分析：確定柴油機電控噴油器所有最低約定層次單元全壽命周期內潛在的耗損型失效機理及其敏感應力；步驟二：薄弱環節確定：根據步驟一所確定的耗損型失效機理，選取對應的壽命計算模型，計算各個耗損型失效機理在常規試驗載荷譜下的損傷及理論壽命，從而確定薄弱環節及主機理；步驟三：失效機理加速性分析：在步驟二所確定的薄弱環節和主機理的基礎上，利用壽命計算模型，分析對應主機理的加速性；步驟四：損傷計算：在考慮模型參數分散性的前提下，對現有基于經驗的加速試驗載荷譜進行損傷計算；步驟五：載荷譜等效分析：在步驟三的基礎上，通過對比計算在不同模型參數分散性下，各個主機理在現有加速試驗載荷譜下同常規試驗載荷譜的損傷比，分析現有基于經驗的加速試驗載荷譜與常規試驗載荷譜的等效性；步驟六：加速試驗載荷譜確定：基于常規試驗載荷譜和現有基于經驗的加速試驗剖面，確定加速試驗載荷譜；步驟七：單元加速因子區間確定：在考慮壽命計算模型參數分散性的基礎上，利用壽命計算模型，計算加速試驗載荷譜下各個主機理的加速因子區間，從而確定各個單元的加速因子區間；步驟八：產品綜合加速因子確定：根據步驟七確定的單元加速因子區間，確定柴油機電控噴油器的綜合加速因子區間。優選地，步驟一所述的機理分析具體包括以下步驟：a.根據給定的載荷譜或任務剖面，結合柴油機電控噴油器的組成、結構、原理，通過開展結構分解，確定產品的最低約定層次單元；b.依據載荷譜確定各個最低約定層次單元所受的局部載荷，從而分析所對應的所有可能的耗損型失效機理；c.確定每個耗損型失效機理的敏感應力。優選地，步驟二所述的薄弱環節為理論計算壽命小于壽命指標的100倍的最低約定層次單元；優選地，步驟二所述的主機理為薄弱環節所對應對產品壽命起關鍵作用的耗損型失效機理。優選地，所述主機理的確定方法具體包括：針對疲勞機理，重點選擇許用疲勞次數小于1010次對應的耗損型失效機理；針對磨損機理，選取磨損量大于0.02mm對應的耗損型失效機理；針對老化機理，選取老化壽命小于10000h對應的耗損型失效機理。優選地，步驟三所述的失效機理加速性分析的具體步驟如下：a.確定該失效機理對應單元所承受的極限許用應力；b.將確定的極限許用應力代入壽命計算模型，獲得在該應力水平下的理論壽命；c.計算極限應力水平下的理論壽命與常規試驗載荷譜下的理論壽命的比值，判斷該失效機理是否具有加速性。如果壽命比值大于2，則認為該機理具備加速性。優選地，步驟四所述的損傷計算的具體步驟如下：a.針對步驟三中確定的具有加速性的主機理，利用對應的壽命計算模型計算在現有加速試驗載荷譜下的損傷；b.考慮選取的模型參數存在分散性，設定分散系數為20％，分別計算在不同模型參數分散性下各個主機理所對應的損傷區間。優選地，步驟五中所述的載荷譜等效分析具體方法為：如果主機理損傷比大于1時，則現有的加速試驗載荷譜對于該主機理存在加速性；如果主機理損傷比小于1，則現有的加速試驗載荷譜對于該主機理不存在加速性。優選地，步驟六中所述的確定加速試驗載荷譜具體方法為：在保證加速試驗工況不變的情況下，依據常規試驗載荷譜同加速試驗載荷譜的總試驗時間之比，調整現有加速試驗載荷譜各個工況下的試驗時間，使得調整后的總試驗時間與常規試驗載荷譜的總試驗時間一致。優選地，步驟七中所述的確定單元加速因子區間具體方法為在各個主機理加速因子區間確定的基礎上，選取該單元對應的所有主機理加速因子區間中最小的加速因子作為單元的加速因子區間。優選地，步驟八中所述的確定產品綜合加速因子區間具體方法為，根據步驟二確定的各個最低約定層次單元的理論壽命排序結果，選取理論壽命最短的最低約定層次單元對應的加速因子區間作為柴油機電控噴油器的綜合加速因子區間。本發明是一種基于壽命理論計算的柴油機電控噴油器加速因子區間確定方法，具有以下優點：本發明提供了一種基于壽命理論計算的柴油機電控噴油器加速因子區間確定方法，全面考慮了模型參數不確定性及多應力多失效機理的協同作用，評估結果更加準確可信。本發明提供了一套基于壽命計算模型的從機理-單元-產品自下而上的加速因子區間的確定方法，全面認知產品的故障規律，確定的加速壽命試驗方案更加符合產品的實際情況。本發明克服了傳統基于統計的加速試驗需要依靠大量樣本確定加速因子方法的不足，減少了試驗樣本和試驗成本，為具有長壽命指標產品的試驗驗證提供方法支撐。附圖說明圖1是本發明確定方法流程圖；以及圖2是某柴油機電控噴油器結構分解層次圖。具體實施方式下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步的詳細說明：具體地，本發明提供一種基于壽命理論計算的柴油機電控噴油器加速因子區間確定方法，其具體步驟如下：步驟一：機理分析：確定柴油機電控噴油器所有最低約定層次單元全壽命周期內潛在的耗損型失效機理及其敏感應力。所述的“機理分析”包括三個步驟：1)根據給定的載荷譜或任務剖面，結合柴油機電控噴油器的組成、結構、原理，通過開展結構分解，確定產品的最低約定層次單元；2)依據載荷譜確定各個最低約定層次單元所受的局部載荷，從而分析所對應的所有可能的耗損型失效機理。3)確定每個耗損型失效機理的敏感應力。步驟二：薄弱環節確定：根據步驟一所確定的耗損型失效機理，選取對應的壽命指標計算模型，計算各個失效機理在常規試驗載荷譜下的損傷及理論壽命，從而確定薄弱環節及主機理。所述的“薄弱環節”是指理論計算壽命小于壽命指標的100倍的最低約定層次單元。所述的“主機理”是指薄弱環節所對應對產品壽命起關鍵作用的耗損型失效機理。1)針對疲勞機理，重點選擇許用疲勞次數小于1010次對應的耗損型失效機理；2)針對磨損機理，選取磨損量大于0.02mm對應的耗損型失效機理；3)針對老化機理，選取老化壽命小于10000h對應的耗損型失效機理。步驟三：失效機理加速性分析：在步驟二所確定的薄弱環節的基礎上，利用壽命指標計算模型，分析對應主機理的加速性。所述的失效機理加速性分析的具體步驟如下：a.確定該失效機理對應單元所承受的極限許用應力；b.將確定的極限許用應力代入壽命計算模型，獲得在該應力水平下的理論壽命；c.計算極限應力水平下的理論壽命與常規試驗載荷譜下的理論壽命的比值，判斷該失效機理是否具有加速性。如果壽命比值大于2，則認為該機理具備加速性。步驟四：損傷計算：在考慮模型參數分散性的前提下，對現有基于經驗的加速試驗載荷譜進行損傷計算。所述的損傷計算的具體步驟為：1)針對步驟三中確定的具有加速性的主機理，利用對應的壽命計算模型計算在現有加速試驗載荷譜下的損傷；2)考慮選取的模型參數存在分散性，設定分散系數為20％，分別計算在不同模型參數分散性下各個主機理所對應的損傷區間。步驟五：載荷譜等效分析：在步驟三的基礎上，通過對比計算在不同模型參數分散性下，各個主機理在現有加速試驗載荷譜下同常規試驗載荷譜的損傷比，分析現有基于經驗的加速試驗載荷譜與常規試驗載荷譜的等效性。所述的“載荷譜等效分析”原則為：如果主機理損傷比大于1時，則現有的加速試驗載荷譜對于該主機理存在加速性；如果主機理損傷比小于1，則現有的加速試驗載荷譜對于該主機理不存在加速性。步驟六：加速試驗載荷譜確定：基于常規試驗載荷譜和現有基于經驗的加速試驗剖面，確定加速試驗載荷譜。所述的“加速試驗載荷譜確定”的準則為：在保證加速試驗工況不變的情況下，依據常規試驗載荷譜同加速試驗載荷譜的總試驗時間之比，調整現有加速試驗載荷譜各個工況下的試驗時間，使得調整后的總試驗時間與常規試驗載荷譜的總試驗時間一致。步驟七：單元加速因子區間確定：在考慮壽命計算模型參數分散性的基礎上，利用壽命計算模型，計算加速試驗載荷譜下各個主機理的加速因子區間，從而確定各個單元的加速因子區間。所述的“單元加速因子區間確定”是在各個主機理加速因子區間確定的基礎上，選取該單元對應的所有主機理加速因子區間中最小的加速因子作為單元的加速因子區間。步驟八：產品綜合加速因子區間確定：根據步驟七確定的單元加速因子區間，確定柴油機電控噴油器的綜合加速因子區間。所述的“產品綜合加速因子區間確定”具體方法為，根據步驟二確定的各個最低約定層次單元的理論壽命排序結果，選取理論壽命最短的最低約定層次單元對應的加速因子區間作為柴油機電控噴油器的綜合加速因子區間。實施例下面將結合具體的某柴油機電控噴油器的加速因子區間確定過程對本發明做進一步的詳細說明，見圖1，本發明是一種基于壽命理論計算的柴油機電控噴油器加速因子區間確定方法，其發明的具體實施步驟如下：步驟一：進行機理分析，確定柴油機電控噴油器所有最低約定層次單元全壽命周期內潛在的耗損型失效機理及其敏感應力。某柴油機電控噴油器結構分解后的層次圖，見圖2所示。確定最低約定層次單元的工作載荷類型有：行程、燃油壓力、負載力、工作介質溫度，環境載荷類型有：環境溫度、振動載荷。最終確定的耗損型失效機理匯總表如表1所示。表1某柴油機電控噴油器失效機理匯總表步驟二：薄弱環節確定。根據步驟一所確定的耗損型失效機理，選取對應的壽命計算模型，計算各個失效機理在常規試驗載荷譜下(見表2所示)的損傷及理論壽命，從而確定薄弱環節及主機理。表2某柴油機電控噴油器常規試驗載荷譜開展指標計算所需的常見壽命計算模型包括：a.疲勞類機理：疲勞類失效機理的壽命計算模型如下式所示：其中，σmax,σmin——某最低約定層次單元一個運動周期內的最大應力和最小應力，MPa；σm,σa——某最低約定層次單元一個運動周期內對應的平均應力和應力幅，MPa；σe——等效平均應力，MPa；σb,——材料拉伸強度極限，MPa；σ-1A——許用疲勞極限，MPa；b——材料的疲勞系數；Ni,Di——各級載荷下的疲勞壽命和損傷；N0——最大主應力為疲勞極限時的循環次數；ni,Ni——各級載荷下的實際循環次數和疲勞壽命；L——綜合條件下的疲勞壽命；b.磨損類機理：磨損類失效機理的壽命計算模型如下式所示：A＝2πrLj其中：r——摩擦副內徑，mm；Lj——摩擦副接觸部分長度，mm；A——名義接觸面積，mm2；hs——摩擦副最大允許磨損量，mm；H——材料硬度，MPa；K——磨損系數；Lm——摩擦副滿行程長度，mm；Wa——微凸體載荷，N；N——磨損壽命；c.老化類機理：老化類失效機理的壽命計算模型如下式所示：其中：E——材料的活化能，J*mol-1；R——氣體常數，8314/(J*mol-1)；T——老化反應時間，K；t——老化壽命，h；通過壽命計算模型計算獲取的各個最低約定層次單元的理論壽命，如表3所示。表3耗損型失效機理對應的理論壽命匯總表針對疲勞機理，重點選擇許用疲勞次數小于1010次的耗損型失效機理；針對磨損機理，選取磨損量大于0.02mm的耗損型失效機理；針對老化機理，選取老化壽命小于10000h的耗損型失效機理。最終選取的薄弱環節及主機理如表4所示。表4柴油機電控噴油器薄弱環節及主機理匯總表步驟三：失效機理加速性分析。在步驟二所確定的薄弱環節的基礎上，利用壽命計算模型，分析對應主機理的加速性。最終，所有具有加速性的失效機理見表5所示。表5具有加速性的失效機理匯總表步驟四：損傷計算。在考慮模型參數分散性的前提下，對現有基于經驗的加速試驗載荷譜(見表6所示)進行損傷計算。表6某柴油機電控噴油器現有加速試驗載荷譜設定模型參數的分散性為20％，由此可得各個單元對應的失效機理在不同分散性下的理論壽命及損傷分布情況。以針閥與焊接針閥體的沖擊疲勞為例，進行說明方法的具體步驟：a.針閥沖擊疲勞針閥的沖擊疲勞對應的在不同模型參數分散性下的理論壽命和損傷，見表7、8所示。表7針閥沖擊疲勞的理論壽命表8針閥沖擊疲勞的損傷散度b常規試驗載荷譜現有加速試驗載荷譜-20％2.5281.110.65-10％2.8440.790.4803.160.560.3510％3.4760.390.2520％3.7920.280.18b.焊接針閥體沖擊疲勞焊接針閥體的沖擊疲勞對應的在不同模型參數分散性下的理論壽命和損傷，見表9、10所示。表9焊接針閥體沖擊疲勞的理論壽命散度b常規試驗載荷譜現有加速試驗載荷譜-20％3.914722.06E+061.47E+06-10％4.404061.68E+061.16E+0604.89341.38E+069.08E+0510％5.382741.13E+067.12E+0520％5.872089.21E+055.58E+05表10焊接針閥體沖擊疲勞的損傷散度b常規試驗載荷譜現有加速試驗載荷譜-20％3.9147287.5856.18-10％4.40406106.9571.5604.8934130.6691.2010％5.38274159.71116.2920％5.87208195.34148.34步驟五：載荷譜等效分析。在步驟三的基礎上，通過對比計算在不同模型參數分散性下，各個主機理在現有加速試驗載荷譜下同常規試驗載荷譜的損傷比，分析現有基于經驗的加速試驗載荷譜與常規試驗載荷譜的等效性。對比分析常規壽命載荷譜同現有加速試驗載荷譜下各個機理的損傷，獲取在不同b的取值下的損傷比，見表11所示。表11各個失效機理在不同模型參數分散性下的損傷比如果主機理損傷比大于1時，則現有的加速試驗載荷譜對于該主機理存在加速性；如果主機理損傷比小于1，則現有的加速試驗載荷譜對于該主機理不存在加速性。因此，現有加速試驗載荷譜只對于控制柱塞、銜鐵及導向體存在加速性，對于其他單元無法等效常規試驗載荷譜。步驟六：加速試驗載荷譜確定。基于常規試驗載荷譜和現有基于經驗的加速試驗剖面，確定加速試驗載荷譜，如表12所示。表12調整后的加速試驗載荷譜步驟七：單元加速因子區間確定。在考慮壽命計算模型參數分散性的基礎上，利用壽命計算模型，計算加速試驗載荷譜下各個主機理的加速因子區間，從而確定各個單元的加速因子區間，見表12所示。表12各個失效機理在不同參數分散性下的加速因子比例針閥焊接針閥體控制柱塞量孔板…導向體0.81.40381.58752.37461.5177…2.14880.91.43491.65522.57691.5685…2.324111.46581.72542.78731.6202…2.50861.11.49661.79823.00431.6727…2.70151.21.52731.87353.22641.7261…2.9015步驟八：產品綜合加速因子區間確定。根據步驟二確定的各個最低約定層次單元的理論壽命排序結果，確定理論壽命最短的最低約定層次單元為焊接針閥體，對應的加速因子區間為[1.5875,1.8735]，由此作為柴油機電控噴油器的綜合加速因子區間。最后應說明的是：以上所述的各實施例僅用于說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或全部技術特征進行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。當前第1頁1 2 3