面向任务阶段的加速寿命试验方案综合设计

doi:10.7527/S1000-6893.2024.30510

固体力学与飞行器总体设计

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面向任务阶段的加速寿命试验方案综合设计

刘晓娣¹(), 韩建立²

^1.海军航空大学航空基础学院，烟台 264001
^2.海军航空大学岸防兵学院，烟台 264001

收稿日期:2024-04-14 修回日期:2024-05-27 接受日期:2024-06-03 出版日期:2025-01-15 发布日期:2024-06-07
通讯作者: 刘晓娣 E-mail:xdl_1982@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(51975580)

http://hkxb.buaa.edu.cn hkxb@buaa.edu.cn

Received:2024-04-14 Revised:2024-05-27 Accepted:2024-06-03 Online:2025-01-15 Published:2024-06-07

摘要/Abstract

摘要：

弹上电子部件会随弹经历多个任务阶段，在加速寿命试验中各阶段独立设计，不考虑任务阶段间的影响，会给试验结果带来很大偏差。对此，提出一种Weibull分布下面向任务阶段的加速寿命试验综合设计方法。基于弹上部件在不同任务阶段的敏感应力分析，构建分段加速寿命模型；采用分层混合设计方法确定试验总体剖面，解决不同阶段应力水平的组合问题；采用基于失效率的变应力加速寿命试验模型进行整体设计，以正常应力条件下产品中位寿命估计的渐近方差最小为优化准则，采用极大似然估计理论，构建试验综合设计的数学模型，实现非恒定形状参数的Weibull分布下分阶段加速寿命试验的综合设计。对某型弹上电子部件的两阶段加速寿命试验进行综合设计，分析表明采用该方法得到的试验方案考虑了前一阶段试验对后一阶段的影响，比各阶段独立设计所得方案的寿命估计精度高。

关键词: 加速寿命试验, 任务阶段, 整体设计, 失效率, 最大似然估计

中图分类号:

V216.5

刘晓娣, 韩建立. 面向任务阶段的加速寿命试验方案综合设计[J]. 航空学报, 2025, 46(1): 230510.

图/表 9

表1

LHD试验方案

试验次数	第1阶段		第2阶段
试验次数	温度1	振动	温度2
1	$T 11$	$S 2$	$T 2 3$
2	$T 12$	$S 1$	$T 24$
3	$T 13$	$S 4$	$T 22$
4	$T 14$	$S 3$	$T 21$

表1

图 1

图 2

表2

ALT综合设计方案

试验次数	第1阶段					第2阶段		总截尾时间/h	样本数量	$A s v a r (t ̂ 0.5)$
试验次数	温度T/℃	x₁_i	振动S/（ $g 2 · H z - 1$ ）	y_i	截尾时间/h	温度T/℃	x₂_i	总截尾时间/h	样本数量	第1阶段	第2阶段	试验总体
1	80	2.83	0.13	-2.04	320	109	2.62	1 384	9	0.562 6	0.634 6	1.197 2
2	94	2.72	0.06	-2.81	223	125	2.51	788	2
3	109	2.62	0.60	-0.51	109	94	2.72	2 114	2
4	125	2.51	0.28	-1.28	76	80	2.83	3 853	7

表2

表3

表4

P2模式下的不同设计方案

综合设计模型	试验次数	第1阶段					第2阶段		总截尾时间/h	样本分配	$A s v a r (t ̂ 0.5)$
综合设计模型	试验次数	温度T/℃	x₁_i	振动S/（ $g 2 · H z - 1$ ）	y_i	截尾时间/h	温度T/℃	x₂_i	总截尾时间/h	样本分配	第1 阶段	第2 阶段	试验总体
M1	1	80	2.83	0.28	-1.28	293	80	2.83	4 070	10	1.165 7	1.134 2	2.299 9
	2	94	2.72	0.13	-2.04	204	94	2.72	2 209	2
	3	109	2.62	0.60	-0.51	109	109	2.62	1 173	6
	4	125	2.51	0.06	-2.81	90	125	2.51	655	2
M2	1	80	2.83	0.28	-1.28	293	80	2.83	4 070	9	1.194 8	1.369 5	2.564 3
	2	94	2.72	0.13	-2.04	204	94	2.72	2 209	2
	3	109	2.62	0.60	-0.51	109	109	2.62	1 173	6
	4	125	2.51	0.06	-2.81	90	125	2.51	655	3
M3	1	80	2.83	0.28	-1.28	293	80	2.83	4 070	5	1.414 4	1.609 4	3.023 8
	2	94	2.72	0.13	-2.04	204	94	2.72	2 209	5
	3	109	2.62	0.60	-0.51	109	109	2.62	1 173	5
	4	125	2.51	0.06	-2.81	90	125	2.51	655	5

表4

表5

P1模式下的其他设计方案

综合设计模型	试验次数	第1阶段					第2阶段		总截尾时间/h	样本分配	$A s v a r (t ̂ 0.5)$
综合设计模型	试验次数	温度T/℃	x₁_i	振动S/（ $g 2 · H z - 1$ ）	y_i	截尾时间/h	温度T/℃	x₂_i	总截尾时间/h	样本分配	第1 阶段	第2 阶段	试验总体
M2	1	80	2.83	0.13	-2.04	320	109	2.62	1 384	5	0.700 0	1.297 4	1.997 4
	2	94	2.72	0.06	-2.81	223	125	2.51	788	4
	3	109	2.62	0.60	-0.51	109	94	2.72	2 114	2
	4	125	2.51	0.28	-1.28	76	80	2.83	3 853	9
M3	1	80	2.83	0.13	-2.04	320	109	2.62	1 384	5	0.822 6	1.609 4	2.432 0
	2	94	2.72	0.06	-2.81	223	125	2.51	788	5
	3	109	2.62	0.60	-0.51	109	94	2.72	2 114	5
	4	125	2.51	0.28	-1.28	76	80	2.83	3 853	5

表5

图 3

表6

模型参数被错误估计时的设计方案

$ε 1$ /%	$ε 2$ /%	$ε 3$ /%	$ε 4$ /%	$ε 5$ /%	$ε 6$ /%	$ε 7$ /%	（ $n 1, n 2, n 3, n 4$ ）
0	0	0	0	0	0	0	（9，2，2，7）
-5	0	0	0	0	0	0	（9，2，2，7）
+5	0	0	0	0	0	0	（9，2，2，7）
0	-5	0	0	0	0	0	（10，2，2，6）
0	+5	0	0	0	0	0	（8，2，2，8）
0	0	-5	0	0	0	0	（9，2，2，7）
0	0	+5	0	0	0	0	（9，2，2，7）
0	0	0	-5	0	0	0	（9，2，2，7）
0	0	0	+5	0	0	0	（9，2，2，7）
0	0	0	0	-5	0	0	（9，2，2，7）
0	0	0	0	+5	0	0	（9，2，2，7）
0	0	0	0	0	-5	0	（8，2，2，8）
0	0	0	0	0	+5	0	（10，2，2，6）
0	0	0	0	0	0	-5	（9，2，2，7）
0	0	0	0	0	0	+5	（9，2，2，7）

表6

参考文献 24

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分类	模式	内容
试验剖面	P1	整体设计：分层混合设计
试验剖面	P2	分别设计：第1阶段采用LHD（4，2），第2阶段温度应力同第一阶段
综合设计模型	M1	设计方法：基于失效率的变应力ALT模型整体设计优化准则：正常应力水平下产品中位寿命估计值的渐近方差最小
	M2	设计方法：两阶段独立设计优化准则：两阶段正常应力水平下产品中位寿命估计值的渐近方差之和最小
	M3	设计方法：两阶段独立设计，样本平均分配优化准则：两阶段正常应力水平下产品中位寿命估计值的渐近方差之和最小