基於加速壽命評估的爆炸邏輯網絡可靠性分析方法與流程

2024-03-24 03:58:05

本發明屬於可靠性分析技術領域，具體涉及一種基於加速壽命評估的爆炸邏輯網絡可靠性分析方法。

背景技術：

爆炸邏輯網絡是一種利用炸藥的非常規爆轟特性而實現的傳爆序列，由多種爆炸元件及輸入、輸出火工品等構成，相較於常規電子、機械式起爆裝置在作用過程中具有成本低、功能多、精度高等特點，一般用於定向戰鬥部等武器系統以及航空、航天系統。爆炸邏輯網絡能夠實現延時起爆、定向起爆、多點起爆等起爆控制功能。爆炸邏輯網絡輸出端一般是武器戰鬥部，因此失效將會產生災難性後果。

爆炸邏輯網絡屬於火工品，其生命周期的大部分為貯存狀態，因此為保證系統的貯存性能，應該保證其擁有良好的貯存環境。爆炸邏輯網絡作為一種火工品，具有極長的貯存壽命，壽命周期一般為幾十年。通過普通貯存環境對系統失效數據進行統計將消耗極長的時間，不符合實際。

爆炸邏輯網絡中最易受環境影響的部分是傳爆溝槽中的傳爆藥，作為一種軍用烈性炸藥，傳爆藥對周圍環境壓力極其敏感。一般容易對系統產生安全性影響的環境因素包括高溫、高溼、黴菌、震動、靜電等。爆炸邏輯網絡傳爆藥採用含rdx基硝酸酯炸藥，硝酸酯是一類化學性質不太穩定的物質，硝酸酯易發生氧化反應生成氮氧化物，同時生成的氮氧化物能夠在接下來的化學反應中起到催化劑的作用，使得硝酸酯與氧氣的化學反應更加迅速，使炸藥的分解速度越來越快。在貯存期間影響爆炸邏輯網絡的性能的主要因素為溫度和溼度，溫度表現在對傳爆藥氧化分解速度的影響，溼度主要產生水分對傳爆藥進行水解反應，導致傳爆藥分解速度加快。而常規火工品加速壽命試驗，一般只採用單溫度作為環境應力的加速壽命試驗方法，其中未加入溼度環境應力，此種忽略環境溼度對系統的影響的加速試驗會產生較大試驗誤差。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術中的上述問題，提供一種基於加速壽命評估的爆炸邏輯網絡可靠性分析方法。

為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案：一種基於加速壽命評估的爆炸邏輯網絡可靠性分析方法，包括以下步驟：

步驟1：根據爆炸邏輯網絡屬於火工品的特性以及其基本結構原理，確定系統的失效分布函數；

步驟2：設計並實施恆定應力條件下的加速壽命試驗，由於超過規定範圍的環境應力會使得失效規律發生改變，因此環境應力的溫度和溼度不得超過加速試驗要求的許用範圍；

步驟3：根據系統的基本結構原理，建立適用於爆炸邏輯網絡溫度-溼度雙因素的加速試驗壽命評估的加速模型；

步驟4：將步驟3得到的系統的加速模型，代入到步驟1中的系統的失效分布函數中，得到溫度-溼度環境應力條件下的對數正態分布加速壽命概率密度函數式，對其進行分析求解，得到溫度-溼度環境應力條件下的對數正態分布各項可靠性參數；

步驟5：利用極大似然估計方法對步驟2中恆定應力條件下得到的試驗數據進行處理，得到各個應力組合條件下的相關數據，將其代入步驟4的相關可靠性參數表達式，即可求得加速模型中的未知參數具體數值；

步驟6：將步驟5所得的加速模型中的參數數值代入到步驟4的可靠性參數表達式中，可以得到許用範圍內給定任意溫度-溼度組合的加速壽命預測值。即可求得確定溫度-溼度環境應力條件下，系統可靠度隨時間的變化趨勢。

本發明的有益效果是：本發明可靠性分析方法通過對系統結構原理進行綜合分析，選用溫度-溼度兩個方向的加速應力，並在常規分布函數中引入加速模型的方式，對分布函數進行變換，得到各項與溫度-溼度相關的可靠性參數表達式。本方法同時考慮了溫度-溼度對爆炸邏輯網絡的貯存壽命的影響，相較於只考慮溫度的常規加速壽命試驗方法，減小了因只考慮單一環境應力影響而造成的試驗誤差，更切合戰場複雜貯存環境的實際情況。

其次，利用極大似然估計以及多參數擬合的方法對試驗數據進行處理分析，得到各項參數具體數值，代入可靠性參數表達式，求得平均壽命隨溫度-溼度變化趨勢、確定環境條件下的可靠度評估數據等。採用極大似然估計及數據擬合方式對試驗數據進行處理計算，使離散的數據線性化，去除由於個體差異產生的個別試驗樣本誤差較大的數據。此種數據處理方式，將極大地提高計算效率，加快爆炸邏輯網絡貯存壽命可靠性的預計，並為大批量產品的貯存時間標準化提供依據。

附圖說明

圖1為本發明實施例採用的加速試驗分組示意圖；

圖2為本發明實施例繪製的單因素環境應力下的平均壽命變化趨勢示意圖；

圖3為本發明實施例繪製的爆炸邏輯網絡在溫度-溼度任意組合情況下的平均壽命曲面圖；

圖4為本發明實施例繪製的爆炸邏輯網絡對比溫度和溼度對平均壽命影響效果的趨勢對比圖；

圖5為本發明實施例繪製的給定環境應力條件下的爆炸邏輯網絡可靠度隨時間變化趨勢圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖對本發明的實施例做進一步的說明。應當理解，此處所描述的算例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

本算例中的基於加速壽命評估的爆炸邏輯網絡可靠性分析方法，包括如下步驟：

步驟1：根據爆炸邏輯網絡屬於火工品的特性以及其基本結構原理，確定系統的失效分布函數為對數正態分布，其失效概率密度函數表達式如式(1)。

其中，t表示失效時間，σ表示標準差，μ表示平均失效時間。

步驟2：本實施例中給出的環境應力在要求的範圍內，一般符合雙因素環境應力的加速壽命對數正態分布。

步驟3：根據研究背景選取合適的加速模型，主要從爆炸邏輯網絡貯存時間角度考慮，因此宜選用基於加速失效時間的加速模型。選擇合適的加速時間失效模型，將影響結果的準確性，系統主要受到溫度-溼度的環境應力影響，因此，可選用由經典加速模型艾琳模型轉化而來的溫度-溼度加速模型，其模型方程式見式(2)，並實施恆定應力條件下的加速壽命試驗。

其中，a表示常量，v表示加速試驗條件下的溫度環境應力，u表示加速試驗條件下的溼度環境應力，φ表示與溫度相關的加速係數，b表示與溼度相關的加速係數。

這裡的加速壽命試驗表示加大環境中溫度-溼度的應力，使得系統在不改變失效機理、失效分布前提下，更快速地發生失效，並記錄該情況下的失效時間，之後使用數理統計方法進行分析，得到基於溫度-溼度環境應力條件的失效規律。

步驟4：已知爆炸邏輯網絡壽命失效分布符合對數正態分布，將對數正態分布的壽命代入式(1)，變量t由t表示，得到失效概率密度函數：

其中，v表示加速壽命試驗選用的溫度，u表示加速壽命試驗選用的溼度，a是待估常量，σ表示加速壽命試驗壽命數據的標準差。

可靠度函數r(t,v,u)可以表示為：

對數正態分布下的溫度溼度應力試驗產品平均壽命為：

對數正態分布下的溫度溼度加速應力試驗產品的失效率為：

式(6)為溫度-溼度環境應力條件下的對數正態分布的加速壽命失效率函數式，溫度-溼度環境應力條件下的對數正態分布各項可靠性參數包括了可靠度r、平均壽命及失效率λ等。

確定加速應力的範圍，溫度20℃-70℃，溼度為20％-100％。為簡便起見，將加速試驗分為不同溫度不同溼度環境條件的3組，每組4個樣本，其示意圖見圖1。

步驟5：利用極大似然估計方法，求出每組數據的平均壽命和方差。

由平均壽命計算式(5)，可以得到：

式中存在三個未知參數a，φ，b，其中，a是一個常量，b是壽命與溼度的相關參數，φ是壽命與溫度相關的參數。

在這裡假設求得的方差平均壽命數據如表1所示。

表1加速應力條件下的平均壽命

根據表1中的數據，利用非線性擬合程序對式(9)進行非線性擬合處理，得到在置信度為95％的情況下，a＝e-7.512，φ＝481.3，b＝248.1，殘差平方和sse為0.2436，方程確定係數r-square為0.9802，校正的方程確定係數adjustr-square為0.9772，均方根誤差rmse為0.1369。

步驟6：根據求得的a＝e-7.512，φ＝481.3，b＝248.1三個參數值，將其代入平均壽命表達式(5)，可以繪製溫度-溼度加速壽命曲面圖，見圖3。此曲面圖是單因素環境應力趨勢圖-圖2的擴展，從圖中可以看出爆炸邏輯網絡的壽命隨著溫度、溼度的升高而急劇減小。

根據求得的a＝e-7.512，φ＝481.3，b＝248.1三個參數值，將其代入式(4)，可以繪製在確定環境應力條件下的爆炸邏輯網絡可靠度隨時間變化曲線圖，見圖5。從圖中可以看出爆炸邏輯網絡的可靠度隨時間增長具有不斷減小的趨勢。

根據以上研究，可以看出採用溫度-溼度作為加速應力的加速壽命試驗評估方法的結果較為理想，即各項指標的變化趨勢與實際相符。

對從事可靠性相關工作的技術人員的進一步說明，這裡所述的實施例是為了幫助讀者理解本發明的原理，應被理解為本發明的保護範圍並不局限於這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據本發明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發明實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發明的保護範圍內。