一種GIS氣密封橡膠壽命預測計算方法及裝置與流程
2023-04-29 04:15:22
本發明涉及壽命預測領域，尤其涉及一種gis氣密封橡膠壽命預測計算方法及裝置。
背景技術：
不同橡膠材料的透氣性差別較大。但目前還沒有對透氣係數在多大程度影響sf6的洩漏的研究。nbr雖然氣體滲透性低,但拉斷永久變形大,相應的應力鬆弛也較大,且臭氧老化後就產生裂紋繼而斷裂，因此長期使用密封性下降。epr的透氣性也較低,耐老化性能較好,是較好的密封材料。為了評價gis常用三元乙丙、丁腈、氯丁橡膠o形圈性能的優劣,在相同試驗條件下對3種橡膠進行了試驗。結果表明氯丁橡膠相比三元乙丙和丁腈橡膠耐高溫和耐低溫性能差，耐天候試驗中氯丁橡膠的拉伸強度下降比較明顯。丁腈橡膠的壓縮永久變形率變化較大，三元乙丙橡膠變化最小。三元乙丙橡膠具有優良的力學性能、耐熱老化性能、耐低溫性能和耐受臭氧性能,壓縮永久變形率變化最小，僅僅是耐受不了礦物油，可作為gis密封圈的首選。
三元乙丙橡膠具有優異的氣密性，並且三元乙丙橡膠的機械性能很好，在所能承受的gis設備的機械強度範圍內對本身的氣密性影響不大，因此gis設備中sf6的密封通常使用三元乙丙橡膠作為其密封材料。
國標規定預測橡膠使用壽命的失效閾值通常選用50％，但在實際使用中，並不是性能退化到50％就會產生漏油漏氣現象，可能提前，也可能推後。而選擇不同的失效閾值預測出的壽命有很大的差別。
技術實現要素：
本發明實施例提供了一種gis氣密封橡膠壽命預測計算方法及裝置，計算結果更準確。
本發明實施例提供的一種gis氣密封橡膠壽命預測計算方法，包括：
s1：獲取預定的經驗常數值、預定的經驗常數值時的預定老化溫度下的橡膠老化時間和橡膠老化性能保留率，通過經驗動力學公式和直線擬合法計算預定經驗常數值時預定老化溫度下的gis氣密封橡膠不同老化時間下的老化性能保留率；
s2：通過經驗動力學公式和直線擬合法獲得的預定經驗常數值時預定老化溫度下的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的計算值和對應所述計算值的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的預定值，對所述計算值和對應所述計算值的預定值進行相減、平方，再相加運算計算預定的經驗常數值的擬合值，獲得不同的預定的經驗常數值進行迭代更新所述擬合值，獲得最小擬合值對應的經驗常數值；
s3：通過最小擬合值對應的經驗常數值和直線擬合法獲得經驗動力學公式中預定老化溫度下的反應速率常數值，通過阿倫尼烏斯公式和直線擬合法獲得橡膠的表現活化能和頻率因子，獲得橡膠不同老化溫度下的反應速率常數值，獲得橡膠對應所述反應速率常數值的老化溫度下的預定性能退化到預定的性能保留率的時間。
優選地，所述步驟s1具體包括：
獲取預定的經驗常數值di、預定的經驗常數值di時的預定老化溫度下的橡膠老化時間t和橡膠老化性能保留率f(p)，通過經驗動力學公式和直線擬合法計算預定的經驗常數值di時的預定老化溫度下的經驗動力學公式中的反應速率常數ki和常數bi，獲得預定的經驗常數值di時預定老化溫度下的gis氣密封橡膠不同老化時間下的老化性能保留率，其中經驗動力學公式為：
f(p)＝bexp(-ktd)
其中f(p)為橡膠老化性能保留率、b為常數、k為反應速率常數、d為經驗常數，t為橡膠老化時間。
優選地，所述步驟s2具體包括：
通過經驗動力學公式和直線擬合法獲得的預定經驗常數值時預定老化溫度下的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的計算值和對應所述計算值的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的預定值pij，對所述計算值和對應所述計算值的預定值pij進行相減、平方，再相加運算計算預定的經驗常數值的擬合值i，獲得不同的預定的經驗常數值進行迭代更新所述擬合值，獲得最小擬合值對應的經驗常數值，其中i為擬合值，為預定老化溫度下的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的計算值，pij為對應所述計算值的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的預定值，i為老化溫度，j為測量點。
優選地，所述步驟s3具體包括：
通過最小擬合值對應的經驗常數值和直線擬合法獲得經驗動力學公式中預定老化溫度t下的反應速率常數值k，通過阿倫尼烏斯公式和直線擬合法獲得橡膠的表現活化能e和頻率因子a，獲得橡膠不同老化溫度下的反應速率常數值，獲得橡膠對應所述反應速率常數值的老化溫度下的預定性能退化到預定的性能保留率的時間t，其中所述阿倫尼烏斯公式為：k＝a·exp(-e/rt)，其中k為反應速率常數值，t為老化溫度、r為氣體常數、e為表現活化能、a為頻率因子。
優選地，所述步驟s3具體包括：
通過最小擬合值對應的經驗常數值和直線擬合法獲得經驗動力學公式中預定老化溫度t下的反應速率常數值k，通過阿倫尼烏斯公式和直線擬合法獲得橡膠的表現活化能e和頻率因子a，獲得橡膠不同老化溫度下的反應速率常數值，通過所述經驗動力學公式，獲得橡膠對應所述反應速率常數值的老化溫度下的預定性能退化到預定的性能保留率的時間t，其中所述阿倫尼烏斯公式為：k＝a·exp(-e/rt)，其中k為反應速率常數值，t為老化溫度、r為氣體常數、e為表現活化能、a為頻率因子。
本發明實施例中提供的一種gis氣密封橡膠壽命預測計算裝置，包括：
計算單元，用於獲取預定的經驗常數值、預定的經驗常數值時的預定老化溫度下的橡膠老化時間和橡膠老化性能保留率，通過經驗動力學公式和直線擬合法計算預定經驗常數值時預定老化溫度下的gis氣密封橡膠不同老化時間下的老化性能保留率；
第一獲取單元，用於通過經驗動力學公式和直線擬合法獲得的預定經驗常數值時預定老化溫度下的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的計算值和對應所述計算值的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的預定值，對所述計算值和對應所述計算值的預定值進行相減、平方，再相加運算計算預定的經驗常數值的擬合值，獲得不同的預定的經驗常數值進行迭代更新所述擬合值，獲得最小擬合值對應的經驗常數值；
第二獲取單元，用於通過最小擬合值對應的經驗常數值和直線擬合法獲得經驗動力學公式中預定老化溫度下的反應速率常數值，通過阿倫尼烏斯公式和直線擬合法獲得橡膠的表現活化能和頻率因子，獲得橡膠不同老化溫度下的反應速率常數值，獲得橡膠對應所述反應速率常數值的老化溫度下的預定性能退化到預定的性能保留率的時間。
優選地，所述計算單元具體包括：
第一獲取子單元，具體用於獲取預定的經驗常數值di、預定的經驗常數值di時的預定老化溫度下的橡膠老化時間t和橡膠老化性能保留率f(p)；
第一計算子單元，具體用於通過經驗動力學公式和直線擬合法計算預定的經驗常數值di時的預定老化溫度下的經驗動力學公式中的反應速率常數ki和常數bi；
第二獲取子單元，具體用於獲得預定的經驗常數值di時預定老化溫度下的gis氣密封橡膠不同老化時間下的老化性能保留率，其中經驗動力學公式為：
f(p)＝bexp(-ktd)
其中f(p)為橡膠老化性能保留率、b為常數、k為反應速率常數、d為經驗常數，t為橡膠老化時間。
優選地，所述第一獲取單元具體包括：
第三獲取子單元，具體用於通過經驗動力學公式和直線擬合法獲得的預定經驗常數值時預定老化溫度下的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的計算值和對應所述計算值的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的預定值pij；
第二計算子單元，具體用於對所述計算值和對應所述計算值的預定值pij進行相減、平方，再相加運算計算預定的經驗常數值的擬合值i；
迭代更新子單元，具體用於獲得不同的預定的經驗常數值進行迭代更新所述擬合值；
第四獲取子單元，具體用於獲得最小擬合值對應的經驗常數值，其中i為擬合值，為預定老化溫度下的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的計算值，pij為對應所述計算值的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的預定值，i為老化溫度，j為測量點。
優選地，所述第二獲取單元具體包括：
第五獲取子單元，具體用於通過最小擬合值對應的經驗常數值和直線擬合法獲得經驗動力學公式中預定老化溫度t下的反應速率常數值k；
第六獲取子單元，具體用於通過阿倫尼烏斯公式和直線擬合法獲得橡膠的表現活化能e和頻率因子a；
第七獲取子單元，具體用於獲得橡膠不同老化溫度下的反應速率常數值，獲得橡膠對應所述反應速率常數值的老化溫度下的預定性能退化到預定的性能保留率的時間t，其中所述阿倫尼烏斯公式為：k＝a·exp(-e/rt)，其中k為反應速率常數值，t為老化溫度、r為氣體常數、e為表現活化能、a為頻率因子。
優選地，所述第七獲取子單元具體包括：
具體用於獲得橡膠不同老化溫度下的反應速率常數值，通過所述經驗動力學公式，獲得橡膠對應所述反應速率常數值的老化溫度下的預定性能退化到預定的性能保留率的時間t，其中所述阿倫尼烏斯公式為：k＝a·exp(-e/rt)，其中k為反應速率常數值，t為老化溫度、r為氣體常數、e為表現活化能、a為頻率因子。
從以上技術方案可以看出，本發明實施例具有以下優點：
本發明實施例中提供的一種gis氣密封橡膠壽命預測計算方法及裝置，其中，一種gis氣密封橡膠壽命預測計算方法包括：s1：獲取預定的經驗常數值、預定的經驗常數值時的預定老化溫度下的橡膠老化時間和橡膠老化性能保留率，通過經驗動力學公式和直線擬合法計算預定經驗常數值時預定老化溫度下的gis氣密封橡膠不同老化時間下的老化性能保留率；s2：通過經驗動力學公式和直線擬合法獲得的預定經驗常數值時預定老化溫度下的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的計算值和對應所述計算值的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的預定值，對所述計算值和對應所述計算值的預定值進行相減、平方，再相加運算計算預定的經驗常數值的擬合值，獲得不同的預定的經驗常數值進行迭代更新所述擬合值，獲得最小擬合值對應的經驗常數值；s3：通過最小擬合值對應的經驗常數值和直線擬合法獲得經驗動力學公式中預定老化溫度下的反應速率常數值，通過阿倫尼烏斯公式和直線擬合法獲得橡膠的表現活化能和頻率因子，獲得橡膠不同老化溫度下的反應速率常數值，獲得橡膠對應所述反應速率常數值的老化溫度下的預定性能退化到預定的性能保留率的時間。本實施例中，通過s1：獲取預定的經驗常數值、預定的經驗常數值時的預定老化溫度下的橡膠老化時間和橡膠老化性能保留率，通過經驗動力學公式和直線擬合法計算預定經驗常數值時預定老化溫度下的gis氣密封橡膠不同老化時間下的老化性能保留率；s2：通過經驗動力學公式和直線擬合法獲得的預定經驗常數值時預定老化溫度下的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的計算值和對應所述計算值的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的預定值，對所述計算值和對應所述計算值的預定值進行相減、平方，再相加運算計算預定的經驗常數值的擬合值，獲得不同的預定的經驗常數值進行迭代更新所述擬合值，獲得最小擬合值對應的經驗常數值；s3：通過最小擬合值對應的經驗常數值和直線擬合法獲得經驗動力學公式中預定老化溫度下的反應速率常數值，通過阿倫尼烏斯公式和直線擬合法獲得橡膠的表現活化能和頻率因子，獲得橡膠不同老化溫度下的反應速率常數值，獲得橡膠對應所述反應速率常數值的老化溫度下的預定性能退化到預定的性能保留率的時間，計算結果更準確。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。
圖1本發明實施例中提供的一種gis氣密封橡膠壽命預測計算方法的一個實施例的流程示意圖；
圖2本發明實施例中提供的一種gis氣密封橡膠壽命預測計算裝置的一個實施例的結構示意圖；
圖3本發明實施例中提供的一種gis氣密封橡膠壽命預測計算裝置的另一個實施例的結構示意圖；
圖4本發明實施例中提供的一種檢測老化橡膠密封圈氣密性的裝置模擬橡膠在使用過程中的氣封裝置的結構示意圖；
圖5本發明實施例中提供的一種不同溫度下三元乙丙橡膠的斷裂伸長率變化示意圖；
圖6本發明實施例中提供的一種斷裂伸長率性能保留率的對數與老化時間的關係示意圖；
圖7本發明實施例中提供的一種反應速率常數的對數與1/t的關係示意圖；
圖8本發明實施例中提供的一種不同溫度下熱空氣壓縮老化三元乙丙橡膠的壓縮永久變形率變化示意圖；
圖9本發明實施例中提供的一種壓縮永久變形率性能保留率的對數與老化時間的關係示意圖；
圖10本發明實施例中提供的一種反應速率常數的對數與1/t的關係示意圖；
圖11本發明實施例中提供的一種橡膠壽命預測計算方法的另一個實施例的流程示意圖。
具體實施方式
本發明實施例提供了一種gis氣密封橡膠壽命預測計算方法及裝置，計算結果更準確。
為使得本發明的發明目的、特徵、優點能夠更加的明顯和易懂，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而非全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參閱圖1，本發明實施例中提供的一種gis氣密封橡膠壽命預測計算方法的一個實施例包括：
101、獲取預定的經驗常數值、預定的經驗常數值時的預定老化溫度下的橡膠老化時間和橡膠老化性能保留率，通過經驗動力學公式和直線擬合法計算預定經驗常數值時預定老化溫度下的gis氣密封橡膠不同老化時間下的老化性能保留率；
102、通過經驗動力學公式和直線擬合法獲得的預定經驗常數值時預定老化溫度下的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的計算值和對應所述計算值的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的預定值，對所述計算值和對應所述計算值的預定值進行相減、平方，再相加運算計算預定的經驗常數值的擬合值，獲得不同的預定的經驗常數值進行迭代更新所述擬合值，獲得最小擬合值對應的經驗常數值；
103、通過最小擬合值對應的經驗常數值和直線擬合法獲得經驗動力學公式中預定老化溫度下的反應速率常數值，通過阿倫尼烏斯公式和直線擬合法獲得橡膠的表現活化能和頻率因子，獲得橡膠不同老化溫度下的反應速率常數值，獲得橡膠對應所述反應速率常數值的老化溫度下的預定性能退化到預定的性能保留率的時間。
上面是對一種gis氣密封橡膠壽命預測計算方法進行詳細的描述，下面將對一種gis氣密封橡膠壽命預測計算方法的過程進行詳細的描述，本發明實施例中提供的一種gis氣密封橡膠壽命預測計算方法的另一個實施例包括：
201、獲取預定的經驗常數值di、預定的經驗常數值di時的預定老化溫度下的橡膠老化時間t和橡膠老化性能保留率f(p)，通過經驗動力學公式和直線擬合法計算預定的經驗常數值di時的預定老化溫度下的經驗動力學公式中的反應速率常數ki和常數bi，獲得預定的經驗常數值di時預定老化溫度下的gis氣密封橡膠不同老化時間下的老化性能保留率，其中經驗動力學公式為：
f(p)＝bexp(-ktd)
其中f(p)為橡膠老化性能保留率、b為常數、k為反應速率常數、d為經驗常數，t為橡膠老化時間。
將試樣直接放入烘箱中進行老化；或將試樣夾入不鏽鋼夾具中，擰緊夾具，使試樣保持25％的壓縮率，然後置於烘箱中進行老化，老化溫度設定為70℃，90℃，110℃。
實驗使用自行設計的圖4所示的一種檢測老化橡膠密封圈氣密性的裝置模擬橡膠在使用過程中的氣封環境，由鄂州市廟嶺機械工具廠製造，材質為不鏽鋼，包括儲氣罐、下夾板、上夾板、壓力表、進氣口、底座支架、水槽。儲氣罐和下夾板焊接在一起，下夾板上開有環形槽，深3mm，外徑30mm，內徑20mm，放橡膠密封圈試樣，上下夾板開有螺孔，四組螺栓穿過，擰緊螺母固定平衡密封，此時橡膠的壓縮率保持25％。上夾板上開孔，安裝壓力表，測定儲氣罐內壓力，同樣也可進氣，壓力表可卸。將在高溫下老化不同時間後的密封圈，裝入氣密性檢測裝置中，通過進氣口向儲氣罐輸入氣體，壓力表測試壓力，將裝置放入水槽中的固定支架上，水槽放水，水面沒過密封圈，通過觀察上下夾板之間是否有氣泡冒出判斷密封圈是否漏氣。簡單明了，可直接檢測橡膠密封的氣密性能。試驗結果更為直觀準確，且裝置成本低，可長時間工作。
圖5反應了不同溫度下三元乙丙橡膠斷裂伸長率隨老化時間的變化情況。具體數據如下表1不同老化溫度下三元乙丙橡膠斷裂伸長率實驗數據。
表1
由圖5可知，三個溫度下橡膠的斷裂伸長率表現出相同的趨勢，都隨著老化時間的延長而降低，並且溫度越高，下降的越快。熱氧老化導致分子鏈斷裂，斷裂伸長率降低，並且高溫使交聯反應速度加快，過多的交聯點導致橡膠的斷裂伸長率加速降低。
根據經驗動力學公式，老化性能p與老化時間t的關係如下：
f(p)＝bexp(-ktd)(1)
其中，f(p)表示橡膠性能保留率，對拉伸強度、斷裂伸長率等來說f(p)＝p/p0，對於壓縮永久變形率cs而言，f(p)＝1-cs。
p表示橡膠材料在某老化階段的性能；p0表示橡膠材料的初始性能；b為常數；k為反應速率常數，單位為d-1；t表示老化時間，單位為d(天)；d為經驗常數。
將公式(1)兩邊同時取對數，得到：
lnf(p)＝lnb-ktd(2)
使y＝lnf(p)，a＝lnb，b＝-k，x＝td直線化得到：
y＝a+bx(3)
以lnf(p)對td做曲線，通過直線擬合法可以得到係數a，b，進而求出常數b與反應速率常數k。
獲取預定的經驗常數值di、預定的經驗常數值di時的預定老化溫度下的橡膠老化時間t和橡膠老化性能保留率f(p)，通過經驗動力學公式和直線擬合法計算預定的經驗常數值di時的預定老化溫度下的經驗動力學公式中的反應速率常數ki和常數bi，獲得預定的經驗常數值di時預定老化溫度下的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率，其中經驗動力學公式為：
f(p)＝bexp(-ktd)(1)
其中f(p)為橡膠老化性能保留率、b為常數、k為反應速率常數、d為經驗常數，t為橡膠老化時間。
202、通過經驗動力學公式和直線擬合法獲得的預定經驗常數值時預定老化溫度下的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的計算值和對應所述計算值的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的預定值pij，對所述計算值和對應所述計算值的預定值pij進行相減、平方，再相加運算計算預定的經驗常數值的擬合值i，獲得不同的預定的經驗常數值進行迭代更新所述擬合值，獲得最小擬合值對應的經驗常數值，其中i為擬合值，為預定老化溫度下的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的計算值，pij為對應所述計算值的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的預定值，i為老化溫度，j為測量點。
如圖11所示，通過matlab編程進行d值的計算，其原理是對於給定的di值，由於特定溫度下老化時間t和老化性能保留率p是已知的，將di，t，f(p)代入到式(2)中，作出lnf(p)對td的曲線，通過直線擬合法求得式(3)中的係數ai，bi，進而求得該溫度下的bi，ki，將bi，ki代入式(1)中求得不同老化時間下的橡膠材料的性能保留率計算值將代入到(11)中即求得i。
按照經驗d值一般在0-1之間，因此首先嘗試d取值為0.5，將所有嘗試的d值依次代入到i中進行計算，經過多次嘗試直到i最小，此時的d值即為最終值。
通過matlab編程計算經驗常數d，從d＝0.5開始嘗試，d值精確到兩位小數，計算得到當d＝0.80時，i＝0.002最小，說明此時線性擬合效果最好。將d＝0.80代入到式(2)中，使用origin以lnf(p)對t0.80作圖，並擬合出直線，結果如圖6所示，擬合直線的數據如表2三元乙丙橡膠斷裂伸長率性能保留率的對數與老化時間的關係擬合直線數據所示：
表2
由相關係數檢驗表可知顯著水平為0.01時的相關係數表值|r343|4，|r363|3，|r383|6分別為0.9172，0.9587，0.8343，由表2可知三個溫度下擬合直線相關係數的絕對值|r|均大於r表值，說明此擬合直線相關性顯著。
然後使用上述擬合直線的係數a，b計算得到三個溫度下的常數1/t，b，k及lnk。接著使用origin以1/t對lnk作圖，然後擬合出直線，結果如圖7所示。擬合直線為y＝3.33-3298.36x，此擬合直線r值為-0.99404，sw＝0.078,|r|>0.95，故相關性良好。三元乙丙橡膠以斷裂伸長率計算時的b，k及1/t，lnk如表3所示：
表3
其中逼近法求d值的matlab程序：
以壓縮永久變形為評價指標時：
functioni1＝i343(d)
m＝[d1d2d3……]；％％老化時間，單位為天；
n＝[cs1cs2cs3……]；％％壓縮永久變形率，單位為％；
x＝m.^d；
y＝log(1-n/100)；％％「(1-n/100)」為壓縮永久變形保留率；
i＝1-n/100；
a＝polyfit(x,y,1)；
xi＝0:0.001:200；
yi＝polyval(a,xi)；
b＝exp(a(2))；
k＝-a(1)；
fp343＝b*exp(-k*x)；
m＝i-fp343；
i1＝sum(m.^2)；
functioni2＝i363(d)
m＝[d1d2d3……]；
n＝[cs1cs2cs3……]；
x＝m.^d；
y＝log(1-n/100)；
i＝1-n/100；
a＝polyfit(x,y,1)；
xi＝0:0.001:200；
yi＝polyval(a,xi)；
b＝exp(a(2))；
k＝-a(1)；
fp363＝b*exp(-k*x)；
m＝i-fp363；
i2＝sum(m.^2)；
functioni3＝i383(d)
m＝[d1d2d3……]；
n＝[cs1cs2cs3……]；
x＝m.^d；
y＝log(1-n/100)；
i＝1-n/100；
a＝polyfit(x,y,1)；
xi＝0:0.001:200；
yi＝polyval(a,xi)；
b＝exp(a(2))；
k＝-a(1)；
fp383＝b*exp(-k*x)；
m＝i-fp383；
i3＝sum(m.^2)；
d＝input('pleaseinputd:')；
i＝i343(d)+i363(d)+i383(d)
以斷裂伸長率為評價指標時：
functioni1＝i3431(d)
m＝[d1d2d3……]；％％老化時間，單位為天；
n＝[ε1ε2ε3……]；％％斷裂伸長率，單位為％；
x＝m.^d；
y＝log(n/ε0)；％％「(n/ε0)」為斷裂伸長率性能保留率，其中ε0為未老化試樣斷裂伸長率,單位為％；
a＝polyfit(x,y,1)；
xi＝0:0.001:200；
yi＝polyval(a,xi)；
b＝exp(a(2))；
k＝-a(1)；
fp3431＝b*exp(-k*x)；
m＝n-fp3431；
i1＝sum(m.^2)；
functioni1＝i3631(d)
m＝[d1d2d3……]；％％老化時間，單位為天；
n＝[ε1ε2ε3……]；％％斷裂伸長率，單位為％；
x＝m.^d；
y＝log(n/ε0)；％％「(n/ε0)」為斷裂伸長率性能保留率，其中ε0為未老化試樣斷裂伸長率,單位為％；
a＝polyfit(x,y,1)；
xi＝0:0.001:200；
yi＝polyval(a,xi)；
b＝exp(a(2))；
k＝-a(1)；
fp3631＝b*exp(-k*x)；
m＝n-fp3631；
i1＝sum(m.^2)；
functioni1＝i3831(d)
m＝[d1d2d3……]；％％老化時間，單位為天；
n＝[ε1ε2ε3……]；％％斷裂伸長率，單位為％；
x＝m.^d；
y＝log(n/ε0)；％％「(n/ε0)」為斷裂伸長率性能保留率，其中ε0為未老化試樣斷裂伸長率,單位為％；
a＝polyfit(x,y,1)；
xi＝0:0.001:200；
yi＝polyval(a,xi)；
b＝exp(a(2))；
k＝-a(1)；
fp3831＝b*exp(-k*x)；
m＝n-fp3831；
i1＝sum(m.^2)；
d＝input('pleaseinputd:')；
i＝i3431(d)+i3631(d)+i3831(d)
203、通過最小擬合值對應的經驗常數值和直線擬合法獲得經驗動力學公式中預定老化溫度t下的反應速率常數值k，通過阿倫尼烏斯公式和直線擬合法獲得橡膠的表現活化能e和頻率因子a，獲得橡膠不同老化溫度下的反應速率常數值，通過所述經驗動力學公式，獲得橡膠對應所述反應速率常數值的老化溫度下的預定性能退化到預定的性能保留率的時間t，其中所述阿倫尼烏斯公式為：k＝a·exp(-e/rt)，其中k為反應速率常數值，t為老化溫度、r為氣體常數、e為表現活化能、a為頻率因子。
反應速率常數k與老化溫度t服從阿倫尼烏斯公式：
k＝a·exp(-e/rt)(4)
式中，a表示頻率因子，單位為d-1；e表示表觀活化能，單位為j·mol-1；r表示氣體常數；t為絕對溫度，單位為k。
對k＝aexp(-e/rt)兩邊同時取對數，得到：
lnk＝lna-e/rt(5)
使y＝lnk，c＝lna，e＝-e/r，x＝1/t。則上式可以變換為：
y＝c+ex(6)
以lnk對1/t做曲線，然後進行直線擬合，可以得到直線lnk＝c+e/t的係數c和e，其中，y的置信界限上限為：
y＝c+ex+swt(7)
其中t值是在自由度為1，顯著性水準為0.05時從不同置信度下t值表中查出；sw為擬合直線的標準差。
然後通過c和e計算出表觀活化能e以及頻率因子a：
e＝-er，a＝exp(c)(8)
將e和a代入式(4)中從而計算出特定溫度下的反應速率常數k的值，然後將k值代入到式(1)中從而計算出在該溫度下橡膠材料的某種性能退化到性能保留率為f(p)時所需要的時間t，即橡膠材料的預測壽命。
其中，b為三個溫度下的平均值：
使用逐次逼近法對d值進行估算，進行直線二乘法擬合，使
的值最小。其中，pij表示第i個溫度下，第j個測量點時橡膠材料的實測性能保留率；表示經驗常數為d時計算得到第i個老化溫度，第j個測試點時橡膠材料的性能保留率。
查表可知自由度1，單側界限顯著性水準為0.05時的t值為6.314，故預測區間上限為：
y＝3.33-3298.36x+6.314×0.078
y＝3.82-3298.36x
然後根據上式及式(5)計算出頻率因子a＝45.60d-1，表觀活化能e＝27.42kj/mol。將a，e代入式(4)中，計算得到溫度為298k的反應速率常數k298＝0.00071d-1。
係數b取三個溫度下的平均值＝(b343k+b363k+b383k)/3＝1.0108。然後將與298k時的反應速率常數k298代入式(9)中，性能保留率f(p)選擇50％，計算得到溫度為298k時三元乙丙橡膠斷裂伸長率達到50％所需時間t＝15.2年。
圖8反映了不同溫度下的epdm橡膠壓縮永久變形率隨老化時間的變化情況。具體數據如下表4不同老化溫度下三元乙丙橡膠壓縮永久變形率實驗數據所示：
表4
由圖8可知，三個溫度下橡膠的壓縮永久變形率均隨著老化時間的延長和溫度的升高而升高。在老化初期，變化速度較快，然後隨著老化時間的延長，升高速率逐漸變緩。
通過matlab編程計算經驗常數d，從0.5開始嘗試，d值精確到兩位小數，計算得到當d＝0.98時，i＝0.000638最小，說明此時線性擬合效果最好。將d＝0.98代入到式(2)中，使用origin以lnf(p)對t0.98作圖，並擬合出直線，結果如圖9所示。
擬合直線的數據如表5三元乙丙橡膠壓縮永久變形率性能保留率的對數與老化時間的關係擬合直線數據所示：
表5
由相關係數檢驗表可知顯著水平為0.01時的相關係數表值|r343|6，|r363|6，|r383|7分別為0.8343，0.7977，0.8343，由表5可知三個溫度下擬合直線相關係數的絕對值|r|均大於r表值，說明此擬合直線相關性顯著。然後使用上述擬合直線的係數a，b計算得到三個溫度下的常數1/t，b，k及lnk，表6為三元乙丙橡膠以壓縮永久變形率計算時的b，k及1/t，lnk：
表6
接著使用origin以1/t對lnk作圖，然後擬合出直線，結果如圖10所示。擬合直線為y＝5.48-4315.07x，此擬合直線r值為-0.9999，sw＝0.00249,|r|>0.95，故相關性良好。
查表可知自由度1，單側界限顯著性水準為0.05時的t值為6.314，故預測區間上限為：
y＝5.48-4315.07x+6.314×0.00249
y＝5.49-4315.07x
然後根據上式及式(5)計算出頻率因子a＝242.25d-1，表觀活化能e＝35.87kj/mol。將a，e代入式(4)中，計算得到溫度為298k的反應速率常數k298＝0.000125d-1。
係數b取三個溫度下的平均值＝(b343k+b363k+b383k)/3＝0.9323。然後將與298k時的反應速率常數k298代入式(9)中，性能保留率f(p)選擇50％，計算得到溫度為298k時三元乙丙橡膠壓縮永久變形率達到50％所需時間t＝16.2年。
均以50％作為失效閾值，以斷裂伸長率和壓縮永久變形率作為評價指標預測epdm的使用壽命分別為15.2年和16.2年。
將在110℃下老化不同時間後的橡膠圈，裝入氣密性測試裝置的環形槽中，蓋上上夾板，擰緊法蘭，使橡膠的壓縮率為25％，向裝置中充氣，使氣壓達到0.5mpa，氣壓穩定後，放入水槽中，觀察橡膠密封處是否有氣泡冒出。實驗測試結果表明，三元乙丙橡膠從開始老化到老化了90天均未出現漏氣現象；老化了91天後，測其密封性，有氣泡冒出，表示橡膠漏氣。此時試樣的壓縮永久變形率為29.7％，斷裂伸長率為85.2％。
在三元乙丙橡膠老化氣密性考察中，壓縮永久變形率降低到70％，橡膠密封圈漏氣，但是斷裂伸長率卻只退化到85％左右，材料的力學性能退化較低，保持良好。對於三元乙丙橡膠，同樣的老化時間，壓縮永久變形率的變化比拉伸性能變化大，壓縮永久變形率的衰退程度更明顯。由於密封圈是在長期壓縮狀態下工作,為了保證密封效果，密封圈應具有儘可能低的壓縮永久變形，橡膠的壓縮永久變形率相比斷裂伸長率的變化更能影響橡膠的密封性。在橡膠的機械性能能保證材料在應力作用下不被破壞的前提下，應重點考慮壓縮變形率的變化。所以epdm橡膠的使用壽命，以壓縮永久變形率為評價指標。
以epdm漏氣時的壓縮永久變形保留率70％作為失效閾值，預測溫度為30℃、40℃、50℃、60℃時的壽命，結果見表7以壓縮永久變形率為評價指標預測的三元乙丙橡膠在不同溫度下的使用壽命：
表7
與壓縮永久變形保留率50％作為失效閾值的預測壽命相比，預測值要低得多。橡膠使用壽命的預測應根據實際情況設定失效閾值，不應均以50％作為評價指標。
請參閱圖2，本發明實施例中提供的一種gis氣密封橡膠壽命預測計算裝置包括：
計算單元301，用於獲取預定的經驗常數值、預定的經驗常數值時的預定老化溫度下的橡膠老化時間和橡膠老化性能保留率，通過經驗動力學公式和直線擬合法計算預定經驗常數值時預定老化溫度下的gis氣密封橡膠不同老化時間下的老化性能保留率；
第一獲取單元302，用於通過經驗動力學公式和直線擬合法獲得的預定經驗常數值時預定老化溫度下的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的計算值和對應所述計算值的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的預定值，對所述計算值和對應所述計算值的預定值進行相減、平方，再相加運算計算預定的經驗常數值的擬合值，獲得不同的預定的經驗常數值進行迭代更新所述擬合值，獲得最小擬合值對應的經驗常數值；
第二獲取單元303，用於通過最小擬合值對應的經驗常數值和直線擬合法獲得經驗動力學公式中預定老化溫度下的反應速率常數值，通過阿倫尼烏斯公式和直線擬合法獲得橡膠的表現活化能和頻率因子，獲得橡膠不同老化溫度下的反應速率常數值，獲得橡膠對應所述反應速率常數值的老化溫度下的預定性能退化到預定的性能保留率的時間。
上面是對一種gis氣密封橡膠壽命預測計算裝置各單元進行的詳細描述，下面將對一種橡膠壽命預測計算裝置各附加單元進行更詳細的描述，請參閱圖3，本發明實施例提供的一種gis氣密封橡膠壽命預測計算裝置的另一個實施例包括：
計算單元401，用於獲取預定的經驗常數值、預定的經驗常數值時的預定老化溫度下的橡膠老化時間和橡膠老化性能保留率，通過經驗動力學公式和直線擬合法計算預定經驗常數值時預定老化溫度下的gis氣密封橡膠不同老化時間下的老化性能保留率；
所述計算單元401具體包括：
第一獲取子單元4011，具體用於獲取預定的經驗常數值di、預定的經驗常數值di時的預定老化溫度下的橡膠老化時間t和橡膠老化性能保留率f(p)；
第一計算子單元4012，具體用於通過經驗動力學公式和直線擬合法計算預定的經驗常數值di時的預定老化溫度下的經驗動力學公式中的反應速率常數ki和常數bi；
第二獲取子單元4013，具體用於獲得預定的經驗常數值di時預定老化溫度下的gis氣密封橡膠不同老化時間下的老化性能保留率，其中經驗動力學公式為：
f(p)＝bexp(-ktd)
其中f(p)為橡膠老化性能保留率、b為常數、k為反應速率常數、d為經驗常數，t為橡膠老化時間。
第一獲取單元402，用於通過經驗動力學公式和直線擬合法獲得的預定經驗常數值時預定老化溫度下的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的計算值和對應所述計算值的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的預定值，對所述計算值和對應所述計算值的預定值進行相減、平方，再相加運算計算預定的經驗常數值的擬合值，獲得不同的預定的經驗常數值進行迭代更新所述擬合值，獲得最小擬合值對應的經驗常數值；
所述第一獲取單元402具體包括：
第三獲取子單元4021，具體用於通過經驗動力學公式和直線擬合法獲得的預定經驗常數值時預定老化溫度下的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的計算值和對應所述計算值的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的預定值pij；
第二計算子單元4022，具體用於對所述計算值和對應所述計算值的預定值pij進行相減、平方，再相加運算計算預定的經驗常數值的擬合值i；
迭代更新子單元4023，具體用於獲得不同的預定的經驗常數值進行迭代更新所述擬合值；
第四獲取子單元4024，具體用於獲得最小擬合值對應的經驗常數值，其中i為擬合值，為預定老化溫度下的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的計算值，pij為對應所述計算值的橡膠不同老化時間下的老化性能保留率的預定值，i為老化溫度，j為測量點。
第二獲取單元403，用於通過最小擬合值對應的經驗常數值和直線擬合法獲得經驗動力學公式中預定老化溫度下的反應速率常數值，通過阿倫尼烏斯公式和直線擬合法獲得橡膠的表現活化能和頻率因子，獲得橡膠不同老化溫度下的反應速率常數值，獲得橡膠對應所述反應速率常數值的老化溫度下的預定性能退化到預定的性能保留率的時間。
所述第二獲取單元403具體包括：
第五獲取子單元4031，具體用於通過最小擬合值對應的經驗常數值和直線擬合法獲得經驗動力學公式中預定老化溫度t下的反應速率常數值k；
第六獲取子單元4032，具體用於通過阿倫尼烏斯公式和直線擬合法獲得橡膠的表現活化能e和頻率因子a；
第七獲取子單元4033，具體用於獲得橡膠不同老化溫度下的反應速率常數值，通過所述經驗動力學公式，獲得橡膠對應所述反應速率常數值的老化溫度下的預定性能退化到預定的性能保留率的時間t，其中所述阿倫尼烏斯公式為：k＝a·exp(-e/rt)，其中k為反應速率常數值，t為老化溫度、r為氣體常數、e為表現活化能、a為頻率因子。
所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。
在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的系統，裝置和方法，可以通過其它的方式實現。例如，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特徵可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。
所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。
另外，在本發明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能單元的形式實現。
所述集成的單元如果以軟體功能單元的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基於這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的全部或部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：u盤、移動硬碟、只讀存儲器(rom，read-onlymemory)、隨機存取存儲器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。
以上所述，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘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：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並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精神和範圍。