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航天電磁PILZ繼電器貯存可靠性退化試驗(yàn)與評價(jià)
航天電磁PILZ繼電器是國防武器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)信號傳遞、負(fù)載切換、電路保護(hù)與控制、系統(tǒng)隔離等功能的關(guān)鍵機(jī)電元件。為了滿足武器裝備日益提高的戰(zhàn)備需求,已有武器型號對航天電磁PILZ繼電器提出了24年貯存期的指標(biāo)要求。而目前對于航天電磁PILZ繼電器這類高可靠長壽命機(jī)電元件的貯存可靠性關(guān)注較少,相關(guān)研究面臨試驗(yàn)及檢測水平不高、性能參數(shù)變化規(guī)律不明、失效模式與失效機(jī)理不清、評估與預(yù)測手段不足等一系列問題。因此,如何評估航天電磁PILZ繼電器的貯存可靠性已成為亟待解決的重要問題。

航天電磁PILZ繼電器貯存可靠性退化試驗(yàn)與評價(jià)
以“長期貯存,一次使用”的國防武器裝備為應(yīng)用背景,以型號產(chǎn)品中使用較為廣泛的某航天電磁PILZ繼電器為研究對象,提出一種基于性能退化的貯存可靠性試驗(yàn)及評價(jià)方法,通過對貯存退化試驗(yàn)過程特性參數(shù)變化情況分析與失效機(jī)理研究,對航天電磁PILZ繼電器的貯存可靠性建模、貯存可靠性評估和相關(guān)退化參數(shù)的預(yù)測方法進(jìn)行深入研究,可為武器裝備系統(tǒng)的定壽與延壽提供技術(shù)支撐。 首先,為了解決航天電磁PILZ繼電器貯存可靠性退化數(shù)據(jù)的高精度、全自動獲取問題,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了航天電磁PILZ繼電器貯存退化試驗(yàn)系統(tǒng)。采用FPGA和ARM單片機(jī)為硬件核心架構(gòu),通過集散控制的方式建立多通道、高速的信號采集分析系統(tǒng),可zui多同步監(jiān)測40支PILZ繼電器觸點(diǎn)壓降、線圈電流,并設(shè)計(jì)了時(shí)間參數(shù)的軟件算法。采用VC++面向?qū)ο蟮木幊谭椒?設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)PILZ繼電器貯存退化試驗(yàn)的參數(shù)設(shè)置、退化參數(shù)的趨勢顯示、分析等功能的上位機(jī)軟件系統(tǒng)。該測試分析系統(tǒng)時(shí)間參數(shù)的檢測分辨率為1μs,觸點(diǎn)接觸電阻的測試分辨率為0.01mΩ。為航天電磁PILZ繼電器貯存可靠性研究提供可靠退化數(shù)據(jù)與有效實(shí)驗(yàn)平臺。然后,針對傳統(tǒng)基于現(xiàn)場貯存的可靠性試驗(yàn)方法難以滿足長壽命產(chǎn)品的貯存可靠性評價(jià)要求問題,對航天電磁PILZ繼電器的貯存退化試驗(yàn)條件、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)過程進(jìn)行了探索性研究。采用圖分析法及數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對試驗(yàn)獲得的的PILZ繼電器接觸電阻及時(shí)間參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,得到貯存條件下PILZ繼電器各性能參數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律,在此基礎(chǔ)上,將接觸電阻與吸合時(shí)間確定為貯存退化的敏感參數(shù)。其次,從航天電磁PILZ繼電器的功能、結(jié)構(gòu)及貯存環(huán)境應(yīng)力出發(fā),從其傳導(dǎo)特性的角度對PILZ繼電器的貯存失效機(jī)理進(jìn)行了分析,建立了退化物理模型及可靠性統(tǒng)計(jì)模型。采用SEM試驗(yàn)及EDX分析方法,定期對PILZ繼電器觸點(diǎn)進(jìn)行微觀形貌及化學(xué)成分變化分析,為PILZ繼電器貯存失效機(jī)理分析提供依據(jù)。采用結(jié)合Larson-Miller經(jīng)驗(yàn)公式建立了基于應(yīng)力松弛的PILZ繼電器吸合時(shí)間貯存退化模型。根據(jù)擴(kuò)散理論,通過三維Fick方程建立了航天電磁PILZ繼電器的觸點(diǎn)貯存等效動力學(xué)模型,該模型將接觸電阻的增長與環(huán)境溫度、接觸壓降、接觸壓力等諸多因素進(jìn)行了考慮和有效關(guān)聯(lián),為接觸電阻的快速評估提供了理論指導(dǎo)。zui后,針對現(xiàn)有的貯存可靠性評估方法多為靜態(tài)、事后分析且默認(rèn)產(chǎn)品符合某的分布類型并基于經(jīng)驗(yàn)公式估算產(chǎn)品可靠性的問題,結(jié)合Holm電接觸理論,在PILZ繼電器觸點(diǎn)貯存失效機(jī)理的研究基礎(chǔ)上,建立了綜合考慮接觸電阻增長隨機(jī)性與確定性的電磁PILZ繼電器貯存可靠性評估模型。研究了評估模型的參數(shù)評估方法,并對航天電磁PILZ繼電器的貯存可靠度進(jìn)行了評估。綜合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性適應(yīng)能力強(qiáng),灰色系統(tǒng)理論弱化數(shù)據(jù)序列波動性的特點(diǎn),建立了航天PILZ繼電器貯存退化參數(shù)的G-ANN模型,并對接觸電阻實(shí)測值進(jìn)行了參數(shù)預(yù)測,結(jié)果表明短時(shí)預(yù)測精度較高。

航天電磁PILZ繼電器貯存可靠性退化試驗(yàn)與評價(jià)
提出了時(shí)間序列分析與一維小波變換方法相結(jié)合的預(yù)測參數(shù)預(yù)處理方法,降低預(yù)測參數(shù)中隨機(jī)信號對預(yù)測精度的影響。通過回歸理論估計(jì)了貯存退化模型的參數(shù),并通過所建模型對航天電磁PILZ繼電器常溫下的貯存壽命進(jìn)行了預(yù)測。為開展航天電磁PILZ繼電器的貯存可靠性提供了必要的研究基礎(chǔ)與研究手段,其關(guān)鍵技術(shù)與相關(guān)方法也可以推廣應(yīng)用到其它機(jī)電元件的貯存可靠性研究中。