一種探測器結(jié)構(gòu)高過載加嚴試驗設(shè)計與評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種探測器結(jié)構(gòu)高過載加嚴試驗設(shè)計與評估方法，它針對探測器類產(chǎn) 品強度特征參數(shù)服從正態(tài)分布的某型彈用探測器結(jié)構(gòu)，基于"應(yīng)力一強度"干涉模型，研究 建立了一種高過載加嚴試驗的可靠性統(tǒng)計驗證方案。探測器結(jié)構(gòu)的成敗型試驗是在相對實 際條件更為嚴酷的環(huán)境下進行的，旨在解決小樣本情況下無法用一般成敗型統(tǒng)計方法評估 其可靠性的問題。屬于彈用探測器結(jié)構(gòu)可靠性技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 本發(fā)明主要針對于彈用探測器結(jié)構(gòu)，彈用探測器結(jié)構(gòu)對于目標遠程打擊和準確打 擊發(fā)揮著不可替代的作用。一旦彈用探測器結(jié)構(gòu)出現(xiàn)故障，非但不能完成相應(yīng)的軍事目標， 而且其制導(dǎo)錯誤在錯誤地點引起的爆炸可能會造成意外的傷害，因此其可靠性要求非常 高。彈用探測器結(jié)構(gòu)在實際發(fā)射過程中將承受過載作用，很可能導(dǎo)致其殼體破壞并導(dǎo)致其 功能失效，從而在地面進行該過程的模擬試驗并對其進行可靠性分析顯得極其必要。然而 對于成敗型產(chǎn)品若用計數(shù)法評估其可靠性，則按GB5080. 5-1985-T《設(shè)備可靠性試驗成功 率的驗證試驗方案》，在置信度為0. 9或0. 95,可靠度要求高于0. 999時，要試驗2303發(fā)或 2996發(fā)，這對于研制方、試驗方都是無法接受的，因此迫切需要找到一種減少樣本的評估方 法。
[0003] 近年來，對于彈用探測器結(jié)構(gòu)的可靠性研究甚少，也沒有具體提出一套可以降低 試驗樣本的可靠性綜合驗證方案。彈用探測器結(jié)構(gòu)在導(dǎo)彈發(fā)射時承受的過載沖擊很可能導(dǎo) 致其性能不合格或殼體損壞，另外引線焊點失效，環(huán)境溫度試驗后光電性能不合格也是其 主要失效模式，本發(fā)明將主要圍繞探測器結(jié)構(gòu)裝置在一定過載條件下不發(fā)生破壞的概率評 估問題展開，進而基于應(yīng)力一強度模型提出一套關(guān)于彈用探測器結(jié)構(gòu)的能夠減少樣本量的 可靠性評估方法，并用案例驗證方法的可行性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] (1)本發(fā)明的目的：探測器結(jié)構(gòu)裝置在正式應(yīng)用于型號前必須要完成可靠性的試 驗評估工作，耗資和費時但又必須進行的可靠性研究使得探索新方法和新方式成為必要。 本發(fā)明基于傳統(tǒng)的統(tǒng)計方法，結(jié)合相似產(chǎn)品的可靠性統(tǒng)計評估方法，從而提供一種探測器 結(jié)構(gòu)高過載加嚴試驗設(shè)計與評估方法，它是一種相對來說試驗費用更低同時結(jié)果比較準確 的探測器結(jié)構(gòu)可靠性評估方法。
[0005] (2)技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明提出的基本假設(shè)如下：
[0007] 假設(shè)1彈用探測器結(jié)構(gòu)應(yīng)力S和強度S均服從正態(tài)分布，即S~N(ys，〇s2)， 5 ~N(y5，〇 52) 〇

[0010] 其中ys為應(yīng)力均值，o 應(yīng)力標準差；y5為強度均值，0 6為強度標準差。
[0011] 假設(shè)2彈用探測器結(jié)構(gòu)應(yīng)力S和強度S之間相互獨立，此時應(yīng)力和強度所表示的 可靠度模型為：
[0012]
[0013] 假設(shè)3加嚴條件下，即加嚴應(yīng)力時，強度分布保持不變，若加嚴應(yīng)力S~A/〇4.a.f)，則此時的可靠度模型為：
[0014]
[0015] 本發(fā)明提出的方法主要包括系數(shù)定義、系數(shù)確定、建立靜態(tài)應(yīng)力一強度干涉模型、 計算恒加嚴條件下的試驗樣本量、計算變加嚴條件下的試驗樣本量。
[0016] 基于上述假設(shè)與思路，本發(fā)明一種探測器結(jié)構(gòu)高過載加嚴試驗設(shè)計與評估方法， 它通過如下步驟實現(xiàn)：
[0017] 步驟一：系數(shù)定義
[0018] a)加嚴系數(shù)
[0019] 加嚴條件：在不改變彈用探測器結(jié)構(gòu)失效機理的情況下，加大彈用探測器結(jié)構(gòu)受 到的加速沖擊力，從而減少試驗樣本量。
[0020] 加嚴系數(shù)：應(yīng)力在加嚴試驗條件下的平均值y's與實際環(huán)境條件下的平均值ys 的比值，即：
[0022] b)變差系數(shù)
[0023] 變差系數(shù)：標準差相對于平均值大小的相對量。
[0024] 應(yīng)力變差系數(shù)：應(yīng)力標準差〇s相對于應(yīng)力平均值大小ys的相對量。
[0028] C)生存系數(shù)
[0029] 生存系數(shù)：強度均值y5與應(yīng)力均值ys的比值，比值越大，產(chǎn)品生存力越強，即：
[0033] 步驟二：系數(shù)確定
[0034] 各類系數(shù)需要在具體應(yīng)用過程中予以確定，這里主要針對變差系數(shù)、加嚴系數(shù)以 及相關(guān)程度參數(shù)的確定方法作簡單介紹。
[0035] a)變差系數(shù)Cs、C5的確定
[0036] 引入變差系數(shù)Cs、C5的目的是反映生產(chǎn)的管理和工藝水平，根據(jù)探測器結(jié)構(gòu)的失 效模式研究可知其本質(zhì)是熱、力學(xué)物理過程的機械構(gòu)件，因此可用應(yīng)力一強度模型來描述 過載沖擊力、殼體強度與可靠性之間的關(guān)系，即當(dāng)過載沖擊力一定時，殼體強度越高，其不 被破壞的概率越大。反之，當(dāng)結(jié)構(gòu)強度一定時，過載沖擊力越大，殼體容易被破壞。由于生 產(chǎn)過程控制能力好壞以及導(dǎo)彈發(fā)射時加速度的控制直接影響探測器結(jié)構(gòu)的殼體強度和過 載沖擊力，所以可通過分析影響殼體強度和過載沖擊力的因素來確定變差系數(shù)Cs、C5。
[0037] 1)殼體強度的影響因素
[0038] 殼體強度的大小首先要滿足系統(tǒng)的要求，即必須保證探測器結(jié)構(gòu)任務(wù)的順利完 成。其理論值可以計算，但實際存在一定偏差，殼體強度的實際值可由加速度沖擊試驗得 至IJ，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可計算出殼體強度均值和均方差。
[0039] 主要影響因素：材料的抗壓極限，所處位置以及其受力分布情況。
[0040] 2)過載沖擊力的影響因素
[0041] 過載沖擊力主要由導(dǎo)彈發(fā)射時的巨大加速度造成，因此影響過載沖擊力大小的直 接因素即是加速度大小，而加速度大小是由其推進系統(tǒng)的性能決定的，具體也是可以由彈 載加速度測量儀器測量并傳輸至計算機的。
[0042] b)變差系數(shù)的計算與修正
[0043] 1)殼體強度變差系數(shù)的計算
[0044] 可參照加速度沖擊試驗的要求隨機抽取若干探測器結(jié)構(gòu)殼體進行加速度沖擊試 驗，記多次測量的殼體強度樣本值為S1, 8 2，…，8n，則有：
[0045] 強度樣本均值
[0047] 強度樣本標準差
[0059] c)加嚴系數(shù)的確定
[0060] 本發(fā)明中所指的加嚴指的是在對探測器結(jié)構(gòu)做成敗型試驗時，施以比實際情況下 更大的過載加速度。試驗所施加的過載加速度不能改變殼體破壞的失效機理，其確定方法 要根據(jù)試驗要求所用樣本量以及實際條件綜合決定，對于技術(shù)成熟度較高，生產(chǎn)工藝狀態(tài) 穩(wěn)定，歷史數(shù)據(jù)充足且可靠度較高的探測器結(jié)構(gòu)，加嚴系數(shù)可相對較高，具體值需要工程實 踐以及經(jīng)驗得出，本發(fā)明所定的加嚴系數(shù)值只是為了驗證加嚴試驗?zāi)軌蝻@著較少試驗樣本 量。
[0061] 步驟三：建立靜態(tài)應(yīng)力一強度干涉模型
[0062] 傳統(tǒng)意義上的應(yīng)力一強度模型均基于應(yīng)力（S)、強度（S)相互獨立的前提下建 立的，假設(shè)應(yīng)力和強度的概率密度函數(shù)分別為f(s)和g(S)，其分布函數(shù)分別為F(S)和 G(S)，那么其可靠度模型可以表示為：
[0064] 本發(fā)明假設(shè)應(yīng)力強度都服從正態(tài)分布，S~N(ys，〇s2)，S~N(y5, 〇 52)，那么：
[0065]
[0066] 步驟四：計算恒加嚴條件下的試驗樣本量
[0067] 由應(yīng)力一強度干涉模型，當(dāng)應(yīng)力強度都服從正態(tài)分布時，S~N(ys，〇s)，S~ N(y5,o5)，那么在加嚴條件下的可靠度為：
[0075] 由上，又因T>〇,所以R隨T值的嚴格單調(diào)遞增函數(shù)，其生存系數(shù)越高，必然可 靠度越高。若在置信水平1-a下，可靠性指標要求達到&，則有：
[0081] 則在置信度為I-a時，加嚴條件下所需要的探測器結(jié)構(gòu)樣本量為：
[0082]
[0083] 步驟五：計算變加嚴條件下的試驗樣本量
[0084] 即使探測器結(jié)構(gòu)來自同一個樣本，但個體之間還是會存在差異，可以考慮為每個 探測器結(jié)構(gòu)選取合適的應(yīng)力加嚴條件，從而提高結(jié)果的準確度，加嚴系數(shù)可定義為：
[0091] 用MATLAB循環(huán)計算式（13)，當(dāng)其首次接近且小于等于a時，即得到了當(dāng)前的試驗 樣本量n〇
[0092] (3)優(yōu)點和功效：本發(fā)明一種基于應(yīng)力一強度獨立性干涉模型的加嚴試驗方法， 其優(yōu)點是：
[0093] ①本發(fā)明針對成敗型產(chǎn)品進行可靠性評估時試驗樣本量過大的實際情況和缺陷， 提出了一種可以顯著減少樣本量的方法。方法利用系數(shù)帶入簡化后的應(yīng)力一強度干涉模型 中可靠度與生存系數(shù)成正相關(guān)關(guān)系的特點，在不加嚴的情況下由可靠度下限指標值計算得 到生存系數(shù)的下限值，再將生存系數(shù)下限值帶入加嚴后的應(yīng)力一強度干涉模型，計算了加 嚴條件下的可靠度下限指標，從而得出在一定置信度下的試驗樣本量。
[0094] ②本發(fā)明原理和計算過程簡單易懂，容易實現(xiàn)工程化應(yīng)用，在一定場合下具有較 大經(jīng)濟價值。
【附圖說明】
[0095] 圖1本發(fā)明所述方法流程圖。
【具體實施方式】
[0096] 下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0097] 見圖1，本發(fā)明一種探測器結(jié)構(gòu)高過載加嚴試驗設(shè)計與評估方法，它通過如下步驟 實現(xiàn)：
[0098] 步驟一：估計變差系數(shù)
[0099] 若對20個探測器結(jié)構(gòu)分別測