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仿真基加速试验方案优化设计方法研究

专 业: 机械工程
关键词: 卫星 加速试验 优化设计 MonteCarlo仿真 装备寿命预测
分类号: V474
形 态: 共 136 页 约 89,080 个字 约 4.261 M内容
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内容摘要


加速试验技术为卫星在轨定寿、导弹定寿延寿等重大产品、复杂系统寿命预测问题提供了一条可行的途径。

不同的加速试验方案可能使得试验效率、试验代价存在很大的差异,寿命预测的准确性也会相差很大。

加速试验方案优化设计主要研究在试验代价约束下,如何设计试验方案使装备的寿命预测最准确。

目前,基于解析的优化方法得到了较多关注,但是其推导过程复杂,工程应用困难,在多数应用场合甚至不存在优化设计的解析解。

因此,解析优化方法在装备的复杂加速试验方案优化设计中难以应用。

针对装备寿命预测的工程应用需求,本文从全新的角度对加速试验方案优化设计问题进行系统深入研究,将MonteCarlo仿真方法引入加速试验方案优化设计,建立一套新的仿真基加速试验方案优化设计理论与方法,为装备寿命预测的加速试验方案优化设计提供技术支撑,主要研究内容与结论如下:

1.分析了基于解析的加速试验方案优化设计方法,通过引入MonteCarlo仿真的统计模拟思想,构建仿真基加速试验方案优化设计理论框架,包括:

仿真、分析、优化等。

针对理论框架的要求,提出典型加速试验数据的仿真方法,总结适应仿真优化要求的试验数据统计分析方法,提出仿真基加速试验方案基本优化方法。

本文提出的仿真基加速试验方案优化设计理论框架,可将试验方案优化设计问题转化为试验数据的建模分析问题,进而从本质上解决解析优化方法对复杂加速试验方案优化设计的应用障碍。

2.在仿真基加速试验方案优化设计基本理论的基础上,提出了典型加速寿命试验、加速退化试验方案的仿真基优化设计方法。

(1)通过分析恒定应力和步降应力加速寿命试验方案优化设计的优化目标、方案要素、约束条件等,分别提出仿真基恒定应力加速寿命试验方案优化设计方法、仿真基步降应力加速寿命试验方案优化设计方法,并通过实例与基于解析的加速寿命试验方案优化方法进行对比,验证其有效性,为0-1型失效装备的寿命预测提供加速寿命试验方案优化设计关键技术支撑。

(2)通过分析退化试验方案优化设计的优化目标、方案要素、约束条件等,提出仿真基退化试验方案优化设计方法。

在此基础上,进一步提出仿真基恒定应力加速退化试验方案优化方法,并通过算例与基于解析的加速退化试验方案优化方法进行对比,验证其有效性,为退化型失效装备的寿命预测提供加速退化试验方案优化设计关键技术支撑。

上述四种仿真基加速试验方案优化设计方法克服了基于解析的方案优化设计方法难以设计复杂加速试验方案、工程应用困难等不足,完善了加速试验方案优化设计理论,可为其它类型加速试验方案优化设计提供借鉴。

3.将仿真基加速试验方案优化设计方法应用于我国某星载超高精度铯原子频标系统中的关键件--某型新研电子倍增器的寿命预测,为仿真基加速试验方案优化设计研究提供完整的工程应用案例。

通过多应力交叉步进加速退化摸底试验获得电子倍增器的先验信息,应用所研究的方法进行电子倍增器多应力加速退化试验的复杂方案优化设计,基于优化试验方案实施电子倍增器的多应力加速退化试验,建立电子倍增器的寿命预测模型,进行电子倍增器的寿命预测。

综上所述,在国家部委重点预研项目的资助下,本文从理论、方法和应用不同层面对仿真基加速试验方案优化设计问题开展了系统深入的研究。

本文的研究结果,以及在本文基础上的进一步研究与完善将为装备寿命预测研究提供一套理论完善、工程适用的加速试验方案优化设计技术,对进一步开展装备寿命预测研究具有重要的理论与工程价值..……

全文目录


文摘
英文文摘
论文说明:图表目录、缩略词与符说明
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
1.2研究现状
1.2.1加速试验的基本类型
1.2.2加速寿命试验优化设计研究现状
1.2.3加速退化试验优化设计研究现状
1.2.4仿真优化方法研究现状
1.3研究思路及内容安排
1.3.1问题的提出
1.3.2研究思路
1.3.3内容安排
第二章 仿真基加速试验优化设计基本理论
2.1仿真基加速试验优化设计理论框架
2.1.1基于解析的加速试验优化设计
2.1.2仿真基加速试验优化设计的理论框架
2.2加速试验数据的Monte Carlo仿真
2.2.1加速试验先验信息
2.2.2恒定应力加速寿命试验数据仿真方法
2.2.3步降应力加速寿命试验数据仿真方法
2.2.4退化试验数据仿真方法
2.2.5恒定应力加速退化试验数据仿真方法
2.2.6 Monte Carlo仿真误差分析
2.3加速试验数据的统计分析
2.3.1理论框架对统计分析方法的要求
2.3.2恒定应力加速寿命试验仿真数据统计分析方法
2.3.3步降应力加速寿命试验仿真数据统计分析方法
2.3.4退化试验仿真数据统计分析方法
2.3.5恒定应力加速退化试验数据统计分析方法
2.4加速试验方案优化要素
2.4.1优化目标
2.4.2约束条件
2.4.3基本优化方法
2.4.4最优试验方案敏感性分析
2.5本章小结
第三章 仿真基加速寿命试验优化设计方法
3.1仿真基恒定应力加速寿命试验优化设计方法
3.1.1模型假设
3.1.2优化问题描述
3.1.3仿真基优化设计方法
3.1.4算例
3.1.5最优方案敏感性分析
3.2仿真基步降应力加速寿命试验优化设计方法
3.2.1模型假设
3.2.2优化问题描述
3.2.3仿真基优化设计方法
3.2.4算例
3.2.5最优方案敏感性分析
3.3本章小结
第四章 仿真基加速退化试验优化设计方法
4.1仿真基退化试验优化设计方法
4.1.1优化问题描述
4.1.2仿真基优化设计方法
4.1.3算例
4.1.4最优方案敏感性分析
4.2仿真基恒定应力加速退化试验优化设计方法
4.2.1模型假设
4.2.2优化问题描述
4.2.3分位寿命MSE的估计
4.2.4仿真基优化设计算法
4.2.5可行方案集中的试验方案选取方法
4.2.6算例
4.2.7最优方案敏感性分析
4.3本章小结
第五章 电子倍增器多应力加速试验优化设计及应用
5.1概述
5.1.1铯原子频标系统及电子倍增器简介
5.1.2仿真基加速试验优化设计方法应用总体方案
5.2电子倍增器摸底试验
5.2.1试验系统
5.2.2试验方案
5.2.3试验数据
5.3摸底试验数据分析
5.3.1问题描述
5.3.2模型假设
5.3.3统计分析模型
5.3.4参数估计方法
5.3.5电子倍增器摸底试验数据的统计分析
5.4仿真基加速试验优化设计方法应用
5.4.1方案要素基本设计
5.4.2方案要素详细设计
5.5基于优化方案的电子倍增器双应力CSADT
5.5.1试验过程
5.5.2试验数据分析结果
5.5.3进一步的讨论
5.6本章小结
第六章 结论与展望
6.1研究结论
6.2研究展望
参考文献

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中图分类: > V474 > 航空、航天 > 航天(宇宙航行) > 航天器及其运载工具 > 人造卫星

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