[发明专利]一种周期应力下非线性退化设备的寿命预测方法及系统

说明书

本发明公开了一种周期应力下非线性退化设备的寿命预测方法及系统。针对长寿命、高成本、高可靠性设备在贮存或使用过程中可能受到周期性应力作用的非线性退化过程，本发明建立了一种基于扩散过程的非线性退化模型，并在首达时间的意义下，推导得到设备寿命的首达时间概率密度函数，采用参数的极大似然估计方法计算出所述首达时间概率密度函数中未知参数的值，从而利用所述首达时间概率密度函数得到设备的寿命预测值。由于本发明建立的周期应力作用下基于扩散过程的非线性退化模型充分考虑了实际情况的影响，选择周期性应力更贴合实际，故相较于现有方法能够提高设备寿命预测结果的准确性。

技术领域

本发明涉及可靠性工程技术领域，特别是涉及一种周期应力下非线性退化设备的寿命预测方法及系统。

背景技术

在实际的退化过程中，设备普遍受到周期性变化应力的影响。例如，设备存贮的环境温度应力在一年四季会出现周期性的变化，某些电子产品或是机械设备的工作载荷也具有周期性，脉冲电容器的充放电过程所受的周期性电应力以及轴承的金属疲劳是在转子的周期性旋转的应力的作用下产生的。在许多情况下，对于温度等周期性变化应力在设备的可靠性评估问题中被忽略，但当应力作用较为显著的情况下，这种忽略将会导致可靠性预测结果的不准确。特别是对于工作或者贮存条件不是处于理想状态下的军事或航天系统。因此，在设备退化过程中，周期性应力对设备退化过程的作用不可忽略。然而，目前对这类情况下的退化建模和剩余寿命预测的研究较少。现有的设备剩余寿命预测方法在预测设备剩余寿命时，没有考虑周期性应力的影响，因此预测准确度低。

发明内容

本发明的目的是提供一种周期应力下非线性退化设备的寿命预测方法及系统，以解决现有设备寿命预测方法预测准确度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种周期应力下非线性退化设备的寿命预测方法，所述寿命预测方法包括：

根据退化数据建立基于扩散过程的非线性退化模型所述退化数据包括用于描述退化过程线性趋势的参数A、设备周期性波动的幅值B，设备周期性波动的频率ω和扩散系数σ_B；其中X(t)为设备t时刻的随机退化量；B(t)为标准布朗运动；

对所述非线性退化模型中的退化数据进行极大似然估计，得到所述退化数据对数的极大似然估计值；

获取设备的寿命概率密度函数；

根据所述退化数据对数的极大似然估计值和所述寿命概率密度函数确定设备的首达时间概率密度函数；

确定所述首达时间概率密度函数关于时间t的期望为所述设备的寿命预测值。

可选的，所述对所述非线性退化模型中的退化数据进行极大似然估计，得到所述退化数据对数的极大似然估计值，具体包括：

获取t_ij时刻的非线性退化模型和t_i,j-1时刻的非线性退化模型；

将所述t_ij时刻的非线性退化模型和所述t_i(j-1)时刻的非线性退化模型做差得到非线性退化模型差值模型其中ΔX_ij＝X_ij-X_i(j-1)为设备在时刻t_i(j-1),t_i,j之间的性能退化量，X_ij为设备在t_ij时刻的退化量测量值，X_i(j-1)为设备在t_i,j-1时刻的退化量测量值；Δt_ij＝t_ij-t_i,j-1为测量时间间隔；

根据所述非线性退化模型差值模型确定差值模型的正态分布形式其中N(0，σ_B²)表示均值为0，方差为σ_B的正态分布；