[发明专利]一种核电阀门加速寿命试验中的最佳应力和样本分配确定方法

说明书

本发明公开了一种核电阀门加速寿命试验中的最佳应力和样本分配确定方法，属于核电阀门可靠性分析领域，尤其争对阀门加速寿命试验。在对阀门加速寿命试验进行优化设计求解最佳应力水平和最佳样本分配比时，将随机游走优化算法和惩罚函数法结合有效的解决了带约束的优化求解问题，并且在求变量更优值的同时使得惩罚因子的确定更加的准确和简易，为其他优化算法求解带约束问题提供了新思路。

技术领域

本发明属于核电阀门可靠性分析领域，尤其争对阀门加速寿命试验。

背景技术

传统的核电阀门加速寿命试验存在着试验时间较长、样本量较大的缺点，因此，有必要对加速寿命试验方案进行优化设计，寻找一组最佳的应力水平和试样分配比例，使阀门在正常应力水平时寿命估计值的精度最高，试验时间缩短，同时减少样本数量。目前常见的全局最优求解法有拉格朗日法、线性规划法、以及一些人工智能算法比如遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。优化算法已经在科技、机械工程领域十分普及，但是往往现实中的优化问题都伴随着各种约束条件，因此衍生出了基于遗传算法的带约束求解最优法等，由于传统惩罚函数中惩罚系数的范围很难确定，因此优化难度就加大了。

发明内容

本发明对现有核电阀门加速寿命试验方案设计领域技术背景的不足，根据试验的加速性和试验数据的统计精度要求，确定试验优化的约束条件，本发明采用内点罚函数法对试验优化的约束问题进行处理。

本发明技术方案为一种核电阀门加速寿命试验中的最佳应力和样本分配确定方法，该方法包含如下：

步骤1：选定应用于核电阀门的具体应力类型为温度应力，确定阀门寿命分布服从威布尔分布，且威布尔分布形状参数为m，尺度参数为η；于是寿命分布参数σ＝1/m，μ＝lnη，确定该应力x与核电阀门寿命分布参数μ的线性关系μ＝γ₀+γ₁x，并且特征寿命与试验温度之间满足阿伦尼斯方程η＝exp(γ₀+γ₁x)，γ₀，γ₁和σ为根据先验数据得到的模型参数；

步骤2：建立优化目标函数，具体步骤如下：

步骤2.1：在核电阀门加速寿命试验方案优化设计中通常以线性-极值模型下应力水平个数为M时的方差因子V_M为优化目标函数，求解最佳应力水平和样本分配比。

步骤2.2：建立目标函数为：

s.t.g(i)＝T_i-1-T_i＜0,(i＝1,2,...,M)

其中，V_M表示应力水平为M时的方差因子，x₀表示正常应力水平，n表示总样本个数，z_p表示标准极值分布的P阶分位数，g(i)表示温度应力约束，h(i)表示样本约束，T_i表示温度应力，p_i表示样本分配比，M表示应力水平个数，F表示方差因子中关于应力水平x_i和样本分配比p_i的信息矩阵；

步骤3：针对核电阀门加速寿命试验方案优化设计问题，采用内点罚函数法对试验优化的约束问题进行处理，求解目标函数得到最佳温度应力水平x_i和样本分配比p_i。

进一步的，步骤3的具体方法为：

步骤3.1：对优化目标函数引入惩罚函数，将不等式约束函数：

s.t.g(i)＝T_i-1-T_i＜0,i＝1,2,...,M