[发明专利]用于对象的加速疲劳损伤测试的方法和系统

说明书

本发明涉及一种用于对象(DUT)的加速疲劳损伤测试的方法和系统，其中对象(DUT)通过作用物(SH)激励，其中驱动信号(DS)由控制系统(CLC)生成并被传送给作用物(SH)，由此测量对象(DUT)或作用物(SH)的安装基座的加速度并将其反馈到控制系统(CLC)用于在频域中对驱动信号(DS)循环闭环控制，其中在控制系统(CLC)中，根据测得的加速度(AD)计算功率谱密度PSD和疲劳损伤谱FDS，由此比较计算的功率谱密度PSD和基于运行载荷的目标功率谱密度PSD，由此将计算的疲劳损伤谱FDS与目标疲劳损伤谱FDS进行比较，从而基于比较计算新的驱动频谱，并根据新的驱动频谱生成下一循环的驱动信号(DS)的一个或多个时域块并将其发送到作用物(SH)。该方法在不影响故障模式的情况下加速振动测试，从而获得更真实结果。

背景技术

在许多工程应用(例如在汽车或航空航天和国防中)中，硬件设备(包括机械和电子子系统和部件)会受动态载荷损坏，由于疲劳现象动态载荷可能引起故障。硬件设备也将被称为“对象”。为了验证对象(也称为“测试对象”或“被测设备”-DUT)在使用寿命期间是否仍然可以运行(即验证它不会因疲劳故障而中断)，需要进行广泛的振动试验，即所谓的合格性试验。这些试验的目的在于在实验室中再现DUT遇到的实际运行环境(例如在道路上行驶、航天发射...)所施加的载荷条件，使得可以在很短的时间内施加完整的寿命加载。

为了实现这一点，在第一步骤中，在实际运行环境中执行测量，并且基于这些测量，在第二步骤中计算强制振动信号，使得使用这些信号的振动器试验将对DUT产生与现实生活中的运行条件一样的相同的累积疲劳损伤效应。由此优化计算的强制振动信号，使得在较短的时间内实现等效的疲劳行为(所谓的“加速寿命试验”)。最后，在第三步骤中，必须以受控方式将强制振动信号应用于振动器装置。

本发明涉及该程序的第二和第三部分，即如何计算强制振动信号并以受控方式将它们应用于振动器装置，从而实现损伤等效的“加速”合格性试验。

目前存在不同的程序，例如应用标准化测试配置文件(以下形式：功率谱密度(PSD)函数、冲击配置文件、正弦扫描、正弦随机光谱...)。这些标准化测试配置文件通常必须涵盖广泛的应用。因此，保守选择标准规格以防止“欠测试”，因此在许多特定应用中，试验规范比实际环境载荷严重得多。

另一个示例为复制在运行中测量的时间波形。该方法通常限于连续重复的有限范围的时间间隔。这适用于具有重复模式的载荷，但对于如在预想的应用中具有“随机任意”性质的环境载荷则不怎么适用。控制方法(通常表示为“时间波形复制”或“单轴波形复制”)由大多数振动器控制应用提供。

基于测得的实际加载信号的包络PSD频谱而生成PSD试验规范，然后进行(高斯)随机振动控制试验，这是几乎任何商业可用的振动器控制软件中的标准特征。该方法允许在复杂载荷环境中进行更具统计代表性的试验。然而，通过将数据归纳到PSD，该方法隐含地假设环境载荷具有高斯幅度概率密度函数(PDF)并且它们是静止的。在现实世界载荷环境具有非高斯的幅度分布的情况下，例如，因为存在特定的事件(如道路中的坑洼或颠簸导致载荷和响应的峰值)，即使PSD很好地近似，载荷的一些疲劳相关含量也可能被低估。

先进的方法采用所谓的“峰度控制”方法来生成非高斯激励信号。除了PSD之外，还可以指定并控制诸如“峰度”的统计信号参数。峰度表示数据的“峰态”，其在数学上表示为第4个统计矩(其中K＝3为高斯情况，K3为非高斯情况，与高斯情况相比在幅度PDF中具有更大的尾随脉冲)。

这些方法的目标是匹配最初测得的激励(即至系统的“输入”)的PSD和峰度。然而，作用于对象(DUT)的疲劳载荷效应(其取决于多少峰度转移到系统响应中，即进入系统的“输出”)未被该方法明确地考虑。众所周知，没有预防措施，由于遵守中心极限定理，峰度可能在系统响应中“丢失”。结果，在许多情况下，这些方法无法正确地表示实验室试验期间的疲劳行为。这导致需要更长的测试时间以达到相同的疲劳现象，并且阻止设计加速试验。