[发明专利]一种基于威布尔分布的橡胶圈可靠寿命预测方法

权利要求书

1.一种基于威布尔分布的橡胶圈可靠寿命预测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、通过摸底试验确定橡胶圈样本的压缩永久变形率ε_ik的平均增长速率λ_i，进而确定橡胶圈样本退化试验的试验时间t；

S2、根据橡胶圈样本退化试验的试验时间t进行橡胶圈样本退化试验，得到橡胶圈样本的轴向初始厚度H₀、各检测时间点橡胶圈样本的轴向厚度H_ijk和各个试验过程中的压缩永久变形率ε_ijk；

S3、根据各个试验过程中的压缩永久变形率ε_ijk，利用橡胶老化公式和基于威布尔分布的加速模型预测橡胶圈的可靠寿命；

通过摸底实验确定橡胶圈样本的压缩永久变形率ε_ik的平均增长速率λ_i，进而确定橡胶圈样本退化试验的试验时间t的方法包括：

S1-1、在室温下将橡胶圈样本装入夹具进行变形压缩至少24小时，取出橡胶圈样本并在静置至少一小时后，测量橡胶圈样本至少四个不同地方的轴向厚度，取其平均值作为摸底试验橡胶圈样本的轴向初始厚度h₀；

S1-2、将该橡胶圈样本再次装入夹具中静置至少半小时后放入老化试验箱中进行温度应力水平试验，在检测时间点取出橡胶圈样本并在室温下静置至少一小时，测量橡胶圈样本至少四个不同地方的轴向厚度，取其平均值作为摸底试验橡胶圈样本的检测时间点橡胶圈样本的轴向厚度h₁；

S1-3、改变摸底实验中的温度应力水平并重复步骤S1-2，根据公式得到多个橡胶圈样本在试验过程中的变形率ε_ik，进而得到各个温度应力水平压缩永久变形率的平均增长速率λ_i；其中H_x表示限制器的高度；

S1-4、根据公式

得到试验时间t的范围，其中ε₀为压缩永久变形率失效阈值；

橡胶圈样本退化试验的方法为：

S2-1、设置试验参数：设置温度应力水平总数u、各应力水平下橡胶圈试验样本量v、试验时间t和测量次数w；

S2-2、测量v个橡胶圈样本轴向初始厚度H₀：将橡胶圈样本以实际工作压缩量分别安装在夹具内，室温下至少压缩橡胶圈样本24小时后取出，并在室温下静置橡胶圈样本至少1小时，测量每个橡胶圈样品至少4个不同地方的轴向厚度，取其平均值作为每组橡胶圈样品轴向初始厚度H₀；

S2-3、测量各检测时间点橡胶圈样品的轴向厚度H_ijk：将每组橡胶圈样品以实际工作压缩量装入夹具并装入温度老化试验箱中；在检测时间点t_ijk取出橡胶圈样品并放置在室温下恢复弹性变形至少1小时，测量同一橡胶圈样品至少4个不同地方的轴向厚度，取其平均值作为退化试验后的轴向厚度H_ijk；

S2-4、计算各个试验过程中的压缩永久变形率ε_ijk：根据公式得到第j个橡胶圈试验样本在第i个温度应力水平、第k次试验时的压缩永久变形率ε_ijk；

其中H_x表示限制器的高度；j＝1，2，…，v；i＝1，2，…，u；k＝1，2，…，w；

所述根据各个试验过程中的压缩永久变形率ε_ijk、利用橡胶老化公式和基于威布尔分布的加速模型预测橡胶圈的可靠寿命方法为：

S3-1、根据第j个橡胶圈试验样本在第i个温度应力水平、第k次检测时的压缩永久变形率ε_ijk和第k次试验检测时间t_k，采用公式和橡胶老化经验公式通过逐次逼近法使参数I(α)取最小值得到老化常数α，并利用最小二乘回归分析得到第i个温度应力水平下第j个橡胶圈样本的试验常数B_ij和老化反应速率K_ij，进而得到各温度应力水平下各橡胶圈样本的老化公式：

ln(1-ε_ijk)＝lnB_ij-K_ijt_k^α

S3-2、将公式ln(1-ε_ijk)＝lnB_ij-K_ijt_ijk^α中的参数ε_ijk替换为给定压缩永久变形率失效阈值ε₀，得到各温度应力水平下各样本的伪失效寿命t_ij；

S3-3、将各温度应力水平下各样本的伪失效寿命t_ij数据按从小到大排序，根据威布尔分布的最优线性无偏估计方法：

得到各温度应力水平下形状参数：

得到尺度参数，即特征寿命：

S3-4、根据阿伦尼斯模型：

将阿伦尼斯模型线性化，得到线性加速模型：

将给定的工作温度应力T₀带入线性加速模型得到该工作温度下的预测特征寿命η₀：

S3-5、根据公式：

得到各温度应力水平下形状参数的平均值m₀；

根据公式：

和给定可靠度R预测橡胶圈样本的寿命t(R)；

根据公式：

得到橡胶圈样本的可靠性R(t)；

其中D(v,v,j)和C(v,v,j)为方差系数，η表示特征寿命，A为常数，E_a是激活能，r是玻尔兹曼常数，T为热力学温度；和均为中间参数；a和b的值根据特征寿命和温度应力水平T_i对线性加速模型进行最小二乘回归分析得到。