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    高低溫低氣壓試驗箱產品耐久性設計分析知識

    發布時間: 2019-12-02  點擊次數: 750次

    高低溫低氣壓試驗箱主要規格和技術參數:

    型號

    SE-DQ250

    SE-DQ500

    SE-DQ1000

    SE-DQ2000

    內尺寸(D×W×H)

    60×60×70

    80×70×90

    100×100×100

    120×120×150

    電源

    AC380V/50HZ三相四線+接地線

    調溫方式

    平衡調溫方式(BTC方式)

    溫度范圍

    -70℃~150℃

    溫度波動度

    ≤1.0℃(常壓空載)

    溫度均勻度

    ≤2.0·C(常壓空載)

    溫度偏差

    ±2.0℃(常壓空載)

    升降溫速率

    升溫(20~+150℃)≤50min   降溫(20~-60℃)1.0℃/min

    壓力范圍

    常壓~1 kPa

    常壓~0.5 kPa

    壓力精度

    ±2KPa(常壓~40KPa時);±5%(40KPa~4KPa時);

    ±0.1KPa(4KPa~1KPa時)

    降壓速率

    ≤45min(常壓→1KPa)

    外殼材料

    防銹處理冷軋薄鋼板(表面噴塑)

    內膽材料

    不銹鋼板

    承壓材料

    防銹處理厚銅板(表面憤塑)

    保jE材料

    玻璃棉聚氨酶發j包

    制冷機

    半封閉壓縮機

    冷卻方式

    水冷

    抽真空方式

    機械旋片式真空泵(萊寶)

    加熱器

    鎮-錯合金加熱器

    鼓風機

    軸流風機

    觀察窗

    觀察窗鍍膜中空玻璃

    溫度傳感器

    Pt100鎧裝鈾電阻

    控制器

    LCD觸摸屏控制器

    安全裝置

    超溫保護,壓縮機缺油、超莊、斷路、風機過載保護,電面缺帽保護,漏電保護,缺水保護,真空泵故障報警

    標準配置

    觀察窗(φ100,位于左側1個),擱板,擱板架(2套),箱內節能燈,時間累積器,待測品輔助電源3組

    選項配件

    遠程監控計算機及軟件,視頻監控系統,快速回壓裝置,快速降壓裝置,氮氣輔助裝置

    耐久性是什么?耐久性作為可靠性的一個重要組成部分,人們對兩者的關系認識各異。美國軍用標準認為耐久性是可靠性的一種特殊情況;俄羅斯國家標準認為廣義的可靠性包括無故障性、耐久性、維修性和存儲性,其中的“無故障性”與美國軍用標準的“可靠性”含義相同。但是美國軍用標準大多是針對電子產品而言的,而俄羅斯國家標準則多面向機械產品。電子產品以偶然性故障為主,耐久性問題并不突出。而機械產品多以耗損性故障為主,耐久性是不容忽視的。這也正是機械產品可靠性與電子產品可靠性的一個重大區別。我國軍用標準也認為耐久性是可靠性的一種特殊情況,因此從本質上講,耐久性也是可靠性。

    耐久性與可靠性的主要區別

    1.在對故障(失效)的定義上的不同,或者說所關心的故障(失效)機理的重點不同。耐久性關心的是耗損性故障(失效),而可靠性涉及到所有的故障(失效)形式??煽啃员硎龅膬群鼜V。

    2.以機械產品為主的武器裝備,其耐久性是可靠性中的重要內容。多年前,耐久性分析就已經用于確定橋梁、飛機機翼以及其他許多機械產品的安全余量。由于大多數機械部件都是可靠的,其使用可靠性與故障頻數、維修和耐久性密切相關。對于不可修的簡單產品而言,例如緊固件、傳動膠帶、滾動軸承、電子元器件等,它們的可靠性就是耐久性。

    3.耐久性主要是針對有限壽命產品提出的。對于電子系統而言,傳統上僅采用可靠性技術進行設計。隨著電子系統模塊化、集成化和電子封裝技術的發展,為設計更加健壯的電子系統,耐久性也開始作為其設計特性之一。

    4.耐久性與可靠性的度量方式不同。耐久性由耗損前的壽命來度量,而可靠性以工作壽命(有用壽命)和偶然失效數來量度。兩者的區別可用產品的失效率和失效時間的關系曲線(浴盆曲線)來描述。

    耐久性設計分析工具軟件針對結構疲勞耐久性,以應力壽命、應變壽命、概率斷裂力學方法為基礎,能夠考慮載荷、材料性能等的隨機性,建立可靠壽命分析模型,同時預計結構中值壽命、可靠壽命、給定壽命的可靠性度。軟件可集成載荷譜分析處理軟件,根據用戶需求可定制!
    耐久性設計準則對于結構,本文主要針對抗疲勞設計(含防腐蝕設計),采用安全壽命設計準則、疲勞/損傷容限設計準則和耐久性/損傷容限設計準則;對于機構,本文主要針對摩擦副(鉸鏈、導軌等)的耐磨損設計,采用磨損安全設計準則。1、安全壽命設計準則1)安全壽命設計應綜合考慮材料、應力水平和結構布局等因素,采取抗疲勞設計措施(如合理選擇產品材料和加工工藝、減少局部應力集中、進行環境防護設計等)提高結構的抗疲勞能力,延長結構的使用壽命;

    2)安全壽命設計根據、(腐蝕環境)或、(腐蝕環境)以及累積損傷理論通過疲勞分析確定產品的使用壽命;

    3)根據安全壽命設計準則確定的產品使用壽命就是安全壽命,即結構的無裂紋壽命(出現工程可檢裂紋之前的壽命)。安全壽命應不小于(等于或大于)產品的設計使用壽命,以保證產品在一定的使用期限內安全使用。

    2、疲勞/損傷容限設計準則

    1)疲勞/損傷容限設計應綜合考慮材料、應力水平和結構布局等因素,使得結構使用中允許進行常規檢查,并且采取抗疲勞設計措施提高結構的抗疲勞和抗裂紋擴展能力,延長結構的使用壽命;

    2)疲勞/損傷容限設計根據、(腐蝕環境)或、(腐蝕環境)以及累積損傷理論通過疲勞分析初步確定產品的使用壽命,使其不小于(等于或大于)產品的設計使用壽命;

    3)疲勞/損傷容限設計根據裂紋擴展曲線和剩余強度曲線通過損傷容限分析確定產品在設計使用壽命期內能否安全使用,根據安全裂紋擴展壽命確定結構檢修周期,綜合疲勞分析結果確定結構的使用壽命;

    4)結構使用中通過定期檢查確定結構裂紋是否已經出現,一旦經檢查發現裂紋,則分析和判斷當前結構是否能夠繼續使用(結構剩余強度要求是否滿足),如果不能繼續使用則使用壽命終止,如果能夠繼續使用則應對裂紋擴展情況進行嚴密監控,確保產品在使用壽命周期內安全使用。

    3、耐久性/損傷容限設計準則

    1)耐久性/損傷容限設計應綜合考慮材料、應力水平和結構布局等因素,使得結構使用中允許進行常規檢查和實施經濟修理,并且采取抗疲勞設計措施提高結構的抗疲勞和抗裂紋擴展能力,延長結構的使用壽命;

    2)耐久性/損傷容限設計允許結構進行若干次經濟修理,應合理設計修理次數以及每次實施修理時結構疲勞損傷(裂紋長度)的臨界值,確保因未能檢出的缺陷、裂紋等損傷的擴展導致產品在使用壽命周期內無法安全使用的概率小,并且結構損傷對維修工作和費用造成的影響減至小,從而使得結構兼顧安全性和經濟性;3)疲勞/損傷容限設計通過疲勞分析和損傷容限分析確定產品的首翻期和大修間隔期限,其總壽命就是經濟壽命。經濟壽命應不小于(等于或大于)產品的設計使用壽命;

    4)結構使用中通過定期檢查確定結構裂紋是否已經出現,一旦經檢查發現裂紋,則分析和判斷當前結構是否能夠繼續使用(結構剩余強度要求是否滿足),如果不能繼續使用則應予以修理或更換,如果能夠繼續使用則應對裂紋擴展情況進行嚴密監控,確保產品在使用壽命周期內安全使用。

    4、磨損安全設計準則

    1)磨損安全設計應綜合考慮材料、應力水平和潤滑情況等因素,采取耐磨損設計措施(如合理選擇產品材料和加工工藝、表面處理、改善機構潤滑情況等)提高機構的耐磨損能力,延長機構的磨損壽命;

    2)根據機構運行特點,合理設計機構細節,減少磨損的發生,增加磨損安全裕量,同時合理設計機構的承載和運轉速度組合,降低磨損速度,以延長機構的磨損壽命;

    3)磨損安全設計根據磨損曲線和磨損安全裕量確定產品的磨損安全壽命,使其不小于(等于或大于)產品的設計使用壽命,確保產品在使用壽命期內不會出現超出容許磨損量而導致故障。耐久性設計準則選用原則上述設計準則的選用原則是:1、安全壽命設計準則、疲勞/損傷容限設計準則和耐久性/損傷容限設計準則均適用于具有疲勞耗損特征的結構,可按以下原則選用:

    1)安全壽命設計準則主要用于不可檢結構。安全壽命設計準則認為結構不存在初始損傷(裂紋),以結構的無裂紋壽命作為設計目標,一旦出現可檢裂紋則認為安全壽命終止;

    2)疲勞/損傷容限設計準則主要用于可檢/不可修結構。疲勞/損傷容限設計準則采用了損傷容限設計,認為結構存在由于材料初始缺陷和制造缺陷等導致的初始損傷(裂紋),損傷容限設計允許結構在使用壽命期內出現損傷(裂紋),但要求損傷(裂紋)必須是可檢的,并且在損傷(裂紋)被檢出前必須保證結構具有足夠的剩余強度,產品能夠完成其規定功能;

    3)耐久性/損傷容限設計準則主要用于可檢/可修結構。耐久性/損傷容限設計準則也采用了損傷容限設計。產品在整個壽命周期內允許進行若干次經濟修理,各次大修期(首翻期、大修間隔期限)內依靠檢查保證產品的安全使用;

    2、安全壽命設計準則也適用于處于腐蝕環境下的具有疲勞耗損特征的結構,但在進行耐久性設計與分析時均須考慮腐蝕環境的影響,如采用涂層等防腐蝕措施對結構進行防護,引入預腐蝕疲勞曲線、環境腐蝕疲勞影響系數估算結構使用壽命等;3、磨損安全設計準則適用于機構中的鉸鏈、導軌等具有一般性質的摩擦副。對于軸承、齒輪和凸輪機構等具有各自特點的摩擦副已形成獨立的設計與分析方法,應采用專門方法進行設計與分析。

    耐久性設計與分析的基本步驟

    1、明確產品的耐久性要求(設計壽命)產品的耐久性要求包括工作壽命(使用壽命、首翻期)和非工作壽命(儲存壽命)要求,據此確定產品的使用壽命設計值和儲存壽命設計值(即設計壽命)。

    2、定義產品的壽命剖面和任務剖面產品的壽命剖面和任務剖面包括使用載荷、溫度、濕度、振動以及其他環境參數,由此確定產品的載荷/環境應力及其作用的時間;

    3、進行產品的耐久性設計根據選擇適當的耐久性設計準則,并據此進行產品的耐久性設計,設計內容包括但不限于結構、材料、尺寸、工藝、連接方法的選擇以及腐蝕防護、熱防護和磨損防護等;

    4、確定產品的材料特性產品選材完成后,如果采用了特殊材料,其材料特性可以根據相近材料的材料特性確定,或進行專門試驗確定;

    5、確定產品的可能故障部位采用FMEA等方法確定產品的可能故障部位。故障部位通常假定為應用新材料、新產品或新技術的結構或設計,考慮的因素包括嚴重變形部位、應力水平高及應力集中部位、高溫循環部位、高熱膨脹材料、腐蝕敏感部位、摩擦副和試驗出現的故障部位等;

    6、確定產品的耗損故障部位及其耗損特征根據工程經驗和FMEA結果,對產品的可能故障部位進行分析,確定其中的耗損故障部位及其耗損特征(疲勞、腐蝕、磨損等);

    7、確定產品的耐久性關鍵件和非耐久性關鍵件采用有限元分析(FEA)方法對產品的耗損故障部位進行分析,結合FMEA結果確定產品的耐久性關鍵件和非耐久性關鍵件,確定原則如下:

    1)耐久性關鍵件是指必須滿足耐久性設計要求的零部件,包括影響產品安全使用的重要零部件,也包括其他一些重要零部件,一般是昂貴的,或更換是不經濟的,有可能影響系統或分系統功能的零部件。它主要從功能可靠和經濟性來考慮,主要控制1mm以下疲勞裂紋的萌生和擴展;

    2)非耐久性關鍵件的故障對系統或分系統功能造成的經濟影響比較輕微,但要求給予維修和(或)修理或更換以保證能夠繼續執行功能。非耐久性關鍵件通常在研制、生產過程中不要求給予特別的注意,并可以按修復性維修或預防性維修的方式加以維護;耐久性關鍵件和非耐久性關鍵件的選取可以根據下述原則進行綜合分析與判斷:

    a.應力水平的高低與受力情況;b.應力集中嚴重程度;c.影響結構安全使用的程度;d.修理和更換費用;e.材料的疲勞、斷裂性能及抗腐蝕能力;f.在載荷/環境譜作用下疲勞裂紋擴展速率的高低;g.借鑒以往同類產品(結構)的耐久性試驗結果以及維修情況記錄;h.損傷結構的剩余強度水平;i.損傷對結構功能影響的程度。

    8、進行產品的耐久性分析根據選擇適合的耐久性分析方法對產品的耐久性關鍵件和非耐久性關鍵件進行耐久性分析,得到當前設計方案下的產品壽命(使用壽命、儲存壽命);

    9、判斷產品是否滿足耐久性要求

    1)如果當前設計方案下的產品壽命小于設計壽命,則產品在設計壽命周期內將會發生故障,即當前設計方案下的產品不能滿足規定的耐久性要求,應改進產品設計并重新進行耐久性分析;

    2)如果當前設計方案下的產品壽命大于或等于設計壽命,則產品在設計壽命周期內不會發生故障,即當前設計方案下的產品能夠滿足規定的耐久性要求;

    10、根據耐久性設計與分析結果確定產品壽命如果產品能夠滿足規定的耐久性要求,則根據耐久性設計與分析結果確定產品壽命(使用壽命、儲存壽命)。耐久性設計與分析方法選用原則

    1、在產品的不同研制階段,耐久性設計與分析方法的選用原則

    1)在產品研制初期,應采用工程分析方法對產品的耐久性進行初步分析,如果不能滿足規定的耐久性要求,則應改進設計,以提高產品的耐久性;

    2)在產品研制過程中,確定產品的材料和設計特性后,可以采用安全壽命設計與分析方法、損傷容限設計與分析方法、腐蝕環境下的耐久性設計與分析方法和(或)基于磨損特征的耐久性設計與分析方法對產品的結構和機構進行耐久性分析,判斷產品是否已達到耐久性要求,為判斷產品耐久性設計成功與否、確定產品壽命、制訂維修策略和產品改進計劃提供有效的依據;

    2、根據產品的耗損特征,耐久性設計與分析方法的選用原則

    1)對于具有疲勞耗損特征的產品,應對產品進行抗疲勞設計,并采用工程分析方法、安全壽命設計與分析方法和(或)損傷容限設計與分析方法對其耐久性進行分析。具體的耐久性設計與分析方法的選用原則如下:a.對于耐久性關鍵件,必須采用安全壽命設計與分析方法和(或)損傷容限設計與分析方法對其進行重點的設計和分析,確定其使用壽命(首翻期、大修間隔期限等);對于非耐久性關鍵件,可以采用工程分析方法、安全壽命設計與分析方法和損傷容限設計與分析方法,確定其使用壽命(首翻期、大修間隔期限等);b.對于不可檢/不可修結構,主要采用安全壽命設計與分析方法;對于可檢/不可修結構,可以采用安全壽命設計與分析方法,也可以采用損傷容限設計與分析方法;對于可檢/可修結構,主要采用損傷容限設計與分析方法;

    2)對于處于腐蝕環境下的產品,應對產品進行腐蝕防護設計,并采用腐蝕環境下的耐久性設計與分析對其耐久性進行分析,確定其使用壽命(首翻期、大修間隔期限等);

    3)對于具有磨損特征的產品,應對產品進行耐磨損設計,并采用基于磨損特征的耐久性設計與分析方法對其耐久性進行分析,確定其磨損壽命;

    3、根據產品是否為新研產品,耐久性設計與分析方法的選用原則

    1)對新研產品,需要綜合采用工程分析方法、安全壽命設計與分析方法和損傷容限設計與分析方法,確定其使用壽命(首翻期、大修間隔期限等)。如果產品包含處于腐蝕環境的結構和具有磨損特征的機構,還應采用腐蝕環境下和基于磨損特征的耐久性設計與分析方法進行耐久性設計與分析;

    2)對改型產品,其耐久性關鍵件仍需綜合采用工程分析方法、安全壽命設計與分析方法和損傷容限設計與分析方法進行耐久性設計與分析,確定其使用壽命(首翻期、大修間隔期限等);非耐久性關鍵件則可參照老品采用工程分析方法進行耐久性設計與分析,確定其使用壽命(首翻期、大修間隔期限等);

    4、產品同時采用幾種方法進行耐久性設計與分析的選用原則工程分析結果一般只作為確定產品使用壽命的參考,安全壽命設計與分析、損傷容限設計與分析、腐蝕環境下的耐久性設計與分析和基于磨損特征的耐久性設計與分析的結果才是確定產品使用壽命的重要依據,進行安全壽命設計與分析或損傷容限設計與分析,得到產品的疲勞壽命,制訂初步的產品維修大綱;

    1)如果產品工作或儲存在腐蝕環境,則應考慮腐蝕環境的影響,調整產品的維修大綱,協調疲勞部位和腐蝕部位的檢修周期,并制訂產品的腐蝕維修大綱;

    2)如果產品存在易發生磨損故障的機構,則應考慮機構的磨損壽命,如果該機構不能在產品整個壽命期內安全使用,還需對產品的維修大綱進行修正,確定該機構的維修(含更換)時機,該時機應與產品的檢修周期相協調。

    注意事項

    1、訂購方在合同中應明確給出耐久性要求、壽命剖面、任務剖面以及故障判據;

    2、進行耐久性設計與分析前,應建立產品的故障模式庫,特別是耗損故障,并確定耗損故障的類型,針對不同類型的耗損故障進行設計與分析;

    3、進行耐久性設計與分析時,應綜合考慮產品在預期的壽命周期內的載荷與應力、結構、材料特性、工藝、故障模式和故障機理等,確定產品的耗損特征及相關的設計與分析問題;

    4、進行耐久性設計與分析時,應采用工程分析方法以及FMEA和FEA等方法確定產品的耐久性關鍵件和非耐久性關鍵件,以選取適當的方法進行耐久性設計和分析;

    5、耐久性設計與分析過程中,當能確定產品的材料和設計特性時,可以采用FEA方法對產品的機械強度和熱特性等進行分析和評價,以盡早發現產品的薄弱環節,并及時采取設計改進措施;同時,也為產品故障機理分析和受載情況分析提供手段。FEA一般在初步(初樣)設計方案確定之后、詳細(正樣)設計完成之前進行為有效;

    6、對于產品的耐久性關鍵件應進行重點的分析、試驗、生產質量控制和維護,以保證其在整個壽命周期內的安全使用;

    7、對采用損傷容限設計的結構,應制訂完善的維修大綱,并對結構進行損傷容限分析以驗證維修大綱的有效性;

    8、對于處于腐蝕環境下的產品,應制訂產品的腐蝕維修大綱,腐蝕維修可以在疲勞裂紋維修的同時進行;

    9、結構應力集中較嚴重的細節部位以及結構連接處較易發生由疲勞和(或)腐蝕引起的故障,應對其耐久性進行重點分析;

    10、根據耐久性分析結果確定產品壽命時,可以采用安全壽命準則和經濟壽命準則。這兩種準則屬于定壽準則,而非設計準則。本文給出的安全壽命設計與分析方法、腐蝕環境下的耐久性設計與分析方法和基于磨損特征的耐久性設計與分析方法采用安全壽命準則確定使用壽命,設計過程中前兩者可以采用安全壽命設計準則,后一種方法采用磨損安全設計準則;損傷容限設計與分析方法則采用經濟壽命準則確定使用壽命,設計過程中可以采用疲勞/損傷容限設計準則和耐久性/損傷容限設計準則;

    11、隨著產品設計過程的進展,耐久性分析應迭代進行。初步(初樣)設計或每次改進設計(含詳細(正樣)設計)完成后,都應進行耐久性分析,如果能夠滿足規定的耐久性要求則采用適當的耐久性分析方法確定產品的使用壽命(首翻期、大修間隔期限等),否則應改進設計,提高產品的耐久性,并在改進設計完成后重新對產品的耐久性進行分析,直至設計完成的產品能夠滿足產品的耐久性要求。 

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