用于对象的加速疲劳损伤测试的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于对象(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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对象的加速疲劳损伤测试的方法和系统
技术介绍
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。本专利技术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，K>3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。用于峰度控制的解决方案的示例为Carella等人在包含于USD2014的ISMA2014会议录“使用峰度控制的随机控制振动试验：理论与实践”中描述的“时间-频率域交换”方法。另一个示例为Steinwolf等人在2015年7月12日至16日在佛罗伦萨(意大利)的ICSV22在“两种利用用于车内部件的内部测试的增加的峰度而生成随机激励的方法”中描述的及也在Cornells等人在2015年9月7日至10日在斯洛文尼亚卢布尔雅那的工程振动国际会议在“以疲劳损伤谱为任务信号合成标准的非高斯随机激励振动台试验模拟”中描述的“分析相选择”方法。最先进的合格性试验方法称为“测试裁剪”或“任务合成”。该方法首先通过计算所谓的“疲劳损伤谱”(FDS)函数(https://en.wikipedia.org/wiki/Fatigue_damage_Spectrum)来量化测得的运行载荷的“破坏性潜力”。可以针对任何类型的信号，例如冲击、确定性正弦波、高斯或非高斯随机信号等计算FDS。因此，它允许在疲劳损伤潜力方面比较不同的信号和信号类型。在随后的测试合成阶段，选择测试持续时间并且导出PSD测试规范，使得使用默认高斯随机振动控制方法应用于振动器装置的所生成的(高斯)激励信号与运行载荷的FDS匹配(因此实验室试验应该产生与运行环境相同的疲劳损伤)。任务合成方法的问题特别发生在需要“加速”试验时，即必须减少试验持续时间的情况。目前实现这一目标的唯一方式是通过增加PSD水平-即，在给定高斯激励信号的情况下，它是在较小量的测试时间内仍然匹配相同FDS的唯一方式。增加PSD水平存在多种风险，但最重要的是当水平过高时故障模式可能会发生变化-即，导致对象或DUT通过与在现实生活中发生的预期高循环疲劳现象不同的机制发生故障。由于这个和其它各种原因，所有标准都表明，如果可能的话，“试验夸大因子”(即试验PSD水平与运行PSD水平的比率)应保持在最低水平。在最近由振动研究作出的报告(Achatz等人在2014年9月10日至12日在美国明尼苏达州圣保罗市加速应力测试与可靠性研讨会的“使用疲劳损伤谱进行与最终使用环境相关的加速测试”)中，证明基于FDS的任务合成可以结合用于控制峰度的方法，从而生成具有峰值的非高斯信号。该方法匹配测得的运行载荷的峰度(如在常规峰度控制方法中)，并且同时尝试匹配FDS(与常规峰度控制方法相反)。该方法首先从FDS计算“成形的”PSD规范(以离线方式)，还考虑到激活控制峰度的方法将增加一些额外的损伤。当需要加速试验时，类似于其它方法，该方法会增加PSD水平。因此，与运行信号相比，所得的PSD仍然具有更高的水平，因此上面讨论的问题仍然没有得到解决。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于加速振动测试的改进方法。该问题的解决方案在独立专利权利要求中明确。该解决方案由如权利要求1限定的用于对象的加速疲劳损伤测试的方法提供，在该方法中，该对象通过作用物激励，其中由控制系统生成驱动信号，即电压，并将其发送到作用物，由此测量对象的加速度或作用物的安装基座的加速度并将其反馈给控制系统以在频域中对驱动信号进行循环闭环控制，其中，在控制系统中，功率谱密度PSD和疲劳损伤谱FDS根据测得的加速度计算，由此计算出的功率谱密度PSD与基于运行载荷的目标功率谱密度PSD进行比较，由此将计算出的疲劳损伤谱FDS与目标疲劳损伤谱FDS进行比较，由此基于比较结果，计算新的驱动频谱，并根据新的驱动频谱生成用于下一循环的驱动信号的一个或多个时域块并将其发送到作用物。该方法可在不影响故障模式的情况下加速振动测试，从而获得更真实的结果。该问题的解决方案还由如权利要求11所限定的用于对象的加速疲劳损伤测试的系统提供，具有作用物来激励对象，具有控制系统生成驱动信号并将其发送到作用物，具有传感器测量对象的加速度或作用物的安装基座的加速度，测得的加速度被反馈给控制系统以用于在频域中对驱动信号进行循环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对象(DUT)的加速疲劳损伤测试的方法，其中，所述对象(DUT)在规定的时间量内通过作用物(SH)激励，其中，驱动信号(DS)由控制系统(CLC)生成并传送给所述作用物(SH)，所述对象(DUT)的加速度或所述作用物(SH)的安装基座的加速度被测量并被反馈给所述控制系统(CLC)，用于在频域中对所述驱动信号(DS)进行循环闭环控制，其中，在多个循环的试验期间：·在所述控制系统(CLC)中，根据测得的加速度(AD)来计算功率谱密度PSD和疲劳损伤谱FDS，·将计算出的所述功率谱密度PSD与先验定义的目标功率谱密度PSD进行比较，·将计算出的所述疲劳损伤谱FDS与先验定义的目标疲劳损伤谱FDS进行比较，·基于比较结果，计算新的驱动频谱，使得接近PSD和FDS的目标，以及·根据所述新的驱动频谱，下一个循环的所述驱动信号(DS)的一个或多个时域块被生成并被发送给所述作用物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对象(DUT)的加速疲劳损伤测试的方法，其中，所述对象(DUT)在规定的时间量内通过作用物(SH)激励，其中，驱动信号(DS)由控制系统(CLC)生成并传送给所述作用物(SH)，所述对象(DUT)的加速度或所述作用物(SH)的安装基座的加速度被测量并被反馈给所述控制系统(CLC)，用于在频域中对所述驱动信号(DS)进行循环闭环控制，其中，在多个循环的试验期间：·在所述控制系统(CLC)中，根据测得的加速度(AD)来计算功率谱密度PSD和疲劳损伤谱FDS，·将计算出的所述功率谱密度PSD与先验定义的目标功率谱密度PSD进行比较，·将计算出的所述疲劳损伤谱FDS与先验定义的目标疲劳损伤谱FDS进行比较，·基于比较结果，计算新的驱动频谱，使得接近PSD和FDS的目标，以及·根据所述新的驱动频谱，下一个循环的所述驱动信号(DS)的一个或多个时域块被生成并被发送给所述作用物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了计算所述新的驱动频谱，调整最近的驱动频谱，其中，根据所述功率谱密度PSD的比较结果来调整驱动频谱中的频率线的幅度，并且根据所述疲劳损伤谱FDS的比较结果来调整驱动频谱的相位。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过操纵驱动频谱的一个或多个特定频率线处的相位来调整所生成的驱动时间信号(DS)的峰度。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，先验定义的目标功率谱密度PSD基于运行载荷。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述先验定义的目标疲劳损伤谱FDS基于预定的寿命任务。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述控制系统(CLC)中，所述测得的加速度(AD)的所述功率谱密度PSD和所述疲劳损伤谱FDS彼此独立地进行控制。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述目标功率谱密度PSD和所述目标疲劳损伤谱FDS为预定义的常数。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：布拉姆·科内利斯，巴尔特·佩特斯，亚历山大·施泰因沃尔夫，
申请(专利权)人：西门子工业软件公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE