基于趋势分析法的火工品可靠储存寿命估计

宣兆龙，王耀冬，李翰朋



基于趋势分析法的火工品可靠储存寿命估计

宣兆龙，王耀冬，李翰朋

（军械工程学院，河北石家庄，050003）

针对加速寿命试验预估得到的火工品可靠储存寿命与实际相差较大、精度较低的问题，对某型火工品进行了自然环境长储试验。将检测得到的关键性能参数进行了最小二乘回归分析，并利用非中心分布建立相应的容忍区间，结合性能指标的失效阈值，得到火工品的可靠储存寿命估计值。所得结果表明，该方法得到的寿命估计值大于通过加速寿命试验得到的火工品设计可靠储存寿命，考虑了火工品储存过程中的实际情况，准确性更高，为该火工品及相关弹药产品的延寿提供了依据。

火工品；长储试验；趋势分析；储存寿命；加速寿命试验

火工品的设计储存寿命一般由生产工厂利用加速寿命试验预估得到，加速寿命试验[1]通过超出正常应力水平的加速应力，在较短的时间内获得产品寿命信息，因此，广泛应用在产品设计定型和鉴定试验。但是，由实际反馈发现，加速寿命试验所得寿命估计值较产品的实际储存寿命相差较大，一般较为保守。自然环境长储试验[2]是将弹药放在自然环境下长期储存，在确定好的时间间隔对其进行各性能指标的检测，并通过一定的统计分析方法，评估弹药的储存寿命。自然环境长储试验尽管耗时较长，但直接考核弹药自身的寿命情况，能够准确反映产品在自然环境下的性能变化，精度较高。因此，本文对某型火工品在标准军用库房中，进行了为期8a的自然环境长储试验，并检测得到该火工品的关键性能参数。

Lien C Yang[3]在评估火工品储存寿命时，首次提出了趋势分析法，该方法以同一批次的火工品为研究对象，对不同储存时间下检测得到的定量性能参数，进行最小二乘法回归模型分析[4]，得到性能参数退化趋势线，并在一定置信度和可靠度下，利用非中心分布[5]对其建立容忍区间。以性能指标的失效阈值与容忍区间的上限或下限的交点，作为火工品的可靠寿命预测点，其对应的时间即为可靠储存寿命。该方法受储存时间跨度的影响较小，适用于自然长储试验或加速寿命试验下的寿命预测。因此，本文利用该方法对火工品长储试验数据进行分析，预估火工品的可靠储存寿命。

1 趋势线分析法

1.1 关键性能参数的回归分析

已知该火工品的关键性能参数为延期时间，设不同试验时间1,2,……t下，检测得到相应的延期时间为1,2,……Y，利用最小二乘法拟合，得到试验时间与延期时间的线性回归模型：

=1+2（1）

式（1）中：1为回归系数，2为截距。

1.2 关键性能参数的容忍区间

在回归模型的基础上，令置信水平1-=0.9，可靠度=0.95，自由度为-2，建立延期时间的容忍区间，得到容忍上限：

=1+2+··1-γ,n-2,()（2）

容忍下限：=1+2-··1-γ,n-2,()（3）

（4）

（5）

式（2）~（5）中：是回归模型中储存时间的函数；是均方根误差；是偏心率为的非中心分布；Z是标准正态分布“上分位点” Z在=时，即条件下的值，经查标准正态分布表[6]得Z=1.645。当1>0时，容忍上限与该性能参数的失效阈值上限的交点，对应的时间即为火工品可靠储存寿命预估值。当1<0时，容忍下限与该性能参数的失效阈值下限的交点，对应的时间即为火工品可靠储存寿命预估值。

2 长储试验数据

已知该火工品设计可靠储存寿命为11a，延期时间的失效阈值为（1±0.3）s，一般装配于弹药中，受弹体的保护，弹药置于库房中进行储存。因此，对火工品可靠储存寿命进行估计时，为模拟其在弹药中的状态，提高寿命估计精度，将每一发火工品都用内包装袋密封，将密封后的一定数量的火工品放入一定容积的铁箱中，再将铁箱放入木质包装箱中；所有包装入箱后的火工品完全按照部队库房标准储存在专用库房中，温度控制在-5~30℃，相对湿度控制在30%~70%。每隔1a时间，在试验样品中随机取出3发火工品，进行延期时间的性能检测，检测所得结果如表1所示。

表1 火工品长储试验数据 (s)

Tab.1 Long-term storage test data of initiators

注：延期时间指标为（1±0.3）s。

3 寿命估计

对火工品长储试验所得的延期时间数据，进行趋势线分析，应用MATLAB中的最小二乘拟合以及分布语句编辑程序[7]，得到延期时间的回归模型和容忍区间，如图1所示。

图1 火工品延期时间趋势分析图

图1中：（1）1=0.009 5，置信区间为[0.002 0，0.016 9]，2=0.922 2，置信区间为[0.873 7，0.970 7]，说明火工品的延期时间随储存时间的延长而逐渐增大，且变化极为缓慢；（2）可决系数2=0.195 2，说明回归模型对于观测值的拟合程度较差，这是由于每一观测点的多个观测值之间的差异造成的；（3）显著性水平=0.014 5＜0.05，说明回归模型对于观测值没有发生显著性变化，可以用于寿命预测；（4）均方根误差=0.063 6，说明预测值与观测值之间的误差较小；（5）延期时间容忍上限与失效阈值上限=1.3的交点为（29.1，1.3）。综合以上分析，初步预估得到该火工品的可靠储存寿命为29.1a，这与在研制期间经过71℃法得到的可靠储存寿命19a有较大差异。

4 结论

针对某型火工品进行了为期8a的长储试验，所得延期时间的精度更高、更贴近实际，弥补了加速寿命试验所得性能参数精度较低的不足。利用趋势分析法，对长储试验数据进行了最小二乘回归分析，并利用非中心分布建立相应的容忍区间，结合性能指标的失效阈值，估计得到火工品的可靠储存寿命为29.1a，大于设计可靠储存寿命11a。本研究对即将到达设计储存年限火工品的寿命估计及延寿提供了依据，随着长储试验的继续进行，所得数据越多，可靠储存寿命的评估精度越高。

[1] 张详坡,尚建忠,陈循,等.三参数Weibull分布竞争失效场合加速寿命试验统计分析[J].兵工学报,2013,34(12): 1 603-1 610.

[2] S. Eriksen E. Stroesoee. An examination of deterioration of ammunition by storage[R]. AD-A055897,1978.

[3] Lien C. Yang, Diane M. Miller. Advanced applications of statistical methods in testing of energetic components and systems[R]. AAIA-2005-4039, 2005.

[4] 朱丽梅,姜永,黄雪,等. 概率论与数理统计[M]. 北京: 国防工业出版社,2014.

[5] 王岩,隋思涟.数理统计与MATLAB数据分析[M]. 北京: 清华大学出版社,2014.

[6] 中国电子技术标准化研究所. 可靠性试验用表[M]. 北京: 国防工业出版社,1987.

[7] 赵海滨. MATLAB应用大全[M]. 北京: 清华大学出版社,2012.

Storage Life Evaluation of Initiating Explosive Device Based on Trend Analysis

XUAN Zhao-long, WANG Yao-dong, LI Han-peng

（Ordnance Engineering College, Shijiazhuang, 050003）

Aimed at the reliable storage life of the initiating explosive device by accelerated life test is different from the actual one, and the precision is low, a natural environment long-storage test for a certain type of initiating explosive device was conducted. Least squares regression analysis was carried out on the key performance parameters. By using the non-central-distribution, the corresponding tolerance interval was established. Combining the failure threshold of the performance index, the reliable storage life estimation of the initiating explosive device was obtained. The results show that the life estimation obtained by this method is higher than that of accelerated life test. This method considered the actual situation during the storage, and has more accurate. This paper provides the basis for the extension of the initiating explosive device and their related ammunition products.

Initiating explosive device；Long storage test；Trend analysis；Storage life；Accelerated life test

1003-1480（2017）02-0012-03

TJ450.1

A

2017-01-06

宣兆龙（1976- ），男，副教授，从事弹药保障与安全技术研究。