prezentare teza licenta2

8/9/2019 prezentare teza licenta2

1/70

TTEZA DE DOCTORATEZA DE DOCTORAT

CERCETRI TEORETICECERCETRI TEORETICE SI EXPERIMENTALESI EXPERIMENTALEPRIVINDPRIVIND NCERCRILE NCERCRILE ACCELERATEACCELERATE DEDE

FIABILITATEFIABILITATE

Conductor tiinific: Prof. dr. ing. Ionel MARTINESCU

Universitatea Transilvania din BraovFacultatea de Inginerie Tehnologic

Catedra T.C.M.

Drd. ing. Sebastian Marian ZAHARIA


2/70

CUPRINS

STADIUL ACTUAL AL CERCETARILOR PRIVIND NCERCRILE DE FIABILITATE

STUDII TEORETICE PRIVIND NCERCRILE ACCELERATE DE FIABILITATE

MODELE DE ACCELERARE UTILIZATE PENTRU MODELAREA NCERCRILOR ACCELERATE

PROIECTAREA PLANURILOR DE NCERCARE ACCELERAT

CERCETRII EXPERIMENTALE PRIVIND NCERCRILE ACCELERATE DE

FIABILITATE. STUDII DE CAZ.

CONCLUZII GENERALE. CONTRIBUII PERSONALE. DEZVOLTRI VIITOARE IMODALITII DE VALORIFICARE A REZULTATELOR.

11

22

33

44

55

66

CERCETRI TEORETICE I EXPERIMENTALE PRIVIND NCERCRILE ACCELERATE DE FIABILITATE

77

OBIECTIVELE TEZEI DE DOCTORAT


3/70

CAPITOLUL 1. STADIUL ACTUAL AL CERCETARILORPRIVIND NCERCRILE DE FIABILITATE

Fiabilitate

Proiectat

Experimental

Operaional

Fiabilitatea unui produs determinat pebaza considerentelor privind cerinele defuncionare prin analogie cu alte produsesimilare sau prin calcule adecvate acestui

domeniu.

Fiabilitatea unui produs determinat pebaza experimental, n laboratoare, staiide ncercri sau standuri de prob, unde aufost create condiii asemntoare cu cele

din mediu ambiant.

Fiabilitatea unui produs determinat pebaza rezultatelor privind comportarea nexploatare pe o anumit perioad de timp,a unui numr determinat de elemente cu

caracteristici identice.



4/70


0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

Costurile relative ale

companiei pentru

remedierea defectelor

Planificare Concepereaprodusului

Fabricareadesignului

Producie ncercare Livrare

Stadiul unde defectul a fost descoperit

Din punct de vedere al eficienei economice modificrile asupra produsului ar trebui fcute nfaza de proiectare i nu n aceea de producie sau livrare. n companiile americane a fost realizato statistic pentru a se cunoate unde sunt descoperite mai multe defecte n timpul unui ciclu devia al unui produs, dar i costurile aferente remedierii acestor defecte.



5/70


PRINCIPALI INDICATORI DE FIABILITATE UTILIZATI IN DOMENIULINCERCARILOR DE FIABILITATE

Funcia de fiabilitate R(t)

Funcia de nonfiabilitate F(t)

Densitateade probabilitate atimpului de funcionare f(t)

Rata de defectare z(t)

Media timpului de funcionarem(t)

Dispersia timpului defuncionare (D)

Abaterea medie ptratic a

timpului de funcionare

0

( / ) ( ) 1 ( ) ( )( )

( ) ( ) 1 ( )lim

t

P t T t t T t dR t f t f t z t

t dt R t R t R t ( p

e ( "! ! ! !

(

dttfmtD !!g

)()(0

2W

0

( )( ) lim

t

t t tf t

t( p e (

!(

dttfmtD !g

)(

2

0

dttft

!!g

)()(0

2


R(t)=P(T>t)

F(t)=P(Tt)


6/70


PRINCIPALELE REPERTIII STATISTICE UTILIZATE IN DOMENIULINCERCARILOR DE FIABILITATE

Repartiia normalREPARTITIISTATISTICE

Repartiia lognormal

Repartiia Weibull Repartiia Exponenial



7/70

CULEGEREADATELOR

EXPERIMENTLE

VERIFICAREA

OMOGENITTII

STATISTICE AADATELOR

EXPERIMENTALE

REPREZENTARE

A GRAFICA A

DATELOR

EXPERIMETALE

ADOPTAREA

REPARTIIEI

TEORETICE

ESTIMAREA

INDICATORILOR

STATISTICI AI

REPARTIIEI

TEORETICE

VALIDAREA

REPARTIIEI

TEORETICE

1.1.4. ANALIZA STATISTIC A DATELOR EXPERIMENTALE

Exploatare,ncercri,Simulare

Verificareacaracterului

aleator

Normal,Lognormal,Exponenial,

Weibull

Metoda grafica

Metoda celor mai micipatrate

Metoda momentelorMetoda verosimilitii

maxime

Testul Kologorov Smirnov,Testul Cramer von Mises,

Testul 2



8/70

1.2. PRINCIPII DE BAZ PRIVIND NCERCRILE DE FIABILITATE


CERCETAREA PIEEI(organizarea unei echipe de specialiti n fiabilitate; analiza documentaiei de fiabilitate; planificarea i

specificaiile privind fiabilitatea)

DEZVOLTAREA PRODUSULUI(fiabilitatea previzional; studiul solicitrilor; analiza modurilor de defectare i a efectelor defectrilor;arborele de defectare; calificarea prototipului; ncercrile accelerate; ncercri de estimare a fiabilitii;

ncercri agravate; analiza capabilitii procesului)

A RI A IA PRODUSULUI(planuri i diagrame de control ale procesului; analiza capabilitii procesului; ncercri de eliminare a

defectelor latente sub aciunea solicitrilor; acceptarea eantionrii, ncercrile accelerate)

EXPLOATAREA PRODUSULUI(estimarea fiabilitii; dezvoltarea planului de garanie; detectarea defectelor n exploatare; analiza

informaiilor din perioada de garanie; analiza feedback-ului clienilor; implementarea procesului 6)

SCOATEREA DIN UZ A PRODUSULUI


9/70

1.2. PRINCIPII DE BAZ PRIVIND NCERCRILE DE FIABILITATE

Informaiile privind fiabilitatea se obin, n principal, prin urmrirea comportrii produselor

n exploatarea real. Pe lng acestea, informaii privind fiabilitatea se obin n decursulncercrilor, efectuate pe standuri sau n laboratoare adecvate.

Fr a include acest procedeu, care prezint o serie de avantaje, se impune i utilizareametodei ncercrilor, pentru care se cere s se asigure, pe ct posibil, condiiile din timpulexploatrii reale, att prin reproducerea gamei solicitrilor interne, ct i cele de mediu ambiant.

Informaii cu privire lafiabilitate

ncercri Modelareaexploatri

Din exploatare

Clasificarea informaiilor cu privire la fiabilitate



10/70


Dup procedura dencercare

Estimare a fiabilitii (RDT)Dezvoltare

Fabricaie

Agravate (HALT)

HASS

ESS

HASA

Dupobiectiv

Cu rol de diagnoz

Pentru controlul indicatorilor de fiabilitate

Pentru determinarea indicatorilor de fiabilitate

Pentru determinarea fiabiliti operaionale

Complete

Cenzurate

Trunchiate

Secveniale

n condiii reale

n condiii simultane

Fr nlocuire

Cu nlocuire

Fr nlocuire

Cu nlocuire

ncercri defiabilitate

Dup regimul de lucruNormale

Accelerate

Graduale

Dup volumul produselor

Dup natura produselor

Dup structuraproduselor

La nivelul lotului

La nivelul eantionului

Nereparabile

Reparabile

Pe elemente

La nivelul sistemului

Dup etapan care se afl produsul

De eliminare adefectelor latente

Clasificarea ncercrilor de fiabilitate


11/70

1.3. CONCLUZII ASUPRA STADIULUI ACTUAL PRIVINDINCERCARILE DE FIABILITATE

- fiabilitatea este o problem complex avnd n vedere caracterul probabilistic alcaracteristicilor de fiabilitate i faptul c determinarea lor presupune ncercri ndelungate defiabilitate;

- n situaiile n care urmrirea comportrii n exploatare nu se poate utiliza, fie datoritcaracterului de noutate al produsului, fie din nevoia obinerii unor informaii rapide asupraindicatorilor de fiabilitate se utilizeaz ncercrile de fiabilitate;

- organizarea i realizarea activitilor aferente efecturii ncercrilor de fiabilitate necesit odotare adecvat, personal specializat i timp ndelungat cu importante cheltuieli de energie,munc, materiale i produse testate;

- dei ncercrile de fiabilitate reprezint ntr-un program complex de fiabilitate componentacea mai scump, atunci cnd sunt bine proiectate i desfurate, ele determin efecteeconomice i de durat deloc de neglijat;

- este necesar stabilirea unei concordane ntre rezultatele i indicatori stabilii pe bazancercrilor i cei estimai pe baza informaiilor din exploatare;- ncercrile de fiabilitate se bazeaz pe calculul i analiza statistic a informaiilor numerice

acumulate asupra comportrii produselor n timpul testelor, astfel nct s se estimezenumeric indicatorii de fiabilitate;

- condiiile de funcionare i de mediu utilizate la ncercri trebuie pe ct posibil, s acopere

condiiile corespunztoare utilizrii efective n exploatare a produsului;



12/70

1.3. CONCLUZII ASUPRA STADIULUI ACTUAL PRIVINDINCERCARILE DE FIABILITATE

- n cazul cnd durata ndelungat a ncercrilor ridic nepermis de mult costul operaiunilor iatunci cnd nevoia obinerii rapide a informaiilor asupra unui produs este presant, seutilizeazncercrile accelerate de fiabilitate;

- testele agravate (HALT - Highly Accelerated Life Stress) au ca obiectiv principal identificareadefectelor din faza de concepie i dezvoltare ale produselor industriale utilizndu-se diferitesolicitri (temperatur, vibraii). Se realizeaz o analiz asupra defectelor identificate i apoi

se implementeaz aciunile corective corespunztoare. Utiliznd astfel de teste se obinproduse mai robuste i cu limite de funcionare ct mai extinse.- testele de confirmare a fiabilitii (RDT Reliability Demonstration Testing) i testele

accelerate (ALT Accelerated Life Testing) au ca scop principal determinarea indicatorilorde fiabilitate (funcia de fiabilitate, funcie de nonfiabilitate, rata de defectare, densitatea de

probabilitate, MTBF). Contrar ncercrilor agravate, nivelul solicitrii aplicat la ncercrile

accelerate este inferior limitelor distructive (tehnologice);- teste de eliminare a defectelor latente (teste de selecie) n francez se utilizeaz termenul,,deverminage, iar n englez termenul ,,screening. Exemple de astfel de teste: ESS(Environmental Stres Screening), HASS (Highly Accelerated Stress Screening), HASA(Highly Accelerated Stress Audit). Acestea sunt teste calitative, nedistructive, cu ajutorulcrora se descoper i elimin defectele latente care apar n faza de producie.



13/70


2. OBIECTIVELE TEZEI DE DOCTORATCa urmare a concluziilor rezultate din studiul efectuat asupra stadiului actual al cercetrilor

privind ncercrile de fiabilitate se desprinde obiectivul principal al lucrrii, i anume:Studiul teoretic i experimental al ncercrilor accelerate de fiabilitate, n vedereareducerii timpului de testare i a cheltuielilor materiale, extrapolnd rezultateledin regimul accelerat de testare n regimul normal de testare.

Realizarea obiectivului principal al lucrrii se va face prin urmtoarele subobiective: fundamentarea conceptual a modului de realizare a ncercrilor accelerate utilizate la testarea

produselor industriale; elaborarea modelelor statistice utilizate n ncercrile accelerate de fiabilitate; optimizarea procesului de testare a produselor industriale, prin utilizarea unor soft-urispecifice; implementarea ncercrilor accelerate de fiabilitate n ciclul de via al produselor industriale i

proiectarea planurilor de testare accelerat; verificarea elaboratelor teoretice, prin efectuarea unor ncercri accelerate de fiabilitate asupraunor produse industriale; determinarea indicatorilor de fiabilitate (funcia de fiabilitate, funcia de nonfiabilitate, rata dedefectare, densitatea de probabilitate etc.) n regim normal de testare a unor produse industriale,

pe baza datelor obinute n regim accelerat de testare; analiza comparativ a datelor provenite din ncercrile accelerate i a celor rezultate din

simularea solicitrii cu element finit a produselor care fac obiectul studiilor de caz.


14/70

CAPITOLUL 3. STUDII TEORETICE PRIVIND NCERCRILEACCELERATE DE FIABILITATE

CALITATIVE practicianul este interesat sidentifice defectele produselor frs determine durata de via

(funcionare) n condiii normale detestare. Analiza ulterioar adefectelor i implementareaaciunilor corective vor duce lambuntirea fiabilitii produselor

analizate

CANTITATIVE practicianul este interesat sdetermine durata de via a produselor supuse funcionrii n

condiii normale de testare, dar i aindicatorilor de fiabilitate (funciade fiabilitate, funcia denonfiabilitate, densitatea de probabilitate, rata de defectare,

B10)

NCERCRI ACCELERATE



15/70

3.1. ASPECTE TEORETICE PRIVINDNCERCRILE ACCELERATE CALITATIVE

f1(s)f2(r)

s,r

Solicitarenormal

Defecte

Rezisteniniial

mbtrnire

f1(s)f2(r)

s,r

Solicitarenormal

Defecte

Rezisteniniial

Cretereasolicitrii

SIMULARE

STIMULARE



16/70

3.2. PARTICULARTILE NCERCRILE ACCELERATE DE FIABILITATE


sn sa1 sa2 sa3

Densitatea deprobabilitate la nivelul 1

de solicitare accelerat





Durata defuncionare

Solicitare

Durata medie

de funcionarela regimnormal

de testare

Principiul ncercrilor accelerate

A

m1

m2

m3

ncercrile accelerate de fiabilitate se realizeaz prin solicitarea produselor testate la niveluride solicitare mai intense dect cele din condiiile normale de funcionare cu scopul de a scurtatimpul de ncercare i de a reduce cheltuielile materiale aferente acestor ncercri.


17/70


SOLICITARETemperatur

Umiditate

Curentulelectric

Putereadisipat

Solicitaremecanic

Solicitarechimic

Principalele tipuri de solicitri utilizate la ncercrile accelerate



18/70


Utilizarea i implementarea ncercrilor accelerate n etapele ciclului de via a produselor

industriale are urmtoarele avantaje: ofer premizele unor decizii i soluii constructive i tehnologice aplicabile nainte delansarea produsului de serie;

face posibil depistarea rapid a produselor cu fiabilitate sczut pentru c estimareaindicatorilor de fiabilitate se face ntr-un timp ct mai scurt;

reducerea timpului de testare a produselor de la 3-20 ori, rezultnd un timp ct mai scurtpentru introducerea pe pia a acestora; scderea costurilor de dezvoltare i respectiv a costurilor materiale; costurile privind perioada de garanie a produselor au o reducere semnificativ, datoritfaptului c aceste produse au o fiabilitate crescut, ca urmare a testrii lor la niveluri desolicitri intense;

rata de defectare se reduce prin testarea accelerat a produselor nc din fazele timpurii dedezvoltare a acestuia.

Un concept important n domeniul ncercrilor accelerate este reprezentat de factorul deaccelerare se poate scrie n funcie de durata de funcionare ca fiind raportul dintre duratade funcionare la nivelul de solicitare normal la un procent de defectare de 50% dinproduse i durata de funcionare la nivelul de solicitare accelerat corespunztoareprocentului de defectare de 50% din produse .



19/70


3.3. METODE DE ACCELERARE A SOLICITRILOR

METODE DE ACCELERARE

Suprasolicitare

Solicitare constant

Solicitare n trepte

Solicitare progresiv

Solicitare ciclic

Solicitare aleatoare

Schimbarea niveluluiunui factor de control

Creterea gradului deutilizare

Creterea vitezei

Reducerea timpului de repaus

Reducerea pragului dedefectare


20/70

3.3. METODE DE ACCELERARE A SOLICITRILOR

CERCETRI TEORETICE I EXPERIMENTALE PRIVIND NCERCRILE ACCELERATE DE FIABILITATESolicitareSolicitareSolicitare

Subeantion n

Subeantion 2

Subeantion 1

Timp

Solicitare

Solicitare constant

Sa1

Sa2

Sa3

Subeantion n

Subeantion 2

Subeantion 1

Solicitare n trepte

Solicitare

Timp

Subeantion 1Subeantion 2

Subeantion n

Solicitare

TimpSolicitare progresiv

Subeantion 1

Subeantion n

Solicitare

TimpSolicitare ciclic


21/70

CAPITOLUL 4. MODELE DE ACCELERARE UTLILIZATE LA MODELAREANCERCRILOR ACCELERATE


4.1. CLASIFICAREA MODELELOR DE ACCELERARE


22/70

Reprezentarea grafic a dependenei dintre durat de funcionare - solicitare

4.2. MODELELE STATISTICE UTILIZATE LANCERCARILE ACCELERATE



23/70

Nr.crt. DENUMIREMODEL RELAIE PARAMETRUACCELERAT

DOMENIU DE

UTILIZARE

1. ARRHENIUS TEMPERATURA

Difuzia intermetalic, Materiale

plastice, Reaciilechimice,Celulele bateriilor,

Filamente.

2. IPL (LEGEA

PUTERII

INVERSE)

NONTERMIC(TENSIUNE,

VIBRAII)

Componente mecanice dinindustria de maini i industria

aeronautic.

3. EYRING

TEMPERATURASAU

UMIDITATEA

Produse epoxidice

4.TEMPERATUR -

UMIDITATETEMPERATUR

I UMIDIATATEElectronic (condensatori,

conductori de aluminiu)

5.BAZOVSKI

TENSIUNE SAU

VIBRAIIITEMPERATUR

Solicitri mecanice unde

defectarea se produce n

prezena temperaturii

KTAE

AetR

!

nKVVL 1!

! VB

A

eV

VL1

Ub

VAeUVL

!J

,

V

B

neU

CUVL

!,


4.2. MODELELE STATISTICE UTILIZATE LA NCERCARILE ACCELERATE


24/70


4.2. MODELELE STATISTICE UTILIZATE LA NCERCARILE ACCELERATE

4.2.3. Modelul Legea Puterii Inverse - IPL (Inverse Power Law)

- este frecvent utilizat pentru ncercri accelerate la care solicitarea nu depinde de temperatur(non-termic); se aplic pentru descrierea proceselor de defectare la o gam variat de produsecum ar fi: componente electronice dar i componente mecanice (supuse la oboseal datoratsolicitrii mecanice);- relaia factorului de accelerare are relaia:

Modelul IPL - Weibull


25/70


5. PRIECTAREA PLANURILOR DE NCERCARE ACCELERAT

Estimarea duratei de funcionare implicextrapolarea de la niveluri mai intense alesolicitrii prin folosirea unui model deaccelerare i astfel include eroarea modeluluii incertitudinea statistic. Uneori, eroarea

modelului o depete pe cea statistic.Eroarea modelului poate fi redus saueliminat printr-o mai bun nelegere amecanismelor de defectare i prin folosireaunui model de accelerare mai adecvat, ntimp ce incertitudinea statistic poate fi

redus prin alegerea atent a unui planadecvat de ncercare.

a Planuri subiective

b Planuri standard

c Planuri standard cele

mai bune

d Planuri optime din

punct de vedere statistic

e Planurile de compromis


26/70

CAPITOLUL 6. CERCETRI EXPERIMENTALE PRIVINDNCERCARILE ACCELERATE DE FIABILITATE. STUDII DE CAZ.

Dac un produs industrial ne

cesit, d

e exemplu, 10

8

cicluri pe

ntru a provoca o def

ectar

elaoboseal n condiii normale de testare , cu ajutorul unei ncercri accelerate se poate obine

acelai rezultat n 105 cicluri.

Solicitrile aplicate n cadrul ncercrilor accelerate de fiabilitate produselor industriale sepot mpri n trei grupe principale.


Solicitarea mecanic: fenomenul de obosel este cel mai des ntlnit la

testele accelerate pentru componente mecanice. n acest categorie desolicitri sunt incluse i testele la oc i testele de vibraii (rulmeni,anvelope, tren de aterizare).

Solicitarea electric: aceasta include accelerarea urmtorilor parametrii(puterea electric, cmpul electric, curent electric).

Solicitarea ambiental: temperatura i solicitarea la ocuri termice suntcele mai des ntalnite. Umiditatea este un alt stimul ambiental, daraplicarea acesteia este una mai dificil i necesit un timp mai ndelungatde testare.


27/70


6.2. NECESITATEA IMPLEMENTRII NCERCRILOR ACCELERATE NTESTAREA COMPONENTELOR DIN STRUCTURA ELICOPTERULUI IAR 330 PUMA

n studiile de caz (pala anti-cuplu i platina supl) din cadrul acestei lucrri se va aplica o

solicitare mecanic ciclic. La solicitarea ciclic sunt utilizate cel mai frecvent componentele isistemele metalice, iar fenomenul degradator cel mai des ntlnit este oboseala.

n figura alturat este prezentat elicopterulIAR 330 Puma, pentru care au fost realizatencercri accelerate la diferite componente:

palele rotorului anti-cuplu i la epruveterealizate din materialul platinei suple.


28/70


6.2. NECESITATEA IMPLEMENTRII NCERCRILOR ACCELERATE NTESTAREA COMPONENTELOR DIN STRUCTURA ELICOPTERULUI IAR 330 PUMA

n continuare, se va face o descriere sumar a principalelor sisteme din structura elicopterului

IAR330 Puma .

Elicopterul IAR 330 Puma elemente componente


29/70

6.3. STUDIU DE CAZ NR. 1: NCERCAREA ACCELERAT A PALEI ROTORULUIANTI-CUPLU DIN STRUCTURA ELICOPTERULUI IAR 330 PUMA.

Rotorul anti-cuplu compenseaz cuplul detorsiune generat de rotorul principal i are rolulde control al elicopterului pe axa sa de giraie.

n structura rotorului anti cuplu intr 5 pale.

Datorit forelor aerodinamice periodice, de portan i de rezisten la naintare, palaexecut dou micri laterale: una n planulrotaiei numit i micare de baleiaj, iar a douan planul vertical numit i micare de btaie[POS 01].


6.3.1. STUDIU CONSTRUCTIV I FUNCIONAL AL PALEI ROTORULUI ANTI-CUPLU


30/70


6.3.3. DESCRIEREA STANDULUI EXPERIMENAL

Standul pentru testarea la oboseal a palelor rotorului anti-cuplu al elicopterului IAR330 trebuies permit solicitarea palei, la urmtorii parametrii: fora static de T=32000N;momentul de ncovoiere dinamic de btaie My= 200Nm;momentul de ncovoiere dinamic de baleiaj Mz= 1000Nm.Standul experimental pentru testarea la oboseal a palelor rotorului anti-cuplu se gsete nLaboratorul de ncercri de la S.C. IARS.A. Braov.


31/70

Cercetrile experimentale au fost direcionate cu precdere pe elaborarea unui model dencercare adecvat palei rotorului anti-cuplu din structura elicopterului IAR 330. Astfel, pentruncercarea palei se realizeaz o ferur la captul palei, pentru ca acesta s poat fi supus unormomente de ncovoiere (btaie i baleiaj).


6.3.4. PLANUL I CONDIIILE DE TESTARE ACCELERAT ALE PALEI

Forma constructiv a palei


32/70


6.3.4. PLANUL I CONDIIILE DE TESTARE ACCELERAT ALE PALEIPentru testele accelerate realizate n cadrul cercetrilor experimentale a fost creat un plan dencercare accelerat cu ajutorul softului ALTA 7. Pentru realizarea planului de ncercare

accelerat este necesar s se stabileasc urmtorii parametri:

SoftulALTA 7, conform raportului generat confer urmtoarele date de accelerare:

primul nivel de accelerare este 230Nm, la care se testeaz 10 pale; al doilea nivel de accelerare este 300Nm, la care se testeaz 5 ale.


33/70


6.3.5. ACHIZIIA DATELOR EXPERIMENTALE

1. Punte tensometric cu 6 canale, Hottinger MC 55.

2. Dinamometru prevzut cu traductoareelectrorezistive i conectat prin intermediul uneiinterfee analogice la un calculator care utilizeaz un

program de achiziie a valorii forei axiale din pal.3. Traductoare electrorezistive.4.Numrtor de cicluri.

n figura din dreapta se prezint o pal de elicopter la

care n zona gtului lonjeronului sunt montatetraductoare electrorezistive: 2 pentru micarea debaleiaj i 2 pentru micarea de btaie.


34/70


6.3.6. PRELUCRAREA STATISTIC A DATELOR EXPERIMENTALERezultatele obinute la testarea accelerat a palelor rotorului anti-cuplu din structura elicopteruluiIAR330 Puma pentru cele dou niveluri accelerate sunt indicate n tabelele de mai jos.

Numrul de cicluri pn la defectare corespunztormomentului de ncovoiere (230 Nm)Nr. de ordine al

paleiNr. de cicluri

pn la defectareMomentul de ncovoiere (micarea de btaie)

[Nm]1 387234 2302 456723 2303 461703 2304 475053 230

5 560819 2306 623120 2307 632150 2308 651579 2309 670308 230

10 732109 230

Nr. de ordineal palei

Nr. de cicluripn la defectare

Momentul de ncovoiere (micarea de btaie)[Nm]

1 89672 3002 98098 3003 109458 3004 113250 300

5 123678 300

Numrul de cicluri pn la defectare corespunztormomentului de ncovoiere (300 Nm)Numrul de cicluri pn la defectare corespunztormomentului de ncovoiere (300 Nm)


35/70


6.3.6. PRELUCRAREA STATISTIC A DATELOR EXPERIMENTALE

Pentru datele rezultate din testarea accelerat a palelor se alege repartiia Weibull i ModelulInverse Power Law deoarece sunt cele mai adecvate calculului la oboseal a componentelormecanice.

Se calculeaz cei trei parametrii corespunztori modelului IPL Weibull prin metoda de estimarea verosimilitii maxime pentru datele din regimul accelerat introduse n softul ALTA 7. Rezulturmtoarele valori ale parametrilor: =7.084; k=8.814E-22; n=6.464.


36/70

Factorul de accelerare se calculeaz cu relaia corespunztoare modelului IPL Weibull. Acestase determin pentru fiecare nivel de accelerare a momentului de ncovoiere. Nivelurile accelerate

sunt:Va1=230Nm, Va2=300Nm, iar nivelul normal de testare este Vu=200Nm.



Nr. deordine al

palei

Numrul de cicluri pn ladefectare n regim accelerat de

testare

Factorulde

accelerare

Numrul de cicluri pn ladefectare n regim normal de

testare1 387234

2.467

955667

2 456723 11271613 461703 11394524 475053 11723995 560819 13840636 623120 1537818

7 632150 15601038 651579 16080539 670308 1654275

10 732109 180679511 89672

13.746

123270712 98098 1348537

13 109458 1504702


37/70



Nr. de cicluri pn ladefectare n regimnormal de testare

FiabilitateR(t)

NonfiabilitateF(t)

Densitatea deprobabilitate

f(t)10-6

Rata dedefectare(t)10-6

955667 0.963 0.037 0.267 0.2771127161 0.886 0.114 0.672 0.758

1139452 0.878 0.122 0.711 0.8101172399 0.853 0.147 0.821 0.9631232707 0.797 0.203 1.041 1.3071348537 0.651 0.349 1.469 2.2581384063 0.596 0.404 1.577 2.6451504702 0.393 0.607 1.728 4.398

1537818 0.336 0.664 1.688 5.0211556830 0.304 0.696 1.647 5.4101560103 0.299 0.701 1.639 5.4801608053 0.224 0.776 1.476 6.5881654275 0.161 0.839 1.258 7.8281700182 0.109 0.891 1.005 9.2471806795 0.033 0.967 0.440 13.388

Dependena dintre numrul de cicluri indicatorii de fiabilitate(fiabilitate nonfiabilitate densitate de probabilitate - rata de defectare)


38/70



Funcia de fiabilitate


39/70



Funcia de nonfiabilitate


40/70



Densitatea de probabilitate


41/70



Rata de defectare


42/70



Factorul de accelerare este raportul dintre durata de funcionare n regim normal de testare idurata de funcionare n regim accelerat de testare.

Momentul dencovoiere

[Nm]

Factorul deaccelerare

200 1

210 1.370220 1.851230 2.467240 3.249250 4.230260 5.451270 6.957280 8.800290 11.041300 13.746


43/70




44/70



Numrul mediu de cicluri pn la defectare n regim normal de testare se determin cu ajutorul

relaiei mediei (Indicatori de fiabilitate pentru modelul

IPLWeibull) i este 1422021. Cumulndnumrul de cicluri pn la defectare din ncercrile accelerate acesta este de 6184954 cicluri.

Cumulnd numrul de cicluri pn la defectare n regim normal de testare, acesta este de21288744. Principalul scop al ncercrilor accelerate realizate asupra palelor din structuraelicopterului IAR 330 Puma, acela de a reduce numrul de cicluri pn la defectare utilizndncercrile accelerate, a fost confirmat.

Utiliznd ncercrile accelerate asupra palelor elicopteruluiIAR 330 Puma a fost redus numrul de cicluri pn ladefectare de 3,45 ori, acest rezultat atrage dup el ireduceri majore ale cheltuielilor materiale.


45/70

Constructorii francezi de elicoptere au introdus sistemele de atenuare a vibraiilor de tip platinsupl. Ea face parte din categoria pieselor vitale i are rolul de atenuare a vibraiilor verticale

produse de palele rotorului principal.

6. . I . : I I I I I I

I I I


6.4.1. STUDIU CONSTRUCTIV I FUNCIONAL AL PLATINEI SUPLE

Platina supl


46/70

6.4.2. STRUCTURA STANDULUI EXPERIMENTAL


Datorit configuraiei sale, platina supl nu se poate ncerca la solicitarea de oboseal. De aceea,ncercri se fac pe epruvete, avnd forme i dimensiuni impuse, executate din acelai material cu

platina supl. Testarea epruvetelor din materialul platinei suple, const n solicitarea repetat la ofor de ncovoiere, pe un stand de testare care include: dispozitiv de fixare a epruvetei;dispozitivul de tensionare a epruvetei; instalaia energetic; in stalaia de comand; instalaia

electronic. Standul experimental de testare a epruvetelor la oboseal este prezentat n figura demai jos.

Standul experimental de testare a epruvetelor la oboseal


47/70


6.4.3. PLANUL I CONDIIILE DE TESTARE ACCELERAT A EPRUVETELOR

Cercetrile experimentale s-au efectuat pe epruvete realizate din materialul platinei suple, maiexact din poriuni decupate care rezult din prelucrarea tehnologic. Pe epruvetele din titan suntmontate i conectate n semipunte 2 traductoare electrorezistive utilizate pentru msurareadeformaiilor specifice. Amplasarea acestor traductoare electrorezistive este descris n figura demai jos.

Modelul constructiv pentru testarea accelerat


48/70


6.4.3. PLANUL I CONDIIILE DE TESTARE ACCELERAT A EPRUVETELOR


49/70


6.4.3. PLANUL I CONDIIILE DE TESTARE ACCELERAT A EPRUVETELORParametrii de testare rezultai n urma proiectrii planului de testare accelerat, pentru epruvetelerealizate din materialul platinei suple sunt urmtorii:

3 niveluri de testare accelerat: 60 daN, 64 daN, 70 daN; numrul de epruvete testate corespunztor nivelurilor de accelerare: 9, 5 i 6 epruvete;Sistemul de achiziie a datelor este compus din: punte tensometric Hottinger cu 6 canale;traductoare electrorezistive Hottinger LC11; aparat care afieaz frecvena solicitrilor;numrtor de cicluri.


Rezultatele obinute la testarea accelerat asupra epruvetelor realizate din materialul platineisuple pentru cele 3 niveluri de solicitare accelerat sunt urmtoarele:

Numrul de cicluri pn la defectare corespunztor forei de ncovoiere de 60 daNNr. de ordine al

epruveteiNr. de cicluri pn

la defectareFor de ncovoiere

[daN]

1 141453 60

2 157243 603 169634 604 182723 605 201634 606 206256 607 219634 608 231238 609 247234 60



50/70



Numrul de cicluri pn la defectare corespunztor forei de ncovoiere de 64 daN

Nr. de ordineal epruvetei Nr. de cicluri pn la defectare For de ncovoiere[daN]1 112787 642 119462 643 123300 644 139498 645 152087 64

Numrul de cicluri pn la defectare corespunztor forei de ncovoiere de 70 daN

Nr. de ordineal epruvetei

Nr. de cicluri pnla defectare

For de ncovoiere[daN]

1 50231 702 56922 703 67037 704 73008 705 78025 706 85341 70



51/70


6.4.5. PRELUCRAREA STATISTIC A DATELOR EXPERIMENTALESe calculeaz cei trei parametrii corespunztorii modelului IPL - Weibull prin metoda de estimarea verosimilitii maxime pentru datele din regim accelerat introduse n softul ALTA 7. Rezult

urmtoarele valori ale parametrilor: =7.283; k=4.04267E-18; n=6.788.Determinarea numrului de cicluri pn la defectare n regim normal de testareNr. de ordine al

epruveteiNumrul de cicluri pn la defectare n

regim accelerat de testare Factorul de accelerareNumrul de cicluri pn la defectare n

regim normal de testare

1 1414533.447

4877112 157243 5421533 169634 584875

4 182723 6300055 201634 6952076 206256 7111437 219634 7572698 231238 7972789 247234 852430

10 1127875.343

38887411 119462 41188912 123300 65886613 139498 74542114 152087 81269215 50231

9.818268414

16 56922 30416817 67037 65820018 73008 71682619 78025 76608520 85341 837917



52/70


6.4.5. PRELUCRAREA STATISTIC A DATELOR EXPERIMENTALEDependena dintre numrul de cicluri pn la defectare indicatorii de fiabilitate

(fiabilitate - nonfiabilitate - densitatea de probabilitate - rata de defectare)

Nr. de cicluri pn la defectaren regim normal de testare FiabilitateR(t) NonfiabilitateF(t) Densitatea deprobabilitatef(t)10-6

Rata de defectare(t)10-6

268414 0.999 0.001 0.020 0.020304168 0.998 0.002 0.044 0.044388874 0.989 0.011 0.202 0.204411889 0.984 0.016 0.288 0.293487711 0.945 0.055 0.801 0.847542153 0.885 0.115 1.457 1.648584875 0.808 0.192 2.144 2.654630005 0.693 0.307 2.935 4.233658200 0.604 0.396 3.368 5.573658866 0.602 0.398 3.377 5.609695207 0.472 0.528 3.712 7.859711143 0.413 0.587 3.741 9.062716826 0.392 0.608 3.730 9.527745421 0.287 0.713 3.501 12.181757269 0.247 0.753 3.322 13.450766085 0.218 0.782 3.159 14.465797278 0.131 0.869 2.430 18.587812692 0.096 0.904 2.021 20.964837917 0.054 0.946 1.367 25.403852430 0.036 0.964 1.031 28.297



53/70



Dependena dintre numrul de cicluri pn la defectare fiabilitate

Funcia de fiabilitate



54/70



Dependena dintre numrul de cicluri pn la defectare nonfiabilitate

Funcia de nonfiabilitate



55/70



Dependena dintre numrul de cicluri pn la defectare densitatea de probabilitate

Densitatea de probabilitate



56/70



Dependena dintre numrul de cicluri pn la defectare rata de defectare

Rata de defectare



57/70



Dependena dintre numrul de cicluri pn la defectare factorul de accelerare

Fora de ncovoiere[daN]

Factorul deaccelerare

50 1

52 1.305

54 1.686

56 2.158

58 2.739

60 3.447

62 4.307

64 5.343

66 6.58568 8.064

70 9.818

Dependena dintre factorul de accelerare i solicitare



58/70



ReliaSoft ALTA 7 - www.ReliaSoft.com

Life vs Stress

Beta=7.283289; K=4.042676E-18; n=6.788865

Forta de incovoiere

Nr.

de

cicluripn

la

defecta

re

40 8025000

1000000

100000

Life

Data 1Inverse Power LawWeibull50F=20 | S=0

Eta LineMean Life Line10%90%

60Stress Level PointsEta PointImposed Pdf

64Stress Level Points

Eta PointImposed Pdf70

Stress Level PointsEta PointImposed Pdf

sebastian zahariaUniversitatea Transilvania Brasov

50 60 64 70

Nr. de cicluri pn la defectare

n regim normal de testare a epruvetelor

realizate din platina supla este 677882



59/70



Cumulnd numrul de cicluri pn la defectare rezultat din ncercrile accelerate acesta este de

2814747. Numrul total de cicluri pn la defectare din regimul normal este 12627432.Principalul scop al ncercrilor accelerate realizate asupra epruvetelor realizate din materialulplatinei suple din structura elicopterului IAR 330 Puma, acela de a reduce numrul de cicluripn la defectare utiliznd ncercrile accelerate, a fost validat.

Utiliznd ncercrile accelerate la epruvetele din titanrealizate din materialul platinei suple din structuraelicopterului IAR 330 Puma, a fost redus numrul de cicluripn la defectare de 4,5 ori, acest rezultat atrage dup el ireduceri majore ale cheltuielilor materiale.



60/70

Modelul cu elemente finite

6.4.6. ANALIZA CU ELEMENTE FINITE A EPRUVETEI


Modelul cu elemente finite este realizat n softul Ansys 9. Au fost utilizate aproximativ 37000elemente hexahedron SOLID 45. Pentru realizarea discretizrii s-a utilizat metoda extrudrii i

anume s-a discretizat seciunea piesei cu elemente plane patrulatere. Acestea au fost extrudateobinnd astfel elementele hexahedron. ncrcarea a fost simulat prin aplicarea pe captul liber aunei deplasri transversale de 3mm (primul nivel de accelerare 60 daN).



61/70

Detaliu la distribuia tensiunilor echivalente





62/70

Deformaiile specifice, x (seciunea unde

se monteaz mrcile tensometrice)

Distribuia tensiunilor normale, x(seciunea unde se monteaz

mrcile tensometrice)



Deformaiilespecifice



63/70


Calculul deformaiilor specifice i a tensiunilor normale pentru seciunea s2 dup raza de racordare(l2=97 mm).

Ws2=Fl2/Wz;Ws2=(360; 432; 460; 504) MPa

Iteoretic=W/E;Iteoretic=(3.274; 3.929; 4.190; 4.583) 10-3

Calculul deformaiilor specifice i a tensiunilor normale pentru seciunea s1 unde sunt amplasatemrcile tensometrice (l1=37 mm).

Ws1=Fl1/Wz;Ws1=(137; 164; 175; 192) MPa

Iteoretic=W/E;Iteoretic=(1.249; 1.498; 1.598; 1.748) 10-3

Modificnd din excentric valoarea deplasrii (f) s-a realizat calculul forei de ncovoiere pentruregimul normal la care este testat epruveta 2,5 mm i pentru cele 3 regimuri accelerate utiliznd

deplasrile: 3 mm, 3.2 mm i 3.5 mm; l = 100 mm; E =110000 MPa; b=9 mm; h=10 mm.

Iz= 6.07510-10 m4 ; Wz=135 mm3 F= 3EIzf/l3 F=(50; 60; 64; 70) daN



64/70


Deplasare impus (3mm)

Ws1 [MPa] Ws2 [MPa] I10-3

Teoretic 164 432 1.498

Element finit 157.5 424 1.500

Experimental - - 1.499

Utiliznd datele rezultate din analiza cu element finit s-a realizat un studiu comparativ ntre

tensiunile i deformaiile specifice rezultate din softul Ansys (prezentate n figurile de mai sus) itensiunile i deformaiile specifice calculate cu relaiile de la ncovoiere i deformaiile specificerezultate din msurtorile experimentale.

Studiu comparativ al tensiunilor normale i deformaiilorspecifice



65/70

CAPITOLUL 7. CONCLUZII GENERALE, CONTRIBUIIPERSONALE, DEZVOLTRI VIITOARE I MODALITII DE

VALORIFICARE A REZULTATELOR

7. . CONTRIBUII PERSONALEPrezenta tez de doctorat se nscrie pe linia preocuprilor ntreprinse pe plan naional i mondial

n vederea mbuntirii managementului fiabilitii experimentale cu precdere n cel alncercrilor accelerate de fiabilitate.

n raport cu obiectivele propuse, rezultatele cercetrilor teoretice i experimentale obinute pe

parcursul elaborrii tezei de doctorat, permit evidenierea urmtoarelor contribuii personale:s-a realizat o analiz critic a stadiului actual al cercetrilor, lund n considerare principalelerealizri pe plan naional i internaional. Aceasta se refer la clasificarea ncercrilor de fiabilitate,avnd ca baz de referin cele mai moderne metode de testare (HALT, HASS, ESS, RDT, HASA).De asemenea, au fost evideniai principalii indicatorii de fiabilitate, legile de repartiie ale acestorai metode de estimare a indicatorilor de fiabilitate utilizate la ncercrile de fiabilitate n regimnormal i accelerat;

s-a stabilit modul de realizare a ncercrilor accelerate de fiabilitate utilizate la testarea produselorindustriale, evideniindu-se aspectele cu privire la natura solicitrilor, modurile de aplicare iefectele acestora;s-au studiat i dezvoltat modele statistice aferente ncercrilor accelerate de fiabilitate, dintre care

se pot evidenia urmtoarele: Modelul Arrhenius, Modelul Eyring, Modelul Legea Puterii Inverse(IPL), Modelul Temperatura Umiditate (T-H);



66/70

7.2. CONTRIBUII PERSONALEs-a optimizat procesul de testare al produselor industriale, prin utilizarea unor soft-uri specifice

ncercrilor accelerate cantitative;s-a realizat un studiu teoretic cu privire la solicitrile i la modurile de defectare ale produselor

care fac obiectul studiilor de caz propuse: palele rotorului anti-cuplu i epruvetele realizate dinmaterialul platinei suple, componente aparinnd elicopterului IAR 330 Puma, n vedereadeterminrii duratei de funcionare i a indicatorilor de fiabilitate n regim normal de testare; pe baza studierii modelelor de ncercare accelerat, s-au adoptat modelele de accelerarecorespunztoare cercetrilor experimentale aferente celor dou studii de caz propuse;

s-a realizat proiectarea i optimizarea planurilor de ncercare, utiliznd soft-uri specificencercrilor accelerate cantitative, pentru cele dou studii de caz. Au fost determinate, astfel,nivelurile de accelerare i numrul de elemente testate corespunztoare fiecrui nivel de solicitareaccelerat;s-a realizat achiziia datelor experimentale, utiliznd dinamometre cu traductoarele electrorezistive

(TER), puni tensometrice i numrtoare de cicluri, instalate pe standuri de testare din cadrul

companiei S.C.IAR

S.A. Braov, pentru solicitarea palelor rotorului anti-cuplu i a epruvetelorrealizate din materialul platinei suple;s-a realizat prelucrarea statistic a datelor experimentale pentru fiecare nivel de solicitare accelerat

la ambele studii de caz;s-au determinat indicatorii de fiabilitate (funcia de fiabilitate, funcia de nonfiabilitate, rata de

defectare, densitatea de probabilitate, abaterea standard etc.) pe baza datelor experimentale, pentruregimurile normale de testare ale celor dou studii de caz;



67/70

7.2. CONTRIBUII PERSONALE

s-a determinat i interpretat dependena dintre factorul de accelerare i solicitrile aplicate

pentru pala rotorului i pentru epruvetele realizate din materialul platinei suple;s-a validat obiectivul principal al tezei de doctorat privind reducerea timpului detestare n regim accelerat, dup cum urmeaz:

- pentru pala rotorului anti-cuplu a elicopterului IAR330 Puma a rezultat o micorarede 3,45 ori a duratei de testare;

- pentru epruvetele realizate din materialul platinei suple a elicopterului IAR330 Puma

reducerea a fost de 4,5;s-a realizat o expertiz tehnic cu privire la defectarea unei pale testate n regim accelerat;s-a realizat o analiz comparativ a datelor provenite din ncercrile accelerate pentru

epruvetele realizate din materialul platinei suple i a celor obinute din simularea cu elementfinit, rezultnd valori foarte apropiate, care confirm, i pe aceast cale, oportunitateautilizrii ncercrilor accelerate;

s-au implementat rezultatele ncercrilor accelerate de fiabilitate, obinute n urma celor doustudii de caz, sub forma unui contact de cercetare tiinific de tip TD.



68/70

Pe parcursul dezvoltrii cercetrilor teoretice i experimentale aferente tezei de doctorat au fost identificateurmtoarele direcii viitoare de cercetare:

extinderea cercetrilor privind ncercrile accelerate la produse care necesit timpi ndelungai detestare;

dezvoltarea i implementarea unor noi tipuri de solicitri, utiliznd modul de testare accelerat cumodificarea parametrilor n trepte;

analizarea informaiilor accelerate rezultate din ncercri de tip cenzurat, trunchiat sau prin interval; dezvoltarea unor centre pilot deintore de proceduri de ncercri accelerate, aplicabile diferitelor

categorii de produse industriale.

7.3. DIRECII VIITOARE DE CERCETARE

Rezultatele cercetrilor realizate pe parcursul ntregii pregtiri doctorale s-au materializat astfel: Lucrri tiinifice publicate n reviste i conferine: 19 lucrri tiinifice de tip articol. Toate acestelucrri sunt n domeniul tezei de doctorat, dintre care 17 sunt ca prim autor, dup cum urmeaz:

- 1 articol ISI, publicat la conferina internaional DAAAM 2008: [ZAH 08a].- 10 articole n volumele unor conferine internaionale din strintate: [BUI 07a, BUI 07b, ZAH

07a, ZAH 07b, ZAH 08b, ZAH 08c, ZAH 08d, ZAH 08h, ZAH 09e, ZAH 09f].

- 4 articole n volumele unor conferine internaionale din ar: [ZAH 08f, ZAH 08g, ZAH 09c,ZAH 09d].

- 1 articol n revista internaional PollackPeriodica [ZAH 09g].- 3 articole n reviste naionale din ar cotate CNCSIS B i D [ZAH 08e, ZAH 09a, ZAH 09b].

Contracte de cercetare tiinific: rezultatele cercetrilor teoretice i experimentale aferente tezei dedoctorat au fost valorificate prin finalizarea unui contract de cercetare, tip TD:

Zaharia, S. M., Cercetri teoretice i experi mentale pri vind ncercrile de fiabilitate, Nr.

Contract:142/01.10.2007, CodCNCSIS TD_189, Valoare: 33142 lei, Perioada 01.10.2007 30.06.2009.

7.4. VALORIFICAREA REZULTATELOR CERCETRILOR



69/70

BIBLIOGRAFIE SELECTIV[BOG 02] BOGDANOVICIUS V., NIKULIU M., Accelerated Life Models, Modelling and Statistical Analysis,

Chapman & Hall, New York, 2002

[GRA 96] GRANT, W., .a., Handbook of Reliability Engineering and Management, McGraw- Hill, Sydney, 1996.

[MCL 09] MCLEAN, H., HALT, HASS, and HASA Explained: Accelerated Reliability Techniques, RevisedEdition, ASQ Quality Press, 2009.

[NEL04] NELSON, W., Accelerated Testing: Statistical Models, Test Plans, and Data Analysis, Wiley, 2004.

[REL 07] Reliasoft Accelerated Life Testing Reference [Online book], 2007, disponibil la adresa: http:/ www.Weibull.com/ acceltestwebcontents htm.

[YAN 07] YANG, G., Life Cycle Reliability Engineering, John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, 2007.

[ZAH 08a] ZAHARIA S.M., MARTINESCU I., Optimizing the life cycle of aerospace products using acceleratedlife testing, Annals of DAAAM for 2008, pp.1539-1541, ISSN 1726 9679, ISBN 978-3-901509-68-1Trnava, 22-25 Octombrie, Slovakia, 2008 (ISI Web of Knowledge).

[ZAH 08e] ZAHARIA S.M., MARTINESCU I., Reducing the test time using the accelerated reliability testing, The

2nd International Conference on Computing and Solution in Manufacturing Engineering Cosme08,Univesitatea Transilvania Braov, publicat in Academic Journal of Manufacturing Engineering (AJME),Supliment Vol 2, pp. 227 233, ISSN 1583-7904, Romania, 2008.

[ZAH 08f] ZAHARIA S.M., MARTINESCU I., Researches regarding the testing methods in aviation, The 2ndInternational Conference Advanced Composite Materials Engineering COMAT 2008, UnivesitateaTransilvania Braov, Vol. 1B, pp. 376 381, ISSN 1844-9336, Romania, 2008.

[ZAH 09g] ZAHARIA S.M., MARTINESCU I., Theoretical and experimental researches using accelerated life

testing in aerospace industry, An International Journal for Engineering and Information Sciences -Pollack Periodica, Hungary, ISSN: 1788-1994 (Print), Volume 4, Nr.2/August, pag. 117-122, 2009.


70/70

prezentare teza licenta2

Documents

Transcript of prezentare teza licenta2