基于失效模式解耦的O型圈压缩永久变形评价方法和系统与流程

本发明属于橡胶密封件性能，具体涉及一种基于失效模式解耦的o型圈压缩永久变形评价方法和系统。

背景技术：

1、o型橡胶密封圈广泛应用于汽车、工程机械、航空航天、核电装备等领域，压缩永久变形是评价其密封性能和使用寿命的核心指标之一。现有普遍采用标准试验方法，通过测量试样压缩恢复后的高度变化来计算压缩永久变形率。

2、然而，橡胶在热氧老化过程中，由于扩散限制氧化（diffusion-limitedoxidation，dlo）效应，氧气从表面向内部扩散的速率跟不上消耗速率，导致表层发生严重氧化硬化、芯部保持相对柔软的梯度结构。因此，宏观测得的高度变化实际上是表层氧化硬化与芯部本体蠕变两种失效模式共同作用的结果。而两种失效模式下，高度的恢复量可能相近，通过高度变化无法区分该数值主要源于表层硬化层的物理收缩，还是整体材料的化学降解。

3、表层氧化硬化下，芯部弹性尚存，密封圈可能仍具有密封能力；芯部本体蠕变时密封圈已整体失效，必须更换。现有技术无法对此进行区分，导致后续配方研发中数据偏差无法溯源，设备检修中过度维修或漏判风险并存。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种基于失效模式解耦的o型圈压缩永久变形评价方法，包括：

2、在o型橡胶圈压缩测试恢复后，获取所述o型橡胶圈的变形参数，所述变形参数包括截面残余宽高比、高度变形率和硬度梯度指数；

3、基于所述变形参数，采用预先构建的解耦模型，进行非线性关联运算，得到表层氧化硬化对所述o型橡胶圈永久变形的贡献程度，作为解耦因子；

4、所述基于所述解耦因子和所述高度变形率，依据预设的判定规则，确定所述o型橡胶圈的失效主导模式；所述失效主导模式包括表层氧化硬化主导型和芯部本体蠕变主导型；

5、基于所述截面残余宽高比、所述高度变形率和所述失效主导模式，得到所述o型橡胶圈的压缩永久变形评价结果。

6、优选的，所述截面残余宽高比的获取方式，包括：

7、将压缩处理恢复后的所述o型橡胶圈沿周向划分为多个圆弧片段，测量各圆弧片段截面的最大宽度和最小高度；所述截面由经过所述o型橡胶圈轴线的平面剖切得到；

8、计算各圆弧片段在分割方向截面的最大宽度和最小高度的比值，得到各圆弧片段的宽高比；

9、计算所有圆弧片段宽高比的均值，得到所述o型橡胶圈的截面残余宽高比。

10、优选的，所述硬度梯度指数的获取方式，包括：

11、对各圆弧片段，沿垂直于所述o型橡胶圈轴线且经过所述截面中心的平面方向进行剖切，得到多个具有扇环平整测试面的剖面样品；

12、在各剖面样品的扇环平整测试面上，沿所述扇环平整测试面的环边向截面中心线方向进行多点硬度测量，得到硬度值序列；所述截面中心线为各所述截面中心在所述扇环平整测试面上连成的圆形轨迹；

13、对所述硬度值序列中靠近所述环边的连续多个测量点的硬度值进行统计处理，得到表层硬度代表值；

14、对所述硬度值序列中靠近所述环形中心线的连续多个测量点的硬度值进行统计处理，得到芯部硬度代表值；

15、计算所述表层硬度代表值与所述芯部硬度代表值的比值，得到所述硬度梯度指数。

16、优选的，所述基于所述变形参数，采用预先构建的解耦模型，进行非线性关联运算，得到表层氧化硬化对所述o型橡胶圈永久变形的贡献程度，作为解耦因子，包括：

17、基于所述o型橡胶圈在压缩测试前的初始数据，采用解耦模型，对所述截面残余宽高比、所述高度变形率和所述硬度梯度指数分别进行归一化处理，得到宏观形状畸变率、归一化高度变形率和微观硬度梯度偏差率；

18、对所述宏观形状畸变率与所述归一化高度变形率的乘积，进行取自然对数运算，得到宏观约束项；

19、计算所述微观硬度梯度偏差率与所述宏观约束项的乘积，得到表层氧化硬化对所述o型橡胶圈永久变形的贡献程度，作为解耦因子；

20、所述宏观形状畸变率的计算过程满足如下公式：

21、；

22、式中，δr为宏观形状畸变率；为截面残余宽高比；r0为根据所述初始数据计算得到的截面初始宽高比。

23、优选的，所述解耦因子的计算过程满足如下公式：

24、d =δg×ln(1 +δr×c0_norm)；

25、式中，d为解耦因子，δg为微观硬度梯度偏差率，δr为宏观形状畸变率，ln(1 +δr×c0_norm)为宏观约束项，c0_norm为归一化高度变形率。

26、优选的，所述基于所述解耦因子和所述高度变形率，依据预设的判定规则，确定所述o型橡胶圈的失效主导模式，包括：

27、基于所述宏观形状畸变率，对预设的解耦因子基准阈值进行修正，得到动态解耦因子阈值；

28、基于预设的判定规则，当所述解耦因子不小于动态解耦因子阈值，且所述高度变形率不小于高度变形率阈值时，判定所述失效主导模式为表层氧化硬化主导型；

29、当所述解耦因子小于动态解耦因子阈值，且所述高度变形率不小于高度变形率阈值时，判定所述失效主导模式为芯部本体蠕变主导型。

30、优选的，所述动态解耦因子阈值的计算过程满足如下公式：

31、d_th= d_th0× (1 + γ × δr)；

32、式中，d_th为动态解耦因子阈值，d_th0为解耦因子基准阈值；γ为修正系数；δr为宏观形状畸变率。

33、优选的，所述基于所述截面残余宽高比、所述高度变形率和所述失效主导模式，得到所述o型橡胶圈的压缩永久变形评价结果，包括：

34、当所述失效主导模式为表层氧化硬化主导型时，基于所述截面残余宽高比的大小，评价所述o型橡胶圈的压缩永久变形；表层氧化硬化主导型下，截面残余宽高比越大，o型橡胶圈的压缩永久变形越显著；

35、当所述失效主导模式为芯部本体蠕变主导型时，基于所述高度变形率的大小，评价所述o型橡胶圈的压缩永久变形；芯部本体蠕变主导型下，高度变形率越大，o型橡胶圈的压缩永久变形越显著；

36、将所述压缩永久变形未超临界、或所述失效主导模式与对应的压缩永久变形程度的组合，作为所述o型橡胶圈的压缩永久变形评价结果。

37、优选的，所述压缩测试恢复包括：

38、将所述o型橡胶圈成品均匀裁切为多个尺寸一致的圆弧片段；

39、将各圆弧片段平行放置于两平行板之间，施加压缩力使各圆弧片段的整体高度被压缩至其原始高度的设定压缩率，并置于老化环境中进行老化处理；

40、老化结束后，保持压缩状态冷却，随后取出各所述圆弧片段并在室温下自由恢复。

41、基于同一发明构思，本发明还提供了一种基于失效模式解耦的o型橡胶圈压缩永久变形评价系统，包括：

42、数据获取模块，用于在o型橡胶圈压缩测试恢复后，获取所述o型橡胶圈的变形参数，所述变形参数包括截面残余宽高比、高度变形率和硬度梯度指数；

43、解耦模块，用于基于所述变形参数，采用预先构建的解耦模型，进行非线性关联运算，得到表层氧化硬化对所述o型橡胶圈永久变形的贡献程度，作为解耦因子；

44、主导确定模块，用于基于所述解耦因子和所述截面残余宽高比，依据预设的判定规则，确定所述o型橡胶圈的失效主导模式，所述失效主导模式包括表层氧化硬化主导型和芯部本体蠕变主导型；

45、评价模块，用于基于所述截面残余宽高比、所述高度变形率和所述失效主导模式，得到所述o型橡胶圈的压缩永久变形评价结果。

46、优选的，所述数据获取模块具体用于：

47、将压缩处理恢复后的所述o型橡胶圈沿周向划分为多个圆弧片段，测量各圆弧片段截面的最大宽度和最小高度；所述截面由经过所述o型橡胶圈轴线的平面剖切得到；

48、计算各圆弧片段在分割方向截面的最大宽度和最小高度的比值，得到各圆弧片段的宽高比；

49、计算所有圆弧片段宽高比的均值，得到所述o型橡胶圈的截面残余宽高比。

50、优选的，所述数据获取模块具体用于：

51、对各圆弧片段，沿垂直于所述o型橡胶圈轴线且经过所述截面中心的平面方向进行剖切，得到多个具有扇环平整测试面的剖面样品；

52、在各剖面样品的扇环平整测试面上，沿所述扇环平整测试面的环边向截面中心线方向进行多点硬度测量，得到硬度值序列；所述截面中心线为各所述截面中心在所述扇环平整测试面上连成的圆形轨迹；

53、对所述硬度值序列中靠近所述环边的连续多个测量点的硬度值进行统计处理，得到表层硬度代表值；

54、对所述硬度值序列中靠近所述环形中心线的连续多个测量点的硬度值进行统计处理，得到芯部硬度代表值；

55、计算所述表层硬度代表值与所述芯部硬度代表值的比值，得到所述硬度梯度指数。

56、优选的，所述解耦模块具体用于：

57、基于所述o型橡胶圈在压缩测试前的初始数据，采用解耦模型，对所述截面残余宽高比、所述高度变形率和所述硬度梯度指数分别进行归一化处理，得到宏观形状畸变率、归一化高度变形率和微观硬度梯度偏差率；

58、对所述宏观形状畸变率与所述归一化高度变形率的乘积，进行取自然对数运算，得到宏观约束项；

59、计算所述微观硬度梯度偏差率与所述宏观约束项的乘积，得到表层氧化硬化对所述o型橡胶圈永久变形的贡献程度，作为解耦因子；

60、所述宏观形状畸变率的计算过程满足如下公式：

61、；

62、式中，δr为宏观形状畸变率；为截面残余宽高比；r0为根据所述初始数据计算得到的截面初始宽高比。

63、优选的，所述解耦因子的计算过程满足如下公式：

64、d =δg×ln(1 +δr×c0_norm)；

65、式中，d为解耦因子，δg为微观硬度梯度偏差率，δr为宏观形状畸变率，ln(1 +δr×c0_norm)为宏观约束项，c0_norm为归一化高度变形率。

66、优选的，所述主导确定模块具体用于：

67、基于所述宏观形状畸变率，对预设的解耦因子基准阈值进行修正，得到动态解耦因子阈值；

68、基于预设的判定规则，当所述解耦因子不小于动态解耦因子阈值，且所述高度变形率不小于高度变形率阈值时，判定所述失效主导模式为表层氧化硬化主导型；

69、当所述解耦因子小于动态解耦因子阈值，且所述高度变形率不小于高度变形率阈值时，判定所述失效主导模式为芯部本体蠕变主导型。

70、优选的，所述动态解耦因子阈值的计算过程满足如下公式：

71、d_th= d_th0× (1 + γ × δr)；

72、式中，d_th为动态解耦因子阈值，d_th0为解耦因子基准阈值；γ为修正系数；δr为宏观形状畸变率。

73、优选的，所述评价模块具体用于：

74、当所述失效主导模式为表层氧化硬化主导型时，基于所述截面残余宽高比的大小，评价所述o型橡胶圈的压缩永久变形；表层氧化硬化主导型下，截面残余宽高比越大，o型橡胶圈的压缩永久变形越显著；

75、当所述失效主导模式为芯部本体蠕变主导型时，基于所述高度变形率的大小，评价所述o型橡胶圈的压缩永久变形；芯部本体蠕变主导型下，高度变形率越大，o型橡胶圈的压缩永久变形越显著；

76、将所述压缩永久变形未超临界、或所述失效主导模式与对应的压缩永久变形程度的组合，作为所述o型橡胶圈的压缩永久变形评价结果。

77、优选的，还包括，压缩测试恢复模块，用于：

78、将所述o型橡胶圈成品均匀裁切为多个尺寸一致的圆弧片段；

79、将各圆弧片段平行放置于两平行板之间，施加压缩力使各圆弧片段的整体高度被压缩至其原始高度的设定压缩率，并置于老化环境中进行老化处理；

80、老化结束后，保持压缩状态冷却，随后取出各所述圆弧片段并在室温下自由恢复。

81、基于同一发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；

82、存储器，用于存储一个或多个程序；

83、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如前所述的一种基于失效模式解耦的o型圈压缩永久变形评价方法。

84、基于同一发明构思，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如前所述的一种基于失效模式解耦的o型圈压缩永久变形评价方法。

85、与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

86、本发明提供了一种基于失效模式解耦的o型圈压缩永久变形评价方法和系统，该方法包括：在o型橡胶圈压缩测试恢复后，获取所述o型橡胶圈的变形参数，所述变形参数包括截面残余宽高比、高度变形率和硬度梯度指数；基于所述变形参数，采用预先构建的解耦模型，进行非线性关联运算，得到表层氧化硬化对所述o型橡胶圈永久变形的贡献程度，作为解耦因子；所述基于所述解耦因子和所述高度变形率，依据预设的判定规则，确定所述o型橡胶圈的失效主导模式；基于所述截面残余宽高比、所述高度变形率和所述失效主导模式，得到所述o型橡胶圈的压缩永久变形评价结果；该方法通过引入截面残余宽高比作为形状诊断因子，捕获了截面非均匀恢复特征，弥补了仅依赖单一高度测量的信息丢失缺陷；随后通过建立解耦模型，将宏观的截面残余宽高比、高度变形率与微观的硬度梯度指数进行非线性关联运算，实现了表层氧化硬化贡献与芯部本体蠕变贡献的定量区分，解决了标准方法无法区分失效模式的技术难题，使压缩永久变形的评价建立在多维度数据相互印证的基础上，显著提升了评价结果的可靠性。