温度试验失效机理及寿命计算的研究

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1、温度试验的失效机理与寿命试验高低温试验高低温试验主要验证产品在极值温度条件下是否发生变形或功能影响，是否可以正常运作。1高低温试验的失效模式l高温条件下试件的失效模式产品所使用零件、材料在高温时可能发生软化、效能降低、特性改变、潜在破坏、氧化等现象。高温环境对产品的主要影响有：a.填充物和密封条软化或融化；b.润滑剂粘度降低，挥发加快，润滑作用减小；c.电子电路稳定性下降，绝缘损坏；d.加速高分子材料和绝缘材料老化，包括氧化、开裂、化学反应等；e.材料膨胀造成机械应力增大或磨损增大。l低温条件下试件的失效模式产品所使用零件、材料在低温时可能发生

2、龟裂、脆化、可动部卡死、特性改变等现象。低温环境对产品的主要影响有：a.使材料发硬变脆；b.润滑剂粘度增加，流动能力降低，润滑作用减小；c.电子元器件性能发生变化；d.水冷凝结冰；e.密封件失效；f.材料收缩造成机械结构变化。l产品的失效模式试验方法模拟的实际使用情况失效机理产品可能失效模式高温存放（不带载）夏季高温环境，其他部件工作所产生的高温环境。由于较高的气温或其他邻近部件工作所产生的高温使产品表面发生变形，熔化，位移，装配位置改变，腐蚀速度加快等ZSK浇注环氧树脂流动高温工作（带载）（包括TEE，EKP热油试验，热启动等）由于自身工作发

3、热所产生的高温环境由于较高的环境温度加上自身工作发热使产品长期工作后在局部产生极端高温，使产品由内部开始发生的变形，熔化，位移，装配位置改变，腐蚀速度加快等，介质高温状态变化影响性能EKP长期运转后烧蚀ZSK长期工作后局部短路EKP在热油中流量下降EKP在热油中启动时间增加低温存放冬季低温环境由于低温使产品材料变脆，使产品表面发生开裂，韧性下降等低温工作（带载）（包括TEE，EKP冷启动等）冬季低温环境KSZ低温泄漏5由于低温使产品材料变脆，零件工作时内部发热膨胀，使产品表面发生开裂，密封圈失效等2高低温试验的试验参数确定l试验温度的确定试件在

4、实际使用过程中的环境温度最大值定为试验的高温温度，实际使用过程中的最小值定为试验的低温温度。l从常温到试验温度变化速率的确定在恒定高温或低温试验中温度由室温变化到试验指定温度时，温度变化速率应不超过1℃/min，这样可以保证试件不受到由于温度快速变化而产生的影响。l试验持续的时间的确定在化学中一条常用的规律是在高温下反应的速度要快一些。这一规律被应用到技术中，以便进行加速试验，这也被称为阿仑尼斯方程。阿仑尼斯关系从数学上的表示为：式中数值：AF=加速度系数Ea=激活能K=玻尔兹曼常数(8.65×10-5ev/K)T实际=在实际负荷下的温度(绝对

5、温度)T试验室=在试验室负荷下的温度(绝对温度)为确定加速度系数激活能必须是已知的，对于一般的电子元件经常采用的值是：Ea=0.44Ev产品低温或高温试验的持续时间应该在试验样品达到温度稳定后再开始计算。t=t稳定+toto由上述计算产生，一般情况下，汽车零部件产品的温度试验继续时间都是依据汽车的使用寿命计算确定的。如规定汽车的使用寿命为100000公里，实际工作时间为2500h。这样就可以根据阿仑尼斯方程来确定高温下的加速试验所需的时间。这样的寿命加速试验适用于由于温度造成产品腐蚀或影响化学反应速度造成产品失效的情况。计算实例：油泵支架总成高

6、温浸泡试验持续时间计算：按上述公式取T实际=20T试验室=70计算可得AF=12.5626如果设计寿命为2500小时，则在70℃条件下进行199小时（2500／12.5626）试验可以模拟实际10年的使用寿命。5即进行220次温度冲击试验可以模拟实际10年的使用寿命。t稳定试验样品在某一环境温度下达到温度稳定所需要的时间用以下方法确定：试验样品在某一环境温度中的温度变化大致符合指数规律，试件样品的温度变化值其中：ΔTW－试件达到稳定温度时的温度变化值，单位℃t－试验时间，单位s试验样品在某一环境温度下达到温度稳定的时间约为热时间常数τ的3～5倍

7、，一般取4倍。t稳定=4τ如果ΔTW为试件达到稳定温度时的温度变化值，时间与试件样品的温度变化值的关系如下表：时间τ2τ3τ4τ5τ试件温度变化值0.632ΔTW0.865ΔTW0.950ΔTW0.982ΔTW0.993ΔTW热时间常数其中：G－质量，单位gC－比热，单位J/(g·℃)S－散热面积，单位cm2λ—散热系数，单位W/(cm2·℃)对于形状比较复杂由多种材料组成的试件的散热系数通过计算较难确定，一般情况下通过试验来取得。温度变化试验温度变化试验主要测试产品反复承受温度极值的耐受力。1温度变化试验的失效模式l温度变化对试件的影响温度变

8、化试验主要用于评定一次或连续多次温度变化对试验样品的影响。在储存、运输或不工作状态，外界环境温度变化对内部元件的影响较外部元件小，内部元件所受到的温度