基于分段非线性Arrhenius的贮存寿命评估方法

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1、2015年4月第4l卷第4期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsApril2015V01．4lNO．4http：／／bhxb．buaa．edu．onjbuaa@buaa．edu．enDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0319基于分段非线性Arrhenius的贮存寿命评估方法周洁，姚军+，宋燕(北京航空航天大学可靠性与系统工程学院，北京100191)摘要：针对对数线性阿伦尼斯模型适用于温度在较小范围内变化的情况，给出了一种阿伦尼斯模型的修正方法．结合步退应力加速寿

2、命试验失效率高、样本量少、试验设备简单的优点，给出了一种在工程实践中利用分段非线性阿伦尼斯模型对步退应力加速贮存试验进行评估的方法．首先，基于分段非线性阿伦尼斯模型建立步退应力下失效数据折算的数学模型．其次，建立了基于全样本的极大似然函数．最后利用遗传算法解非线性方程组，得到分段非线性阿伦尼斯模型的参数估计．以雷达高度表的步退应力加速贮存试验进行实例分析，将基于分段非线性阿伦尼斯模型、基于对数线性阿伦尼斯模型的加速贮存寿命评估方法得到的计算结果与产品外场得到的平均寿命、失效率以及可靠度函数进行对比分析，基于分段非线性阿伦尼斯模型的加速贮存寿命评估方法得到的结果误差在5％范围内．验证了

3、论文中基于分段非线性阿伦尼斯模型的步退应力加速贮存试验评估方法的有效性以及准确性．关键词：分段非线性阿伦尼斯模型；步退应力；加速贮存试验；寿命评估；极大似然函数中图分类号：TBll4．3文献标识码：A文章编号：1001．5965(2015)04-0744-07长期以来，高可靠、长寿命电子产品的量化评估一直是可靠性工程领域的一个技术难题．随着科学技术的快速发展，可靠性水平的不断提高，这一问题日益突出．对于高可靠性、长寿命的电子元器件来说，主要通过加速寿命试验进行寿命评估．而加速寿命试验的评估则需要借助于加速模型¨’21，电子设备在贮存期间，会受到温度、湿度、振动等环境因素的影响，然而，

4、在整个贮存期间主要的影响因素是温度．阿伦尼斯模型已被广泛应用于温度作为加速应力的加速寿命试验的评估中¨1．Nelson给出了指数分布下、威布尔分布下以及对数正态分布下阿伦尼斯模型用于描述产品的寿命与温度之间的关系M⋯；文献[7]对某电子产品施加温度步进应力加速寿命试验，并运用阿伦尼斯模型、基本GM(1，1)模型和残差修正GM(1，1)模型对温度步进应力条件下的特征寿命进行点估计，证明阿伦尼斯模型并不完全适用于实际试验情况；文献[8]就阿伦尼斯方程和由其得出的阿伦尼斯加速因子之间存在的矛盾进行了分析研究，并提出了修正的阿伦尼斯加速因子；文献[9]针对产品在高温下的非工作失效率接近于其工

5、作失效率，提出了阿伦尼斯修正模型，但这两种修正方法均没有应用到步进(退)加速试验的寿命评估中．目前国内外相关研究中，探讨较多的是恒定应力加速试验评估方法，也有部分步进应力加速试验评估方法¨“”1，鲜有步退应力加速试验评估方法的相关论述¨⋯．对于高可靠、长寿命电子产收稿日期：2014-06-04；录用日期：2014-08-25；网络出版时间：2014-09—1810：40网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／doi／10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0319．html作者简介：周洁(1990一)，女，山东潍坊人，硕士生，zhouj90@126．cor

6、n{通讯作者：姚军(1971一)，男，陕西西安人，副教授，ya02junl@sina．tom，主要研究方向为可靠性与环境试验．Bt甩格式：周洁，姚军，宋燕．基于分段非线性Arrhenius的贮存寿命评估方法C11．北京航空航天大学学报．2015．41(4)：744．750．ZhouJ，YaoJ，SongY．StoragelifeevaluationmethodbasedonsegmentednonlinearArrheniusmodel【J]．JournalofBeqingUni．versityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(4)：744—7

7、50(inChinese)．第4期周洁，等：基于分段非线性Arrhenius的贮存寿命评估方法745品，虽然步进应力加速试验理论方法较为成熟，统计精度较高，却存在所需样本量较大、试验时间较长及在做步进应力加速贮存试验过程中常会遇到较低应力水平下产品的损伤效果不明显的问题等不足，严重影响到试验效率．步退加速寿命试验与步进加速寿命试验相比，存在失效率高、样本量少、试验设备简单的优点¨3’"o，进而成为加速贮存试验在工程应用中的一个重要的研究方向．文献[10—1