可靠性试验设计与分析1

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1、20150428第四章（46）可靠性试验设计与分析§4．6加速寿命试验(AcceleratedLifeTesting)随着科学技术的发展，高可靠性、长寿命的产品愈来愈多，前面讲的截尾寿命试验也不能适应这种要求，如，不少电子元器件寿命很长，在正常工作温度下，寿命可达数百万小时以上，若取1000个这种元件可能只有1～2个失效，甚至没失效的情况。假如我们把温度提高到C，甚至C，只要失效机理不变，仅环境更恶劣一些，则失效数会增加，这种超过正常应力下的寿命试验称为加速寿命试验。加速寿命试验的目的：用加强应力的办法，加快产品故障，缩短试验时间

2、，以便在较短的时间内预测出产品在正常应力作用下的寿命特征。其基本原则是失效机理不变。一．加速寿命试验的类型(1).恒定应力加速寿命试验（简称恒加试验）试验之前，先选一组加速应力水平，如，它们都是高于正常应力水平，一般取。然后将一定数量的样品分成k组，每组在一个加速应力下进行寿命试验，直到各组均有一定数量的样品失效为止（如定数截尾）。从图4.32可以看出，恒加试验是由若干个寿命试验组成，为了缩短寿命试验，特别是低应力水平下的寿命试验采用截尾试验，这样才能更好地发挥加速寿命试验缩短试验时间地优点。(2).步进应力加速寿命试验（简称步加

3、试验）它也选定一组加速应力水平，（为正常应力水平）试验时把一定数量的样品都置于应力水平进行寿命，经过一段时间，如小时后，把应力提高到，将未失效的样品在应力下继续进行寿命试验，一直到有一定数量的样品发生失效为止。如图4.33所示。在本试验中，一个样品先在加速应力下试验一段时间，若失效，则退出试验，若没有失效，将进入20150428应力下的试验，如此下去，一个样品可能会遭遇若干个加速应力水平的考验。而在恒加试验中，一个样品自始至终都在同一个应力水平下试验，相比之下，步加试验可使样品失效更快一些，这是步加试验的优点之一，步加试验的另一优

4、点可以减少参试样品的个数，与恒加试验相比的缺点：可靠性特征量估计不如恒加试验下的估计准确（有时可安排二组平行进行步加试验，以次来增加失效个数，提高估计精度）。(3).序进应力加速寿命试验（简称序加试验）它与步加试验基本相同，不同之处仅在于它们施加的加速应力水平将随时间连续增加。图4.34最简单是直线上升，如上图：特点：应力变化快，失效也来得快。实施序加试验需要有专门的控制应力水平变化的设备和跟踪产品失效的记录设备，否则难以实现序加试验。上述三种加速寿命试验我国都有应用，都有一批成功的实例，但以恒加速试验实例为多，这是因为恒加速试验

5、方法操作简单，数据处理技术也成熟，尽管它所需试验时间不是最短，但仍比一般寿命试验成倍地缩短试验时间，故常被实际采用，我国对恒加试验还制定了国家标准GB2689.1~4。20150428(4).变应力加速寿命试验将一定数量的试件在任意变动的应力载荷谱下做寿命试验。如循环应力试验和随机应力如电气中对绝缘体施加或低或高的周期变化电压（如图4－35），又如飞机部件、桥梁部件都经受随机变化的风力冲击，风力是随机变化。目前尚缺少这种试验数据的处理方法。故常在一定的约束下，近似地看作恒加速试验处理。一．故障模型1．寿命与应力之间的关系加速寿命试

6、验的基本思想是利用高应力水平下的寿命特征去外推正常应力水平下的寿命特征，实现这个基本思想的关键在于建立寿命与应力水平之间关系，借用这个关系才能实现外推。众多实验证明，总体看，低应力下寿命高于高应力下的寿命，也有可能少数例外。所以着眼于个别产品的寿命似乎很难建立寿命与应力关系，但若我们着眼于每个应力水平下寿命数据的总体特征（如中位寿命、平均寿命、特征寿命，有时也用10％分位寿命、90％分位寿命等），则在寿命曲线上可以画出一条光滑曲线，可以表明，中位寿命（或平均寿命）是应力水平的递减函数。因此，我们需要建立寿命特征（如中位寿命、平均寿

7、命等总体特征）与应力水平之间的关系。这种关系称为加速模型，又称加速方程。20150428寿命特征与应力之间关系常是非线性的曲线，假如我们经适当变换，如对数变换、倒数变换，就有可能变成直线，直线不仅容易拟合，而且方便外推。2、加速模型(1)故障模式加速寿命的前提必须是不改变产品的故障机理，否则用一种故障机理的数据去测量另一种故障机理的可靠性寿命特征是不合理的，因此在研究产品故障时经常要区分故障物理、故障模式、故障机理这几种概念。故障物理：简单说，从原子和分子自由度出发，来解释产品故障现象，是故障分析的基础。故障模式：产品故障时可观察

8、到的外部现象。如断线、短路、裂纹、退化、泄漏等现象，即使是故障机理不明，但产品的故障模式也是可以观察到的。故障机理：产品故障的内在原因，即导致发生故障的物理、化学或机械的过程。如磨损、疲劳腐蚀、氧化、老化、断裂等形式表现出来。故障的外因：承受工作应