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1、加速寿命试验百科名片加速寿命试验是指采用加大应力的方法促使样品在短期内失效,以预测在正常工作条件或储存条件下的可靠性,但不改变受试样品的失效分布。简 介加 速 寿 命 试 验 的 统 一 定 义 最 早 由 美 罗 姆 航 展 中 心 于 1967 年 提 出 ,加 速 寿 命 试 验是 在 进 行 合 理 工 程 及 统 计 假 设 的 基 础 上 ,利 用 与 物 理 失 效 规 律 相 关 的 统 计 模 型 对 在超 出 正 常 应 力 水 平 的 加 速 环 境 下 获 得 的 信 息 进 行 转 换 ,得 到 产 品 在 额 定 应 力 水 平 下的 特 征 可 复 现 的 数 值

2、 估 计 的 一 种 试 验 方 法 。 简 言 之 ,加 速 寿 命 试 验 是 在 保 持 失 效 机理 不 变 的 条 件 下 ,通 过 加 大 试 验 应 力 来 缩 短 试 验 周 期 的 一 种 寿 命 试 验 方 法 。 加 速 寿 命试 验 采 用 加 速 应 力 水 平 来 进 行 产 品 的 寿 命 试 验 ,从 而 缩 短 了 试 验 时 间 ,提 高 了 试 验效 率 ,降 低 了 试 验 成 本 。 进 行 加 速 寿 命 试 验 必 须 确 定 一 系 列 的 参 数 ,包 括 (但 不 限 于 ) : 试 验 持 续 时 间 、样 本 数 量 、 试 验 目 的

3、、 要 求 的 置 信 度 、 需 求 的 精 度 、 费 用 、 加 速 因 子 、 外 场 环 境 、试 验 环 境 、 加 速 因 子 计 算 、 威 布 尔 分 布 斜 率 或 参 数 ( 1 表 示 耗 损 故 障 ) 。 用 加 速 寿 命 试 验 方 法 确 定 产 品 寿 命 ,关 键 是 确 定 加 速 因 子 ,而有 时 这 是 最 困 难 的 。 一 般 用 以 下 两 种 方 法 。 编 辑 本 段方 法1) 现 有 模 型 。 现 有 模 型 有 : Arrhenius 模 型 、 Coffin2Manson 模 型 和Norris2Lanzberg 模 型 等 。

4、使 用 现 有 模 型 比 用 试 验 方 法 来 确 定 加 速 因 子 节 省 时 间 ,并 且 所 需 样 本 少 ,但 不 是 很 精 确 ,且 模 型 变 量 的 赋 值 较 复 杂 。 2) 通 过 试 验 确 定 的 模 型 (需 要 大 量 试 验 样 本 和 时 间 ) 。 若 没 有 合 适 的 加 速 模 型 ,就需 要 通 过 试 验 导 出 加 速 因 子 。 先 将 样 本 分 成 3 个 应 力 级 别 :高 应 力 、 中 应 力 、 低 应力 。 制 定 试 验 计 划 确 保 在 每 一 个 应 力 级 别 上 产 生 相 同 的 失 效 机 理 。 这 是

5、 确 定 加 速 因子 较 精 确 的 方 法 ,但 需 要 较 长 的 时 间 和 较 多 样 本 。 编 辑 本 段类 型按 照 试 验 应 力 的 加 载 方 式 ， 加 速 寿 命 试 验 通 常 分 为 恒 定 应 力 试 验 、 步 进 应 力 试验 和 序 进 应 力 试 验 三 种 基 本 类 型 ， 如 图 3.1 所 示 。 它 们 分 别 表 示 了 三 种 基 本 加 速寿 命 试 验 的 应 力 加 载 历 程 。 1.恒 定 应 力 试 验 (Constant-Stress Testing: CST) 其 特 点 是 对 产 品 施 加 的 “负 荷 ”的 水 平

6、保 持 不 变 ， 其 水 平 高 于 产 品 在 正 常 条 件下 所 接 受 的 “负 荷 ”的 水 平 。 试 验 是 将 产 品 分 成 若 干 个 组 后 同 时 进 行 ， 每 一 组 可 相应 的 有 不 同 的 “负 荷 ”水 平 ， 直 到 各 组 产 品 都 有 一 定 数 量 的 产 品 失 效 时 为 止 。 恒 定应 力 试 验 的 应 力 加 载 时 间 历 程 见 图 1(a)。 2.步 进 应 力 试 验 (Step-Up-Stress Testing: SUST) 此 试 验 对 产 品 所 施 加 的 “负 荷 ”是 在 不 同 的 时 间 段 施 加 不

7、同 水 平 的 “负 荷 ”，其 水 平 是 阶 梯 上 升 的 。 在 每 一 时 间 段 上 的 “负 荷 ”水 平 ， 都 高 于 正 常 条 件 下 的“负 荷 ”水 平 。 因 此 ， 在 每 一 时 间 段 上 都 会 有 某 些 产 品 失 效 ， 未 失 效 的 产 品 则 继 续承 受 下 一 个 时 间 段 上 更 高 一 级 水 平 下 的 试 验 ， 如 此 继 续 下 去 ， 直 到 在 最 高 应 力 水 平下 也 检 测 到 足 够 失 效 数 (或 者 达 到 一 定 的 试 验 时 间 )时 为 止 。 步 进 应 力 试 验 的 应 力 加载 时 间 历 程

8、 见 图 1(b)。 3.序 进 应 力 加 速 寿 命 试 验 (Progressive Stress Testing: PST) 序 进 应 力 试 验 方 法 与 步 进 应 力 试 验 基 本 相 似 ， 区 别 在 于 序 进 应 力 试 验 加 载 的 应力 水 平 随 时 间 连 续 上 升 。 图 1(c)表 示 了 序 进 应 力 加 载 最 简 单 的 情 形 ， 即 试 验 应 力随 时 间 呈 直 线 上 升 的 加 载 历 程 。 编 辑 本 段条 件若 加 速 寿 命 与 实 用 寿 命 的 失 效 模 式 相 同 ， 即 可 运 用 加 速 寿 命 试 验 。 但

9、 实 际 上 ，有 时 失 效 模 式 相 同 ， 失 效 机 构 (Mechanism)却 不 同 ， 或 即 使 失 效 机 构 亦 相 同 ， 但 失效 判 定 条 件 或 使 用 条 件 变 动 的 话 ， 加 速 性 就 变 化 。 在 长 期 的 研 发 改 进 过 程 中 ， 产 品的 设 计 或 制 造 方 法 都 可 能 发 生 变 化 ， 顾 客 的 使 用 条 件 方 可 能 发 生 变 化 ;或 是 以 规 定的 技 术 方 法 所 生 产 的 产 品 ， 也 因 存 在 无 法 控 制 的 因 素 影 响 ， 造 成 失 效 机 构 的 改 变 ，这 些 都 可 能

10、造 成 无 法 利 用 加 速 寿 命 试 验 。 例 如 ， 电 子 管 的 寿 命 满 足 Arrhenius 的 关 系 式 ， 所 以 可 提 高 阴 极 温 度 ， 实 施 加速 寿 命 试 验 。 例 如 ， 电 视 机 用 布 朗 管 若 使 阴 极 温 度 成 为 额 定 值 的 100%， 可 实 施 加速 因 子 为 2.2 倍 至 3 倍 的 加 速 寿 命 试 验 。 但 不 论 是 阴 极 温 度 低 于 额 定 ， 或 不 从 阴 极取 电 流 而 使 用 电 子 管 时 ， 都 会 显 著 减 短 寿 命 。 两 者 之 失 效 模 式 都 是 电 子 放 射 不

11、 良 ，但 其 间 的 差 异 在 于 失 效 机 构 不 同 。 电 子 管 常 因 阴 极 活 性 物 质 的 减 少 而 使 电 子 放 射 特性 劣 化 ， 但 阴 极 温 度 减 低 的 话 ， 管 内 不 纯 气 体 的 作 用 亦 会 使 电 子 放 射 特 性 劣 化 ;若不 取 电 流 而 动 作 的 话 ， 阴 极 内 部 生 成 的 中 间 层 化 合 物 电 阻 增 大 ， 亦 使 电 子 放 射 特 性劣 化 ， 所 以 即 使 判 定 寿 命 的 失 效 模 式 相 同 ， 失 效 机 构 也 不 同 。 故 电 子 管 须 检 讨 实 际使 用 时 阴 极 温 度

12、 的 偏 差 、 间 歇 动 作 等 条 件 ， 才 能 决 定 实 施 加 速 寿 命 试 验 之 方 法 。 编 辑 本 段范 围除 了 以 上 所 提 的 问 题 外 ， 在 规 划 加 速 寿 命 试 验 时 须 综 合 考 虑 下 列 问 题 ， 才 能 选定 加 速 寿 命 试 验 的 条 件 ， 以 决 定 其 适 用 的 范 围 : (1)施 加 应 力 之 大 小 不 同 可 能 形 成 不 同 的 失 效 模 式 ， 在 此 种 情 形 下 ， 应 力 加 速 法之 使 用 受 到 限 制 。 (2)失 效 发 生 时 间 与 施 加 应 力 强 度 之 间 ， 可 能 因

13、 应 力 大 小 之 不 同 或 因 机 械 操 作 条件 不 同 而 有 不 同 的 关 系 ， 放 在 加 速 寿 命 试 验 规 划 之 初 ， 就 应 该 注 意 到 此 种 应 力 加 速适 用 范 围 的 问 题 。 (3)可 在 若 干 不 同 的 试 验 方 法 及 不 同 的 失 效 分 析 基 准 之 中 ， 选 用 加 速 因 子 较 大 的方 法 ， 以 较 短 试 验 时 间 评 估 寿 命 的 效 用 。 (4)产 品 在 实 地 使 用 状 况 下 ， 应 力 的 变 动 大 ， 失 效 发 生 的 条 件 方 可 因 使 用 者 不 同而 异 ;或 即 使 是

14、反 应 机 构 相 同 的 失 效 ， 分 散 亦 颇 不 均 匀 ， 因 此 利 用 实 验 数 据 推 定 实 际使 用 寿 命 时 ， 应 尽 量 指 定 累 积 失 效 率 加 以 推 定 ， 以 避 免 因 数 据 不 充 足 造 成 错 误 的 分析 。 高 加 速 寿 命 试 验 和 加 速 寿 命 试 验 的 比 较 高 加 速 寿 命 试 验 不 用 于 确 定 产 品 的 寿 命 。 因 为 我 们 关 心 的 是 使 产 品 尽 可 能 提 高可 靠 性 ， 可 靠 性 量 值 的 测 定 并 不 重 要 。 然 而 ， 对 于 具 有 耗 损 时 间 的 机 械 产 品

15、 ， 尽 可能 准 确 地 知 道 其 寿 命 是 非 常 重 要 的 。 高 加 速 寿 命 试 验 比 起 加 速 寿 命 试 验 来 ， 一 个 重 要 优 势 就 是 在 找 寻 影 响 外 场 使 用的 缺 陷 方 面 的 速 度 较 快 。 完 成 一 个 典 型 的 高 加 速 寿 命 试 验 仅 需 2-4 天 ， 而 且 我 们 找寻 的 最 终 将 变 成 外 场 使 用 问 题 的 缺 陷 的 成 功 率 非 常 高 。 加 速 寿 命 试 验 比 起 高 加 速 寿 命 试 验 的 一 个 优 势 是 ， 我 们 不 需 要 任 何 环 境 设 备 。通 常 ， 台 架 上 试 验 就 足 够 了 。 并 且 许 多 情 况 下 ， 在 用 户 的 设 施 上 就 能 进 行 该 试 验 。另 一 个 好 处 就 是 试 验 能 同 时 确 定 产 品 的 寿 命 ， 而 这 一 点 对 高 加 速 寿 命 试 验 来 说 却 做不 到 。