在环境试验中，针对某些测试时间比较长的试验, 往往会选择通过加速应力的方式，缩短试验时间，节约试验经费，达到想要的试验结果，这种试验被称为加速试验，其基本思想是利用高应力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特征与应力水平之间的关系，即加速模型。

本文统计了环境试验中常见的高温、湿度应力、温度冲击、振动和电应力等加速模型，并举例计算加以说明，希望能够作为同行的参考。

高温试验加速因子

阿伦纽斯模型（Arrhenius Model）由热和电压加速度组成，可独立使用，也可以组合使用。广泛用于建立产品寿命与温度的关系模型，这一关系式用于表示某个失效机理对温度的敏感度和产品的热加速因数，有人也把阿伦纽斯模型叫作热-压效应。阿伦纽斯模型是最典型、应用最广的加速模型，其表达式如下。

AF（t）：温度加速因子；Ea：激活能（Activation energy介于0.3 eV~1.2 eV）；K：玻尔兹曼常数（Boltzman Constant）；Tu：Tuse为正常使用的环境温度，绝对温度(K)=℃+273；Ts：Tstress为试验应力时环境温度，绝对温度(K)=℃+273；

说明：任何加速应力必须在产品规定的使用条件范围内进行，即加速应力出现的失效机理不能够是超出应力所引起的。

激活能Ea2

激活能Ea是使晶体原子离开平衡位置迁移到另一个新的平衡或非平衡位置所需要的能量。Ea根据原材料的不同，有不同的取值，一般情况下如表1所示。一般激活能Ea介于0.3~1.2 eV之间，电子产品通常选取0.6 eV。

玻尔兹曼常数（Boltzmann Constant）（k 或 kB）是有关于温度及能量的一个物理常数。玻尔兹曼是一个奥地利物理学家，在统计力学的理论有重大贡献，波兹曼常数具有相当重要的地位，玻尔兹曼常数根据单位不同有表2中的三种数值。

由于激活能常用 eV 为单位，估可靠性中玻尔兹曼常数常选用K=8.617 3324×10^-5eV/K。电子伏特(electron volt)，简称为电子伏，缩写为 eV ，是能量的单位。代表一个电子（所带电量为-1.6×10^-19库仑）经过1伏特的电位差加速后所获得的动能。电子伏与SI制的能量单位焦耳（J）的换算关系是：

1 eV = 1.60217653(14)×10^-19 J，

故K=1.3806488(13)×10^-23 J .K−1 =1.3806488(13)×10^-23eV .K^-1 /1.60217653(14)×10^-19= 8.617 3324(78)×10^-5 eV. K^-1。

例如：某电子产品进行高温试验，试验应力时环境温度为50 ℃，产品正常使用的环境温度为25 ℃。计算出AF(t)=6.1。即50 ℃条件下工作1 h，相当于在25 ℃条件下工作6.1 h；相当于加速了6.1倍。

湿度试验加速因子

Hallberg-Peck模型综合考虑了温度、湿度影响,是在Arrhenius模型上的延伸。在众多的环境试验中，温度、湿度是最为常见的，同时也是使用频率最高的模拟环境因子。实际环境中温度、湿度也是不可忽略的影响产品使用寿命的因素。Hallberg-Peck模型中的温、湿度加速因子计算模型如下式。

AF（RH）：湿度加速因子；RHs：RHstress为施加应力相对湿度值；RHu：RHuse为正常使用条件下的相对湿度值；n：为湿度加速率常数介于2~3，推荐选择3；其余参数同Arrhenius模型。

例如：某产品定湿热工作试验，施加的高温应力为50 ℃，湿度应力为95 %RH；产品正常工作温度为25 ℃，湿度为70 %RH。计算出AF （T&H ）=15.25。即50 ℃，95 %RH条件下工作1h，相当于在25 ℃，70 %RH条件下工作15.25 h。相当于加速了15.25倍。

温度冲击试验加速因子

科芬-曼森模型给出的温度冲击加速模型如上式所示，该公式由三部分相乘组成：第一部分的加速是指温度差的加速，例如-30 ℃~60 ℃的温度差是90 ℃，-40 ℃~85 ℃的温度差是125 ℃。故（125/90）^1.9=1.93；第二部分是温度冲击循环不同引起的加速，例如实际应用中是一天两个循环，而测试是一天24个循环，所以加速是（2/24）^(1/3)=0.44；第三部分就是最高工作温度引起的加速，一个60 ℃，一个85 ℃，根据Arrenhius公式得到Af(t)=4.31。所以温度冲击加速因子的总体加速系数是：AF(Thermal shock)=1.93*0.44*4.31=3.66。

随机振动试验加速因子 

振动试验是指评定产品在预期的使用环境中抗振能力而对受振动的实物或模型进行的试验。根据施加的振动载荷的类型把振动试验分为正弦振动试验和随机振动试验两种。是模拟产品在运输、安装及使用环境下所遭遇到的各种振动环境影响，用来确定产品是否能承受各种环境振动的能力。振动试验是评定元器件、零部件及整机在预期的运输及使用环境中的抵抗能力。

在标准GB/T 21563-2008 轨道交通 机车车辆设备 冲击和振动试验中给出了试验时间和寿命时间与试验加速度和实际应力加速度的对应关系。

Ts：运行寿命/时间；Tt：试验时间；As：运行加速度；At：试验加速度；M：金属材料选择4。

可以得到如下公式：

对于振动加速度，如果不加说明，一般指振动的峰值，即g。对随机信号，一般是取一段时间计算均方根的加速度，即g(RMS)，rms是均方根值（有效值）的意思。

例如某产品进行随机振动试验，加速度均方根值为0.7 grms，振动时间是10 h；如果实际产品24 h处理工作状态，所面临的振动加速度是0.08 grms；可以计算出该产品耐振动的运行时间是Ts=10 h*（0.7/0.08）4=58 618 h≈6.5年。

电压应力加速因子 

产品除了环境应力的作用外，电应力的作用也不可忽视。电应力也会促使器件内部产生离子迁移、质量迁移等，造成短路、绝缘击穿短路失效等。器件在电压、电流或功率等电应力作用下，应力越强、失效速率越快，器件寿命越短。Eyring模型是Arrhenius模型的扩展，用于温度和电压同时加速的试验项目。

β：电压加速常数（0.5≤β≤1.0，根据不同失效机理，默认值为1.0）；Vstress：试验时应力电压（Stress voltage）；Vuse：正常使用电压（Operating voltage）

从艾琳模型模型中的电应力加速因子计算模型可知，只有正向的电压才有加速应力，即试验电压要高于额定电压。例如：某电子产品额定输入电压为220 Vac，试验时输入电压为250 Vac。计算出AF(v)=1.12。

文章总结

通过加速试验能够缩短试验时间达到节省费用的目的，同时也能够通过试验室试验应力及时间反推出市场应用时间。但也不是加速试验的应力就可以一味的提高，需要根据产品的规格及工程师经验共同得出，有一点要求就是加速应力条件下不应有新的失效机理出现。但是产品若经历多个应力综合作用，加速因子可以选择对应加速模型的乘积，在此不再举例说明。