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嘉峪检测网 2020-11-12 14:02
工作中经常遇到有人对加速寿命试验不清楚,包括方法、范围、条件等,还有人对加速寿命试验和高加速寿命试验更是一笔“糊涂账”,今天本文简要介绍相关知识,供交流参考。
加速寿命试验是用加大试验应力(诸如热应力、电应力、机械应力等)的方法,激发产品在短时间内产生跟正常应力水平下相同的失效,缩短试验周期,但不改变受试样品的失效分布。然后运用加速寿命模型,评估产品在正常工作应力下的可靠性或寿命特征。加速试验是近年来快速发展的一项可靠性试验技术。该技术突破了传统可靠性试验的技术思路,将激发的试验机制引入到可靠性试验,可以大大缩短试验时间,提高试验效率,降低试验耗损。
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。
2、方法
(1)现有模型。现有模型有:Arrhenius模型、Coffin-Manson模型和Norris-Lanzberg模型等。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。
3、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见图 1(b)。
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良,但其间的差异在于失效机理不同。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,失效机理也不同。故电子管须检讨实际使用时阴极温度的偏差、间歇动作等条件,才能决定实施加速寿命试验之方法。
某厂制造一种新型绝缘材料,为了获得平均寿命的估计值,预计正常应力(工作温度150℃)寿命试验要进行两万小时左右,相当于要两年多时间,一般工厂是承受不了的。从该绝缘材料的物理性能可知,适当地提高试验温度可以加速绝缘材料的老化,从而使击穿时间提前到来,达到缩短试验时间的目的。经研究选190℃,220℃,240℃和260℃等四个温度水平作为加速应力水平,各获得一组失效数据,然后再用统计方法估计各应力水平下的平均寿命,各应力下平均寿命如下表所示。
i |
Ti(℃) |
平均寿命 |
1 |
190 |
5045 |
2 |
220 |
2638 |
3 |
240 |
1572 |
4 |
260 |
1016 |
7、高加速寿命试验和加速寿命试验的比较
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。
来源:可靠性知识