试验与验证技术 计算机测量与控制. 2010. 18( 12) Com178puterMeasurement&Control # 2799 #
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收稿日期: 2010-10-11; 修回日期: 2010- 11-06。
作者简介:吴明强( 1966- ) , 男, 四川省绵阳市人, 研究员, 主要从
事导弹武器装备总体技术方向的研究。
文章编号: 1671-4598( 2010) 12-2799- 03 中图分类号: T P20611 文献标识码: A
加速老化试验优化
分析
定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析
与设计
吴明强1 , 吴超仑2 , 罗 凯2
( 11 第二炮兵研究院, 北京 100000; 21 北京航天测控技术开发公司, 北京 100041)
摘要: 装备加速老化试验能够提前暴露装备的薄弱环节, 在装备到达服役前给出装备贮存寿命信息, 并可通过更新薄弱环节延长装
备寿命; 加速老化试验成功与否的关键问题在于: 指导试验的设计是否合理; 文中介绍了加速应力- 老化模型与加速老化试验类型等原
理, 在原有试验设计流程基础上对每一环节提出科学的判定准则和优化方案, 并提出运用信息化手段设计管理加速老化试验的
方法
快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载
, 为
加速老化试验设计及实施提供参考。
关键词: 加速老化试验; 加速应力- 老化模型; 信息化
Optimize the Design of Equipment Accelerated Aging Testing
Wu Mingqiang1 , Wu Chaolun2 , Luo Kai2
( 11Resear ch Institute, Second Ar tiller y Equipment Academy, Beijing 100085, China;
21 Beijing Aerospace M easurement & Contr ol Co rp, Beijing 100083, China)
Abstract: Equipment accelerated aging test ing can ex pose the w eak nes ses of a equipment an d give it s storing l ife informat ion b efore it
start ing service。So the service l ife of a equipment can be ex tended basing on ren ew ing w eak nes ses . Th e is sue w heth er th e accelerated aging
test ing w ill b e success or n ot i s the rat ion ali ty of test ing design w hich leads the wh ole accelerated aging test ing. T his paper simply int roduces
th e concept of accelerated m od el and tables a proposal judgment , opt imizes plan to perfect the des ign base on original test ing design and
m ak e a meth od to m anage the accelerated aging test ing by u sing inform at ionize- meth ods , w hich w ill be referen ce for the ex perimental ist t o
design and im plem ent accelerated aging tes t ing.
Key words: accelerated m od el; accelerated agin g test ing; in format ionize.
0 引言
加速老化试验可以在不改变装备失效机理的条件下, 利用
加大的环境应力, 加速装备失效, 进而根据试验结果来预计装
备的贮存期。试验是在合理的工程及统计假设基础上, 利用与
物理失效规律相关的统计模型, 对超出正常应力水平的加速环
境下获得的装备可靠性寿命信息进行转换, 得到装备在额定应
力水平下可靠性特征的可复现的寿命估计的一种方法。
国外装备贮存试验以自然贮存为主, 加速老化试验为辅。
自然贮存试验提供装备比较可靠的贮存寿命信息, 加速老化试
验能提前暴露装备的薄弱环节, 能提前给出装备寿命信息, 在
装备贮存期限到来之前能给出一定置信度的寿命预估。国外加
速贮存试验工作已经开展了几十年, 获得了较好的效益。试验
结束后, 在一定可靠性、安全性、维修性等指标条件下, 对装
备贮存寿命进行综合评估。虽然我国已针对了部分类型设备、
材料
关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料
建立了国家
标准
excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载
, 但具体在试验中如何选择试验件、如何
施加环境应力、如何监测试验数据仍然缺少明确、详细的指
导。本文针对加速老化试验的设计流程提出了优化思路。
1 加速老化试验设计的一般流程
加速老化试验的目的是提前获知系统的薄弱环节, 通过修
改设计提高或延长系统寿命, 其设计环节一般流程[ 1]为四部
分: 调研、故障机理及故障模式分析、使用应力及最大应力确
定和加速应力- 寿命模型的确立。加速老化试验设计流程如图
1 所示。
图 1 加速老化试验设计流程图
故障机理是导致发生故障的物理、化学等过程, 故障机理
根据装备种类和使用环境的不同而不同。故障机理分析是确定
装备在变化应力下工作时导致装备发生故障的物理、化学等过
程的一般规律。故障模式是装备故障时的外部现象, 装备的加
速老化试验就是对故障模式的再现。
应力是导致故障模式再现的影响因素的阈值。使用应力为
常规条件下装备的应力范围, 通常处于设计极限上限到设计极
限下限之间; 最大应力为装备可工作情况下的最大应力, 通常
为工作极限上限到工作极限下限之间。应力图如图 2 所示[2]。
加速应力- 寿命模型即为加速老化模型, 加速老化模型是
通过分析物理及化学失效机理 , 加速应力- 寿命模型的确立是
通过分析物理及化学失效机理 , 建立合理的加速应力- 寿命模
型 ) ) ) 加速老化模型, 进而有效地实现外推来确定正常应力下
的装备寿命特征。常见的几种加速模型为[4] :
# 2800 # 计算机测量与控制 第 18卷
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图 2 装备应力图
( 1) 阿伦尼斯 ( Ar rhenius) 模型:
在加速老化试验中用温度作为加速应力是常见的, 因为高
温能使装备 (如电子元器件等) 内部加快化学反应, 促使装备
提前失效。阿伦尼斯加速模型为:
N= AeE / KT
阿伦尼斯模型表明, 寿命特征将随着温度上升而按指数
下降。
( 2) 逆幂率模型:
在加速老化试验中对温度以外的应力 u 作为加速应力时,
装备的某些寿命特征与应力有如下的关系:
N= AS - c
上述关系称为逆幂率模型, 它表示装备的某些寿命特征是
应力 u 的负次幂
函数
excel方差函数excelsd函数已知函数 2 f x m x mx m 2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载
。
阿伦尼斯模型与逆幂率模型是最常用的两个加速模型。它
们的线性化形式常可同一写成如下形式:
lnN= a + b* 5( S)
加速寿命试验所给的定义为[5] : 在合理的工程及统计假设
基础上, 利用与物理失效规律相关的统计模型对超出正常应力
水平的加速环境下获得的可靠性信息进行转换, 得到试验件在
额定应力水平下可靠性特征的可复现的数值估计的一种方
法[5]。传统的加速老化类型包含:
( 1) 恒定应力加速老化试验;
( 2) 步进应力加速老化试验, 简称步加试验;
( 3) 步降应力加速老化试验;
( 4) 序进应力加速老化试验, 简称序加试验。
2 加速老化试验设计优化
加速老化试验设计优化的目的可分为两个方面, 第一是要
保证试验成功率和缩短试验周期; 第二是减少试验成本。下文
将按照加速老化试验的设计流程来具体分析如何优化。
( 1) 故障机理及故障模式环节: 针对老化这种故障机理优
化后的设计步骤如下:
¹ 明确导致装备老化的原因。如: 运输、安装使用、贮
存等。
º列举老化原因下的故障模式。如: 外观、颜色光泽、尺
寸等。
如果知道装备材料的化学成分, 就有可能确定其特定的化
学反应和物理特性, 尽管不能了解所有的相关内容, 但是尽量
确定所有可能的故障机理和故障模式将减少在最终预测装备寿
命过程中出现差错的机会。完成这一步工作就为初步设计加速
老化试验打下了良好的基础[ 3]。
( 2) 使用应力及最大应力确定环节: 根据故障机理及故障
模式环节中确定的条件分类进行应力选择, 根据不同应力类型
确定相应的使用应力和最大应力, 优化后的设计步骤如下:
¹ 列举不同故障模式下的主要老化因素。如: 辐射、温
度、湿度等。
º参考装备厂家给出的技术参数为不同的老化因素确定使
用应力和最大应力。
合理的使用应力和最大应力的确定为加速应力模型的搭建
提供了良好的技术, 避免了在设计不足的情况下无意义的消耗
试验件。
( 3) 加速应力- 寿命模型确立环节: 为不同的应力选择
相应的加速老化模型, 同时对于试验引入加速系数。加速系
数是可靠性中一个很有用的参数, 它是正常应力水平下某种
寿命与加速应力水平下的相应寿命的比值, 用 SL 表示: SL =
L 0 / L = N0/N。加速系数是对两个应力水平而言的, 它反映加
速老化试验中某一加速应力水平效果的量。这个量一般都大
于 1。
加速系数的用途很多, 可以用在装备的可靠性筛选、可靠
性验收、两种装备可靠性质量对比、装备质量改进措施的鉴
定、整机可靠性设计、寿命转化等。加速老化曲线不同, 其加
速系数的计算公式也不同, 例如: 符合阿伦尼斯模型, 以温度
T 作为加速变量时, N= AeE/ KT , SL = eE/ K ( 1/ T 0- 1/ T) ; 符合逆幂
律模型, 以温度以外的应力 u 为加速变量时, N= A S- c , SL =
( S0/ S) - c。加速应力- 寿命模型的正确搭建是整个试验顺利
进行的前提保障, 步骤为:
¹ 列举试验应力并选择其相应的加速老化模型。
º对于每一应力 , 引入其加速系数, 为最终的装备可靠性
对比及验收做基础。
( 4) 加速老化试验类型确定环节: 根据装备试验件的使用
环境和贮存环境确定试验类型可缩减试验周期, 提高试验效
率。下面列举判定方法。
对于一般性试验可采用传统的加速老化方法, 具体措施是
将一定数量的样品分为 K 组, 每组在一个加速应力水平下进
行寿命试验, 直到各组均有一定数量的样品发生失效为止。
对于周期较短或精度要求较低的试验可采用步加试验, 在
步加试验中一个样品可能会遭遇若干个加速应力水平的考验。
若在某一应力下样品发生时效则停止试验。与恒定应力相比之
下, 步加试验可使样品失效更快一些, 样品数量相对较少, 但
是精度要小一些。
对于长寿命评估问题, 步降应力加速老化试验尤其适合。
具体措施是对试样施加步降减小的加速应力来进行试验, 进而
分析得到寿命统计特征。
对于简单试验来说, 序加试验最为适合。序加试验与步加
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
时间连续上升, 最简单的是直线上升。
选择合适的加速老化试验类型是试验成功的关键因素, 在
选择上要综合故障机理、故障模式、最大应力等诸多因素, 选
第 12期 吴明强, 等: 加速老化试验优化分析与设计 # 2801 #
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择试验类型的步骤为:
¹ 统计试验件的故障机理、故障模式、最大应力等信息。
º统计试验件数量、试验周期并核实试验精度要求。
»综合上述因素选择最适应的试验类型。
变应力加速老化试验是一种新兴的加速老化试验类型, 试
验将一定数量的试验件在任意变动的应力荷载下做寿命试验。
可以直接采用实际应力和时间荷载谱试验, 并且可以利用其它
试验的有效数据共同进行参数评估, 因此可以减少试验样本
量, 也可以提高估计精度, 是加速老化试验的方向。
加速老化试验设计的每一步优化在实际试验中将会得到数
倍的效果, 经优化后的加速老化试验设计流程如图 3 所示。
图 3 优化后的加速老化试验设计流程图
3 加速老化试验仿真
传统的加速老化试验在最初的构想上已经比较完善, 但是
随着信息化技术的发展与能源资源的减少, 其潜在的一些缺点
显露了出来, 如设计阶段方案单一、具体参数资料管理松散和
预试验阶段试验件的无效消耗等问题。新的加速老化试验应在
其原有基础上对整体思路进行新技术融合和实施理念的优化,
使试验从设计到实施的整体可操作性和灵活性得到很大的提
升。加速老化仿真试验流程图如图 4 所示。
图 4 加速老化试验流程图
图 4中从建立项目到预试验仿真都通过信息化手段进行管
理, 在实际试验过程中也可通过信息化手段进行监测, 最终将
成果汇总到成果数据库中, 为以后的更深层次的试验设计作参
考。加速老化仿真系统结构图如图 5 所示。
图 5 加速老化仿真系统结构图
总体来说, 加速老化试验仿真系统可以方便地创建加速老
化试验, 并且以甘特图的形势制定试验周期, 在试验方法的设
计上也相对灵活, 试验人员可以通过导入自定义的算法库、材
质库和知识库进行设计, 配置试验步骤, 通过虚拟现实仿真对
设计的试验进行虚拟化预试验 , 用预试验结论完善整体设计方
案, 可以提高试验成功度, 缩减试验周期, 合理安排试验经
费, 系统管理试验成果。
4 结束语
针对于加速老化试验的设计过程, 虽然文中对每一环节都
进行了优化, 但是还需要设计人员根据实际情况多方面参考相
关资料、正确的判断故障机理和故障模式、严谨的制定老化模
型、慎重选择加速老化类型, 这样才能尽可能的提高实验质
量。由于试验的不定因素较多, 过程中存在无可避免的意外
性, 因此不能轻易的认为通过模型优化和算法优化就能够解决
一切问题, 达到预期结果。因此常用的加速老化方法和其结论
只能作为参考, 为了更加有效地设计试验方案和评估装备寿
命, 还需更新试验方法和更多的经验积累。
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