CN105987821B - 低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于设备加速贮存试验技术领域，提供一种低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法，具体步骤如下：(1)试验应力类型确定；(2)应力的施加方法确定；(3)试验应力量级确定；(4)试验样本量的确定；(5)试验实施；(6)重复样本试验，直至完成所有样本的试验；(7)在产品寿命服从指数分布情况下对恒定应力加速寿命试验的数据进行处理，得到产品正常使用条件下的贮存寿命。能够有效的评估处于一定低气压环境应力下贮存的单机产品的贮存寿命，为评估高海拔环境下单机产品贮存寿命问题提供一种解决手段和途径。

Description

低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法

技术领域

本发明属于设备加速贮存试验技术领域，具体涉及一种低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法。

背景技术

加速贮存试验作为快速评估产品贮存寿命的手段从概念提出到工程推广走过了近60年的时间，它具有评估产品贮存寿命时间快、效率高的特点。一般可以用半年至一年的时间评估得到产品十年甚至更长的寿命，因此，加速贮存试验方法在产品寿命评估领域得到了工程上的研究与推广。在加速贮存试验方法设计中，国内外各行业及专家给出了不同的试验方法，例如在加速应力类型上，有基于温度应力的加速贮存试验方法，有基于温度、湿度应力及其他应力的加速贮存试验方法，在应力施加上，有恒定应力、步进应力、步退应力等多种施加方法。目前，国内外在进行加速贮存试验时，主要考虑产品贮存期经历的实际环境应力来选取试验应力，例如对大部分工业产品其贮存主要在有一定遮盖和防护措施的库房、工棚或掩体内，经历的环境应力主要为温度、湿度等，因此，在设计此类产品的加速贮存试验方法时，自然会使用温度应力或温度、湿度应力的加速贮存试验方法。但是，现今许多单机产品需在高海拔地区贮存和使用，产品面临的环境应力有温度、湿度、低气压应力等。实践证明，许多产品是由于在低气压的环境下产生失效的，例如低气压导致密封产品的充放气、在产品材料上产生由压差导致的预应力等，这些故障模式和机理在温度或湿度应力下是较难激发出来的。但是，目前国内外尚无基于低气压环境应力的单机产品加速贮存试验方法。

因此，针对在高海拔地区使用的单机产品，本发明提供了一种基于低气压应力的单机产品加速贮存试验方法，能够有效的激发由于低气压应力导致的产品故障问题，能够解决贮存在高海拔地区单机产品的贮存寿命评估问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法，能够有效的评估处于一定低气压环境应力下贮存的单机产品的贮存寿命，为评估高海拔环境下单机产品贮存寿命问题提供一种解决手段和途径。

实现本发明目的的技术方案：一种低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法，具体步骤如下：

步骤一：依据在高海拔地区贮存和使用的单机产品需承受温度及低气压等环境应力的影响，选取一定温度下的低气压应力(记为T，P)作为单机产品加速贮存试验的加速应力。

步骤二，确定低气压应力的施加方法，选取恒定应力的加速试验方法。

步骤三，依据产品的使用保管环境条件确定或者利用测量设备测量单机产品高海拔环境下贮存的环境温度T₀和气压值P₀，依据产品的使用保管环境条件得到产品预期使用的最高海拔高度下的气压值P_M，利用等差法原理确定介于P₀～P_M之间的M-1个低气压应力加速量值，如P₁、P₂，…，P_M-1，P_M，M为大于等于2的自然数。

步骤四，试验样本量的确定方法：选取单机产品若干，记为N。

步骤五，将N个产品分为M组，组数等于低气压应力量值数，将第一组产品放入温度-低气压试验箱，设定加速贮存试验应力条件为(T₀，P₁)开始试验，试验期间对产品进行测试，记录产品的测试数据值。

步骤六，重复步骤五，将剩余组数的试验样本依次放入温度-低气压试验箱，分别设定试验条件，如(T₀，P₂)～(T₀，P_M)，直至完成所有样本的试验。

步骤七，在产品寿命服从指数分布情况下对恒定应力加速寿命试验的数据进行处理，得到产品正常使用条件(T₀，P₀)下的贮存寿命。

进一步地，本发明低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法，所述的步骤三和步骤五中的M等于4。

进一步地，本发明低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法，所述的步骤四中N大于等于12。

进一步地，本发明低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法，所述的步骤五，试验期间对产品的测试次数大于等于10。

进一步地，本发明低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法，步骤三确定加速试验应力的量值方法具体为：依据产品的使用保管环境条件文件确定或者利用温度测量设备测量单机产品高海拔环境下库房贮存的环境温度，每天记录一个温度值，形成1年的记录数据T₁、T₂、……、T₃₆₅，计算一年的平均温度T＝(T₁+T₂+……+T₃₆₅)/365，单位为摄氏度(℃)。依据产品的使用保管环境条件文件确定或者利用气压测量设备测量单机产品高海拔环境下库房贮存的气压值，每天记录一个气压值，形成1年的记录数据P₁、P₂、……、P₃₆₅，计算一年的平均气压P＝(P₁+P₂+……+P₃₆₅)/365，单位为帕斯卡(Pa)。于是，得到产品的平均贮存环境条件(T，P)，以此条件作为产品的正常使用条件，记为(T₀，P₀)。记录产品贮存地所处的海拔高度，记为H₀，单位为米(m)。依据产品的使用保管环境条件得到产品预期使用的最高海拔高度H_M，在H₀与H_M之间按等差原理取M-1个中间值，即H₀，H₁，H₂，…，H_M-1，H_M，使Δ＝H₁-H₀＝H₂-H₁＝…＝H_M-H_M-1。查GJB365.2-87高度压力换算表，得到高度为H₁，H₂，…，H_M-1，H_M情况下的气压值，得到P₁、P₂，…，P_M-1，P_M，于是得到了加速贮存试验的M组应力值，即温度T₀下的P₁、P₂，…，P_M。

进一步地，本发明低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法，所述步骤七的数据处理方法为：

一：确定试验模型：

记S₁＝(T₀，P₁)、S₂＝(T₀，P₂)、S₃＝(T₀，P₃)、S₄＝(T₀，P₄)，产品样本量为N，对应试验应力分为4组，样本量为n₁，n₂，n₃，n₄，n₁+n₂+n₃+n₄＝N，其中第n_i(i＝1，2，3，4，下同)组样本在应力S_i下试验。在恒加试验的4个加速应力水平下进行定时截尾寿命试验，获得如下定时截尾样本i＝1,…,4，其中，τ_i是S_i下的截尾时间。假定：

(1)产品的寿命分布在应力S₀、S₁、S₂、S₃、S₄下均服从指数分布，其分布函数为：

F_i(t)＝1-exp(-t/θ_i),t＞0,i＝0,1,…,4其中，θ_i为应力S_i下的平均寿命。

(2)产品的平均寿命θ_i与应力S_i之间有如下加速模型：

其中，a、b是待估参数，是应力S的已知函数。

二：计算加速应力水平S_i下的定时截尾总试验时间：

三：在应力S_i下产品的平均寿命θ_i的极大似然估计(MLE)是

根据MLE的渐近正态性，可建立如下一元线性回归模型：

其中ε_i为随机误差项，其均值为零，方差为σ²。且ε₁…ε_i相互独立。其上的最小二乘估计(LSE)为

其中：

四：对加速模型进行检验：对样本其相关系数为r＝l_xy/(l_xxl_yy)^1/2，对给定的显著性水平α(0<α<1)，在自由度k-2(k为试验组数)下查相关系数检验表，得到临界值r_a，如|r|＞r_a，则认为样本(x_i,y_i)相关，否则不相关。

五：寿命的点估计：在S取S₀下，lnθ₀的点估计为即得到平均寿命θ₀的点估计，即得到产品正常使用条件(T₀，P₀)下的贮存寿命。

本发明的有益技术效果在于：本发明提供一种低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法及装置，该方法及装置能够有效的评估处于一定低气压环境下贮存的单机产品的贮存寿命，为评估高海拔环境下单机产品贮存寿命的问题提供一种解决手段和途径。

附图说明

图1为单机产品加速贮存试验方法流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明涉及一种低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法见图1，详细步骤如下：

步骤一，分析和确定加速贮存试验的试验应力种类：在高海拔地区贮存和使用的单机产品，其承受温度、低气压环境应力的影响，对于由低气压应力引发故障的产品的加速贮存试验，可以选取一定温度下的低气压应力(记为T，P)作为单机产品加速贮存试验的加速应力。

步骤二，选取恒定应力的低气压应力加速试验方法。

步骤三，确定加速试验应力的量值：利用水银温度计等测量单机产品高海拔环境下库房贮存的环境温度，每天记录一个温度值，形成1年的记录数据T₁、T₂、……、T₃₆₅，计算一年的平均温度T＝(T₁+T₂+……+T₃₆₅)/365，单位为摄氏度(℃)。利用气体压力传感器测量单机产品高海拔环境下库房贮存的气压值，每天记录一个气压值，形成1年的记录数据P₁、P₂、……、P₃₆₅，计算一年的平均气压P＝(P₁+P₂+……+P₃₆₅)/365，单位为帕斯卡(Pa)。于是，得到产品的平均贮存环境条件(T，P)，以此条件作为产品的正常使用条件，记为(T₀，P₀)。记录产品贮存地所处的海拔高度，记为H₀，单位为米(m)。依据产品的使用保管环境条件得到产品预期使用的最高海拔高度H_M，在H₀与H_M之间按等差原理取三个中间值，即H₀，H₁，H₂，H₃，H_M，使Δ＝H₁-H₀＝H₂-H₁＝H₃-H₂＝H_M-H₃。查GJB365.2-87高度压力换算表，得到高度为H₁，H₂，H₃，H_M情况下的气压值，得到P₁、P₂，P₃，P_M，方便起见，计P_M为P₄，于是得到了加速贮存试验的四组应力值，即温度T₀下的P₁、P₂，P₃，P₄。

步骤四，试验样本量的确定方法：选取单机产品若干，记为N，N最好不少于12。

步骤五，将N个产品分为4组，将第一组产品放入温度-低气压试验箱，设定加速贮存试验应力条件为(T₀，P₁)开始试验，试验期间对产品进行测试，记录产品的测试数据值。第一组试验期间对产品的测试次数等于10次。温度-低气压试验箱能产生和满足试验所需的全部应力条件。

步骤六，重复步骤五，将第二～第四组样本放入温度-低气压试验箱，设定条件为(T₀，P₂)～(T₀，P₄)，直至完成所有样本的试验。

步骤七，采用基于指数分布的寿命模型对产品进行加速贮存试验数据处理：记S₁＝(T₀，P₁)、S₂＝(T₀，P₂)、S₃＝(T₀，P₃)、S₄＝(T₀，P₄)，产品样本量为N，对应试验应力分为4组，样本量为n₁，n₂，n₃，n₄，n₁+n₂+n₃+n₄＝N，其中第n_i(i＝1，2，3，4，下同)组样本在应力S_i下试验。在恒加试验的4个加速应力水平下进行定时截尾寿命试验，获得如下定时截尾样本i＝1,…,4，其中，τ_i是S_i下的截尾时间。假定：

(1)产品的寿命分布在应力S₀、S₁、S₂、S₃、S₄下均服从指数分布，其分布函数为：

F_i(t)＝1-exp(-t/θ_i),t＞0,i＝0,1,…,4其中，θ_i为应力S_i下的平均寿命。

(2)产品的平均寿命θ_i与应力S_i之间有如下加速模型：

其中，a、b是待估参数，是应力S的已知函数。

步骤八，计算加速应力水平S_i下的定时截尾总试验时间：

步骤九，在应力S_i下产品的平均寿命θ_i的极大似然估计(MLE)是

根据MLE的渐近正态性，可建立如下一元线性回归模型：

其中ε_i为随机误差项，其均值为零，方差为σ²。且ε₁…ε_i相互独立。其上的最小二乘估计(LSE)为

其中：

步骤十，对加速模型进行检验：对样本其相关系数为r＝l_xy/(l_xxl_yy)^1/2，对给定的显著性水平α(0<α<1)，在自由度k-2(k为试验组数)下查相关系数检验表1得到临界值r_a，如|r|＞r_a，则认为样本(x_i,y_i)相关，否则不相关。

表1相关系数r_a表

步骤十一，寿命的点估计：在S取S₀下，lnθ₀的点估计为即得到平均寿命θ₀的点估计，即得到产品正常使用条件(T₀，P₀)下的贮存寿命。

上面虽然结合具体实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，在权利要求的保护范围内，还可以对上述实施例进行变更或改变等。

Claims (4)

1.一种低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：

步骤一：依据在高海拔地区贮存和使用的单机产品需承受温度及低气压环境应力的影响，选取一定温度下的低气压应力，记为(T，P)，作为单机产品加速贮存试验的加速应力；

步骤二，确定低气压应力的施加方法，选取恒定应力的加速试验方法；

步骤三，依据产品的使用保管环境条件确定单机产品高海拔环境下贮存的环境温度T₀和气压值P₀，依据产品的使用保管环境条件得到产品预期使用的最高海拔高度下的气压值P_M，确定介于P₀～P_M之间的M-1个低气压应力加速量值；

步骤四，试验样本量的确定方法：选取单机产品若干，记为N；

步骤五，将N个产品分为M组，组数等于低气压应力量值数，M等于4，将第一组产品放入试验箱，设定加速贮存试验应力条件为(T₀，P₁)开始试验，试验期间对产品进行测试，记录产品的测试数据；

步骤六，重复步骤五，将剩余组数的试验样本依次放入试验箱，分别设定试验条件，(T₀，P₂)～(T₀，P_M)，直至完成所有样本的试验；

步骤七，在产品寿命服从指数分布情况下对恒定应力加速寿命试验的数据进行处理，得到产品正常使用条件(T₀，P₀)下的贮存寿命；数据处理方法如下：

一：确定试验模型：

记S₁＝(T₀，P₁)、S₂＝(T₀，P₂)、S₃＝(T₀，P₃)、S₄＝(T₀，P₄)，产品样本量为N，对应试验应力分为4组，样本量为n₁，n₂，n₃，n₄，n₁+n₂+n₃+n₄＝N，其中第n_i(i＝1，2，3，4，下同)组样本在应力S_i下试验，在恒加试验的4个加速应力水平下进行定时截尾寿命试验，获得如下定时截尾样本其中，τ_i是S_i下的截尾时间；假定：

(1)产品的寿命分布在应力S₀、S₁、S₂、S₃、S₄下均服从指数分布，其分布函数为：

F_i(t)＝1-exp(-t/θ_i),t＞0,i＝0,1,…,4其中，θ_i为应力S_i下的平均寿命；

(2)产品的平均寿命θ_i与应力S_i之间有如下加速模型：

其中，a、b是待估参数，是应力S的已知函数；

二：计算加速应力水平S_i下的定时截尾总试验时间：

三：在应力S_i下产品的平均寿命θ_i的极大似然估计是

根据极大似然估计的渐近正态性，建立如下一元线性回归模型：

其中ε_i为随机误差项，其均值为零，方差为σ²，且ε₁…ε_i相互独立，其上的最小二乘估计为

其中：

四：对加速模型进行检验：对样本其相关系数为r＝l_xy/(l_xxl_yy)^1/2，对给定的显著性水平α(0<α<1)，在自由度k-2，其中，k为试验组数，下查相关系数检验表，得到临界值r_a，如|r|＞r_a，则认为样本(x_i,y_i)相关，否则不相关；

五：寿命的点估计：在S取S₀下，lnθ₀的点估计为即得到平均寿命θ₀的点估计，即得到产品正常使用条件(T₀，P₀)下的贮存寿命。

2.根据权利要求1所述的低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法，其特征在于所述的步骤四中N大于等于12。

3.根据权利要求1所述的低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法，其特征在于所述的步骤五，试验期间对产品的测试次数大于等于10。

4.根据权利要求1所述的低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法，其特征在于步骤三确定加速试验应力的量值方法具体为：依据产品的使用保管环境条件文件确定或者利用温度测量设备测量单机产品高海拔环境下库房贮存的环境温度，每天记录一个温度值，形成1年的记录数据T₁、T₂、……、T₃₆₅，计算一年的平均温度T＝(T₁+T₂+……+T₃₆₅)/365，单位为摄氏度；依据产品的使用保管环境条件文件确定或者利用气压测量设备测量单机产品高海拔环境下库房贮存的气压值，每天记录一个气压值，形成1年的记录数据P₁、P₂、……、P₃₆₅，计算一年的平均气压P＝(P₁+P₂+……+P₃₆₅)/365，单位为帕斯卡；于是，得到产品的平均贮存环境条件(T，P)，以此条件作为产品的正常使用条件，记为(T₀，P₀)；记录产品贮存地所处的海拔高度，记为H₀，单位为米；依据产品的使用保管环境条件得到产品预期使用的最高海拔高度H_M，在H₀与H_M之间按等差原理取M-1个中间值，即H₀，H₁，H₂，…，H_M-1，H_M，使Δ＝H₁-H₀＝H₂-H₁＝…＝H_M-H_M-1；查GJB365.2-87高度压力换算表，得到高度为H₁，H₂，…，H_M-1，H_M情况下的气压值，得到P₁、P₂，…，P_M-1，P_M，于是得到了加速贮存试验的M组应力值，即温度T₀下的P₁、P₂，…，P_M。