CN106021928B - 一种综合应力加速试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种综合应力加速试验方法，首先从产品所有失效应力中选取耦合作用较小的失效应力作为试验的综合应力，如、，根据已有试验信息或历史相似产品故障信息，确定在不改变产品失效机理情况下的最大应力水平、，基于上述信息，通过试验应力水平的合理选择、试验样本的合理分组，设计一种正交试验，获得样本在不同综合应力水平组合下的失效数据，根据在应力大小不变情况下，产品随应力大小变化而失效变化的数据，拟合得到符合产品特点的应力的加速模型，同理，也可得到产品在应力下的加速模型，从而获得各种应力下的加速模型参数，并完成综合加速应力下的失效数据向常规综合应力下的失效数据的转换，最终利用失效概率分布的形式，拟合出产品故障概率分布表达式，完成产品可靠性的指标的验证或评估。

Description

一种综合应力加速试验方法
技术领域
本发明涉及一种综合应力加速试验方法，属于产品组件可靠性及寿命评估技术领域。
背景技术
随着电子元器件、材料等科学技术的不断进步，产品的可靠性水平越来越高，常规的试验方法由于试验时间长、试验成本高等因素，已难以满足产品可靠性指标验证的需求，于是加速试验方法得到了广泛的应用，可在不改变产品失效机理的前提下，通过加大试验应力使受试产品加速失效，以便较短时间内获得必要信息，以完成产品可靠性指标的验证或评估。
现有的加速试验大多是通过施加单一应力，将多组样本在多个应力水平下的失效数据与已有的加速模型（如业界常用的阿伦尼斯模型、逆幂律模型、艾琳模型等）进行拟合计算，确定加速模型中的待定参数，得到符合受试产品特点的加速模型表达式，从而折算得到常规应力下的等效失效数据，以完成常规使用应力下可靠性水平评估。而产品在实际使用中，往往同时经受着多种应力，如电应力、热应力、机械应力等，因此，同时施加多种应力的综合应力加速试验，与实际使用状况更为吻合，并且加速效果更好，但这种综合应力下的加速试验该如何实施，试验样本该如何合理分配，实施后得到的失效数据该如何处理，这一系列的问题都影响了综合应力加速试验的推广与应用。
发明内容
本发明提供了一种新型综合应力加速试验方法，根据产品已有的HALT试验信息或极限摸底试验信息，通过对试验方案的合理设计，再基于经典的加速模型，即可快捷简便地确定两种或多种加速应力的模型参数，经过加速因子的折算后得到常规综合应力下的等效失效数据，可满足产品可靠性指标验证或评估的需要，本发明具有样本数量少、试验简便且加速效果好等特点，一定程度上解决了以往试验周期长、成本高的难题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：提出一种综合应力加速试验方法，包括以下步骤：
步骤（1）：从产品的多种失效应力中选取两种以上的失效应力作为试验应力，这几种试验应力之间的耦合作用应尽可能小，并根据产品已有的试验信息或历史相似产品的故障信息，确定这几种试验应力的最大应力水平，以确保加速试验时不改变产品的失效机理，所述的已有试验信息可以是HALT试验、极限性能摸底试验等；
步骤（2）：根据所确定失效应力以及各自的最大应力水平，确定每种失效应力的多种试验应力水平，其中应力水平数m、n≥3，因为试验水平数太少，会影响到后续试验数据的拟合精度；
步骤（3）：根据所确定的多种失效应力的各自试验应力水平，可列出正交试验表，将所有受试样本进行分组，共分为（m+n-1）组，即样本分配至试验应力水平最大的行和列中，每组样本量k≥2，按照正交试验表施加综合应力，各组分别进行试验，直至所有样本均发生失效，并记录失效时间；
步骤（4）：根据正交试验表，将某种应力大小不变，随另一种应力水平改变而变化的失效数据进行加速模型的拟合，所述的加速模型是符合该种应力失效机理的经典加速模型，从而得到产品在该应力作用下的加速模型参数，同理，分别获得其余应力的加速模型参数，即可确定相对于常规应力的加速因子，由于各种应力之间耦合作用很小，因此将各种加速因子相乘即可得到综合加速应力的加速因子，从而可将综合加速应力下的失效数据折算成常规综合应力下的等效失效数据；
步骤（5）：基于步骤（4）获得等效失效数据，拟合出产品的失效概率分布表达式，并最终完成可靠性指标的验证或评估。
作为本发明所述的综合应力加速试验方法，所述的多种失效应力类型为温度、振动、电流、电压、频率、湿度、温度循环、光照等。
作为本发明所述的综合应力加速试验方法，所述的经典加速模型为阿伦尼斯模型、艾琳模型、逆幂律模型、对数模型等。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的综合应力加速试验，所选定的不同失效应力之间耦合作用很小，即不同应力所导致的失效相互独立。
本发明的有益效果：
通过试验方案的合理设计，将少量的受试样本经过合理分组后，施加不同应力水平的综合试验应力，再基于现有成熟的加速试验模型，在完成各个加速应力的模型参数确定后，即可完成加速失效数据的折算和可靠性水平的评估。本发明由于不引入任何新的加速模型和新的数据处理方法，且试验应力水平的选取也是基于已有的试验信息，所以规避了加速试验常见的失效机理发生改变、加速模型不适用等常见问题，从而有效地保证了试验结果的准确性，同时，由于试验方案设计新颖、合理，又在很大程度上减少了试验样本和试验数量的需求，从而大大降低了试验周期和成本。
附图说明
图1为电压加速应力下艾琳加速模型的拟合曲线。
图2为温度加速原理下阿伦尼斯加速模型的拟合曲线。
图3为转换后常规综合应力失效数据的威布尔概率分布拟合曲线。
图4为本发明实验方法步骤示意框图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步的详细说明：
本实施以同时施加温度、电压这两种应力为例，通过受试产品的HALT试验，确定其高温工作极限为90℃，通过性能极限测试，确定其电压极限为32VDC，若应力超过这些极限水平，将会导致失效机理的改变，本实施中这两种应力均取4个试验应力水平，则试验样本共分为7组，每组样本数量为2~4个不等，按照正交试验表，对每组样本分别施加温度-电压综合应力，直至每组样本所有受试样品均发生失效，并记录失效时间，具体分组与失效时间（单位：min）见下表：
将温度SA=81℃不变、随电压SB变化的一列失效数据，单独列出，对其按照图1的逆幂律加速模型进行拟合，得知模型参数B=-3.586，同理，将电压电压SB=30VDC不变、随温度SA变化的一行失效数据列出，按照图2的阿伦尼斯加速模型进行拟合，得知模型参数Ea=0.223eV。
同时，根据上述两个加速模型的加速因子计算公式：
式（1）
式（2）
以及受试产品的常规使用应力（温度25℃、电压24VDC），计算各种综合试验应力下的加速因子，并将两种应力的加速因子相乘得到综合应力的加速因子，如下表：
根据加速试验的失效数据和上述得到的综合加速因子，可转换得到常规综合应力下的等效失效数据，如下表：
按照图3的威布尔分布对上述转换后的常规应力下的等效失效数据进行处理，得到受试产品的概率分布表达式，从而可进行相应的可靠性评估，MTBF=4046.7*Г（1+1/14.18）=3900.7min。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种综合应力加速试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、获得产品耦合作用不明显的失效应力
通过对产品的任务剖面或历史相似产品信息的分析，得到对产品失效影响较大的多种应力 Si，i=1,2,3……，并从中选取耦合作用较小的任意多种应力作为试验应力，当选取两种，分别为SA、SB；
步骤二、确定所选定多种应力的各自最大应力水平
通过产品已有的试验信息或历史相似产品的故障信息，确定在不改变失效机理前提下的所选定试验应力的最大应力水平Sj max，j=A,B……；
步骤三、设计一种多应力情形下的正交试验
基于所选定的应力种类以及各自的最大水平，确定每种应力的多个试验应力水平形成正交试验表，其中m、n均大于等于3；将试验样本分组，分配至表中应力水平最大的行和列；
步骤四、获得正交试验表中不同试验样本在不同综合应力下的失效数据
根据所设计的正交试验表，施加不同水平组合的综合应力于受试样本上，直至所有样本发生失效，并获得失效数据thlk，每组样本数为k，k≥2；
步骤五、获得不同应力下的加速模型参数
将正交试验表中应力SA大小不变、但随应力SB大小改变而变化的失效数据单独列出，按照该种应力的失效机理，选取合适的经典加速模型，对数据进行拟合计算，获得产品在应力SB下的加速模型参数，同理，可获得应力SA下的加速模型参数；
步骤六、获得各种应力下各应力水平的加速因子
根据上述得到的应力SA、SB的加速模型，得到各自加速应力相对于常规应力的加速因子AFl A；
步骤七、获得综合应力下的加速因子
将上述应力SA、SB下的各自加速因子相乘，得到综合应力下的加速因子
步骤八、获得常规应力下的等效失效数据
将综合加速应力下的失效数据与加速因子相乘，得到综合常规应力下的等效失效数据
t′hlk＝thlk×AFhl；
步骤九、完成受试产品的可靠性定量评估
利用各种故障概率分布形式，对等效失效数据t′hlk进行拟合，得到符合该产品失效特点的概率分布表达式，从而计算受试产品可靠性指标的中值、置信区间，以完成受试产品的可靠性验证或评估工作。
2.根据权利要求1所述的综合应力加速试验方法，其特征在于：步骤一中所述的多种应力，应力类型为温度、振动、电流、电压、频率、湿度、温度循环和光照，且应力种类≥2。
3.根据权利要求1所述的综合应力加速试验方法，其特征在于：步骤二中所述的试验信息为HALT试验或极限性能摸底试验。
4.根据权利要求3所述的综合应力加速试验方法，其特征在于：步骤二中所述的最大应力水平为HALT试验的工作极限或摸底试验得到极限水平。
5.根据权利要求1所述的综合应力加速试验方法，其特征在于：步骤三中所述的试验应力水平
6.根据权利要求5所述的综合应力加速试验方法，其特征在于：步骤三中所述的样本分组，分组数量为m+n-1组。
7.根据权利要求1所述的综合应力加速试验方法，其特征在于：步骤四中所述thlk的h＝1～n、l＝1～m。
8.根据权利要求1所述的综合应力加速试验方法，其特征在于：步骤五中所述的加速模型为阿伦尼斯模型、艾琳模型、逆幂律模型或对数模型。
9.根据权利要求1所述的综合应力加速试验方法，其特征在于：所述的故障概率分布形式为正态分布、指数分布、威布尔分布、对数正态分布、伽马分布中的任意一种。
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