CN107727957B - 一种电连接器加速贮存寿命试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电连接器加速贮存寿命试验方法。恒定应力加速寿命试验试验时间长,序进应力加速寿命试验试验精度不高。步骤一、确定电连接器工作寿命tg、贮存环境温度T0、最高试验温度Tm及截止时间τ;步骤二、确定电连接器贮存寿命P阶分位数的估计值yp(ζ0)的方差因子Vk的表达式。步骤三、求出Vk的最小值Vk(min),以及Vk的最小值Vk(min)对应的Tc、k、πp、β0、β1、T1及σ。步骤四、计算电连接器试验总样本量n。步骤五及六、进行两种测试试验。步骤七、计算电连接器模型参数的估计值。步骤八、计算电连接器的贮存寿命tR。本发明较恒定应力加速寿命试验方案可减少总试验时间,能够实现电连接器贮存寿命的快速评估。
Description
技术领域
本发明属于电连接器寿命试验技术领域,具体涉及一种电连接器加速贮存寿命试验方法。
背景技术
对于“长期贮存、一次使用”的电连接器来说,为避免提前报废带来的资源浪费或者已经报废却仍然投入使用造成重大事故。因此评估电连接器的贮存可靠性非常有必要,而电连接器的贮存可靠性的评估大多通过加速贮存寿命试验来实现。
加速贮存寿命试验的试验应力由实际贮存环境中的环境应力和失效机理决定。电连接器贮存环境失效机理主要有温度与湿度两种应力。由于大多数电连接器,其插头和插座的结合处使用了密封圈进行压紧密封,可以阻止外界的水分进入电连接器。所以,湿度应力对贮存环境下电连接器的影响可以忽略不计。因此电连接器的试验应力仅为温度应力。由于电连接器接触件表面的镀金层虽然致密但也会存在一系列微孔或者裂纹,因此暴露在空气中的接触件基体部分就会慢慢发生氧化反应,产生的氧化膜会使得接触电阻增大,导致接触件性能退化,甚至使接触电阻因超过阈值而失效。可见,电连接器的失效机理是接触件的氧化膜层的增长。
目前,电连接器的加速贮存寿命试验方案中,恒定应力加速寿命试验理论方法成熟、统计精度高、操作方便。序进应力加速寿命试验具有试验时间短、所需样本量少的优点,但统计方法尚不成熟、试验精度不高,因此有必要找到一种结合恒定应力加速寿命试验与序进应力加速寿命试验优点的电连接器加速贮存寿命试验方案优化设计方法,进而实现电连接器贮存寿命的快速准确的评估。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结合恒定应力加速寿命试验与序进应力加速寿命试验优点的电连接器加速贮存寿命试验方法。
本发明的具体操作步骤如下:
步骤一、根据待测电连接器的型号,确定电连接器工作寿命tg、电连接器工作温度区间、电连接器贮存温度区间及待测电连接器的外壳材料。确定最低试验温度T0,最低试验温度T0在电连接器工作温度区间内。确定试验贮存温度Tz,试验贮存温度Tz在电连接器贮存温度区间内。以该外壳材料的极限工作温度作为最高试验温度Tm。确定电连接器加速寿命试验的截止时间τ:
步骤二、确定电连接器贮存寿命的P阶分位数的估计值yp(ζ0)的方差因子 Vk的表达式。Vk的表达式如式(1):
Vk=(1,0,zP)F-1(1,0,zP)T (1);
式(1)中,zp是Ⅰ型极小值分布的P阶分位数;P的值取0.01;(1,0,zP)T为行向量(1,0,zP)的转置;F-1为F的逆矩阵;F为信息矩阵。
F的表达式如式(2):
F=Fc·(1-πp)+Fp·πp (2);
式(2)中,0≤πp≤1;Fc的表达式如式(3):
式(3)中,n为电连接器试验总样本量;σ为线性极值模型第三参数;A1j的表达式如式(4):
A1=1-exp[-exp(zcτ)] (4);
式(4)中zcτ的表达式如式(5),
zcτ=[lnτ-lna(ζc)]/σ (5);
式(5)中,a的表达式如式(6):
a=exp(β0+β1ζc); (6);
式(6)中,β0为线性极值模型第一参数;β1为线性极值模型第二参数。
式(5)及式(6)中,ζc的表达式如式(7):
式(7)中,Tc为恒定应力加速寿命试验中施加的应力值。
式(3)中A2的表达式如式(8),
式(8)中z'的表达式如式(9),
z'=[lnt-lna(ζc)]/σ (9);
式(9)中t为单个电连接器的试验时长。
式(3)中Aj的表达式如式(10):
式(2)中Fp的表达式如式(11):
式(11)中B1的表达式如式(12):
B1=1-exp[-exp(zpτ)] (12);
式(12)中zpτ的表达式如式(13):
zpτ=[lnc(τ)-β0]/σ (13);
式(13)中c(τ)的表达式如式(14):
c(τ)=[1-exp(-β1kτ)]/[β1kexp(β1ζ1)] (14);
式(14)中,k为序进应力加速寿命试验中施加应力的升高速率;
其中,T1为序进应力加速寿命试验中施
加的初始应力值。
式(11)中B2的表达式如式(15):
式(15)中z的表达式如式(16):
z=(y-β0)/σ (16);
式(16)中y的表达式如式(17):
y=lnc(t) (17);
式(17)中c(t)的表达式如式(18):
c(t)=[1-exp(-β1kt)]/[β1kexp(β1ζ1)] (18);
式(15)中y′的表达式如式(19):
y′=kt/[exp(β1kt)-1]-1/β1-ζ1 (19);
式(15)中y′τ的表达式如式(20):
y′τ=kτ/[exp(β1kτ)-1]-1/β1-ζ1 (20);
式(11)中B3的表达式如式(21):
式(11)中B4的表达式如式(22):
式(22)中y″的表达式如式(23):
式(22)中y″τ的表达式如式(24):
式(22)中fp(t)的表达式如式(25):
式(25)中b=1/σ。
式(11)中B5的表达式如式(26):
式(11)中B6的表达式如式(27):
步骤三、通过内点法求出Vk的最小值Vk(min),以及Vk的最小值Vk(min)对应的Tc、 k、πp、β0、β1、T1及σ。
步骤四、计算电连接器试验总样本量n。
按照极大似然估计理论,寿命分布在贮存温度应力水平时P阶分位数的估计值渐近服从正态分布。的置信区间为[yP(ζ0)-W,yP(ζ0)+W]。
其中,W的表达式如式(28):
式(28)中,Kγ是标准正态分布在置信度取γ时的100(1+γ)/2阶分位数;0 <γ<1;W的值取0.4。
因此,电连接器试验总样本量n的表达式如式(29):
n=Vk(min)×(Kγσ/W)2 (29)。
步骤五、取n个待检测电连接器分为恒定测试组和序进测试组。恒定测试组内有n×(1-πp)个待检测电连接器,序进测试组内有n×πp个待检测电连接器。
步骤六、将恒定测试组内的电连接器进行截尾时间为τ的恒定应力加速寿命试验。恒定应力加速寿命试验施加的应力值为Tc。在恒定应力加速寿命试验中对恒定测试组内每个待检测电连接器进行s次电阻值测量。s次测量时间分别为t1c,t2c,…,tsc,tsc=τ。在第j-1个测试周期(t(j-1)c,tjc)失效的电连接器数量为rjc,j=2,3,4……,s。
将序进测试组内的电连接器进行截尾时间为τ的序进应力加速寿命试验。序进应力加速寿命试验施加的初始应力值为T1,施加应力的升高速率k。在序进应力加速寿命试验中对序进测试组内每个待检测电连接器进行s次电阻值测量。s次测量时间分别为t1p,t2p,…,tsp,tsp=τ。在第i-1个测试周期 (t(i-1)p,tip)失效的电连接器数量为rip,i=2,3,4……,s。
步骤七、计算电连接器模型参数的估计值。
在恒定应力加速寿命试验中失效的电连接器总数rc为:
恒定应力加速寿命试验中电连接器的总对数似然函数如式(30):
式(30)中,a=exp(β0+β1ζc)。
在序进应力加速寿命试验中失效的电连接器总数rp为:
序进应力加速寿命试验中电连接器的总对数似然函数如式(31):
式(31)中,a=exp(β0+β1ζc)。
n个电连接器的总对数似然函数为L=Lc+Lp
通过BFGS算法求出L取极大值时β0的估计值β1的估计值σ的估计值
步骤八、计算电连接器在可靠度R时的贮存寿命tR如式(32):
式(32)中,0<R<1;ζz的表达式如式(33):
进一步地,步骤二中的a是两参数weibull分布的特征寿命。
进一步地,步骤二中的ζc为将恒定应力加速寿命试验中施加的应力值归一化后所得的转化应力值。
进一步地,步骤二中的ζ1为序进应力加速寿命试验中施加的初始应力值归一化后所得的转化应力值。
进一步地,步骤二中的ζz为贮存温度归一化后所得的转化应力值。
进一步地,步骤二中的fp(t)为序进应力加速寿命试验中电连接器寿命分布的概率密度函数。
进一步地,步骤二中的b为两参数的weibull分布的形状参数。
进一步地,步骤二中的ζ0为贮存温度归一化后所得的转化应力值。
本发明具有的有益效果是:
1、本发明在相同精度、相同样本量的情况下,较恒定应力加速寿命试验方案可减少总试验时间,能够实现电连接器贮存寿命的快速评估。
2、本发明根据工作寿命等已有信息,计算得出最佳样本量、试验应力的大小,并用计算出的信息进行试验,提高了试验效率。
3、本发明同时进行恒定应力加速试验和序进应力加速试验,并应用两个加速试验的结果,共同得出贮存寿命。结果可靠性高。
附图说明
图1为本发明中恒定应力加速寿命试验的应力加载示意图;
图2为本发明中序进应力加速寿命试验的应力加载示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
步骤一、根据待测电连接器的型号,查询对应型号电连接器的说明书,确定电连接器工作寿命tg、电连接器工作温度区间、电连接器贮存温度区间及待测电连接器的外壳材料。确定最低试验温度T0,最低试验温度T0在电连接器工作温度区间内。确定试验贮存温度Tz,试验贮存温度Tz在电连接器贮存温度区间内,Tz取20℃。查询外壳材料的极限工作温度(即外壳材料的耐热温度)。以该外壳材料的极限工作温度作为最高试验温度Tm。确定电连接器加速寿命试验的截止时间τ:
步骤二、确定电连接器贮存寿命的P阶分位数的估计值yp(ζ0)的方差因子 Vk的表达式。Vk的表达式如式(1):
Vk=(1,0,zP)F-1(1,0,zP)T (1);
式(1)中,zp是Ⅰ型极小值分布的P阶分位数;P的值取0.01;(1,0,zP)T为行向量(1,0,zP)的转置;F-1为F的逆矩阵;F为信息矩阵。
F的表达式如式(2):
F=Fc·(1-πp)+Fp·πp (2);
式(2)中,0≤πp≤1(具体值为待求量);Fc的表达式如式(3):
式(3)中,n为电连接器试验总样本量;σ为线性极值模型第三参数(为待求量);A1的表达式如式(4):
A1=1-exp[-exp(zcτ)] (4);
式(4)中,exp(zcτ)表示e的zcτ次方,exp为e为底的幂函数的符号。
式(4)中zcτ的表达式如式(5),
zcτ=[lnτ-lna(ζc)]/σ (5);
式(5)中,a是两参数weibull分布的特征寿命。a的表达式如式(6):
a=exp(β0+β1ζc); (6);
式(6)中,β0为线性极值模型第一参数(为待求量),β1为线性极值模型第二参数(为待求量)。
式(5)及式(6)中,ζc为将恒定应力加速寿命试验中施加的应力值归一化后所得的转化应力值。ζc的表达式如式(7):
式(7)中,Tc为恒定应力加速寿命试验中施加的应力值(为待求量)。
式(3)中A2的表达式如式(8),
式(8)中z'的表达式如式(9),
z'=[lnt-lna(ζc)]/σ (9);
式(9)中t为单个电连接器的试验时长。
式(3)中A3j的表达式如式(10),
式(2)中Fp的表达式如式(11):
式(11)中B1的表达式如式(12):
B1=1-exp[-exp(zpτ)] (12);
式(12)中zpτ的表达式如式(13):
zpτ=[lnc(τ)-β0]/σ (13);
式(13)中c(τ)的表达式如式(14):
c(τ)=[1-exp(-β1kτ)]/[β1kexp(β1ζ1)] (14);
式(14)中,k为序进应力加速寿命试验中施加应力的升高速率(为待求量)。ζ1为序进应力加速寿命试验中施加的初始应力值归一化后所得的转化应力值;其中,T1为序进应力加速寿命试验中施加的初始应力值(为待求量)。
式(11)中B2的表达式如式(15):
式(15)中z的表达式如式(16):
z=(y-β0)/σ (16);
式(16)中y的表达式如式(17):
y=lnc(t) (17);
式(17)中c(t)的表达式如式(18):
c(t)=[1-exp(-β1kt)]/[β1kexp(β1ζ1)] (18);
式(18)中t为单个电连接器的试验时长。
式(15)中y′的表达式如式(19):
y′=kt/[exp(β1kt)-1]-1/β1-ζ1 (19);
式(15)中y′τ的表达式如式(20):
y′τ=kτ/[exp(β1kτ)-1]-1/β1-ζ1 (20);
式(11)中B3的表达式如式(21):
式(11)中B4的表达式如式(22):
式(22)中y″的表达式如式(23):
式(22)中y″τ的表达式如式(24):
式(22)中fp(t)为序进应力加速寿命试验中电连接器寿命分布的概率密度函数。fp(t)的表达式如式(25):
式(25)中,b为两参数的weibull分布的形状参数,b=1/σ。
式(11)中B5的表达式如式(26):
式(11)中B6的表达式如式(27):
步骤三、通过内点法求出Vk的最小值Vk(min),以及Vk的最小值Vk(min)对应的Tc、 k、πp、β0、β1、T1及σ。
步骤四、计算电连接器试验总样本量n。
按照极大似然估计理论,寿命分布在贮存温度应力水平时P阶分位数的估计值渐近服从正态分布。的置信区间为[yP(ζ0)-W,yP(ζ0)+W]。
其中,W的表达式如式(28):
式(28)中,Kγ是标准正态分布在置信度取γ时的100(1+γ)/2阶分位数;0 <γ<1;W的值取0.4。
因此,电连接器试验总样本量n的表达式如式(29):
n=Vk(min)×(Kγσ/W)2 (29)。
步骤五、取n个待检测电连接器分为恒定测试组和序进测试组。恒定测试组内有n×(1-πp)个待检测电连接器,序进测试组内有n×πp个待检测电连接器。
步骤六、将恒定测试组内的电连接器进行截尾时间为τ的恒定应力加速寿命试验。恒定应力加速寿命试验施加的应力值为Tc。恒定应力加速寿命试验中对n×(1-πp)个待检测电连接器进行s次电阻值测量。s次测量时间分别为 t1c,t2c,…,tsc,tsc=τ。在第j-1个测试周期(t(j-1)c,tjc)(即第j-1次测试与第j次测试之间)失效的恒定测试组内电连接器数量为rjc,j=2,3,4……s。
将序进测试组内的电连接器进行截尾时间为τ的序进应力加速寿命试验。序进应力加速寿命试验施加的初始应力值为T1,施加应力的升高速率k。序进应力加速寿命试验中对n×πp个待检测电连接器进行s次电阻值测量。s次测量时间分别为t1p,t2p,…,tsp,tsp=τ。在第i-1个测试周期(t(i-1)p,tip)(即第i-1次测试与第i次测试之间)失效的序进测试组内电连接器数量为rip,i=2,3,4…… s。
步骤七、计算电连接器模型参数的估计值
在恒定应力加速寿命试验中失效的电连接器总数rc为:
恒定应力加速寿命试验中电连接器的总对数似然函数如式(30):
式(30)中,a=exp(β0+β1ζc)。
在序进应力加速寿命试验中失效的电连接器总数rp为:
序进应力加速寿命试验中电连接器的总对数似然函数如式(31):
式(31)中,a=exp(β0+β1ζc)。
n个电连接器的总对数似然函数为L=Lc+Lp
L可视为含有β0,β1,σ的表达式。通过BFGS算法求出L取极大值时β0的估计值β1的估计值σ的估计值
步骤八、计算电连接器在可靠度R时的贮存寿命tR如式(32):
式(32)中,0<R<1;ζz为贮存温度归一化后所得的转化应力值,ζz的表达式如式(33):
Claims (8)
1.一种电连接器加速贮存寿命试验方法,其特征在于:步骤一、根据待测电连接器的型号,确定电连接器工作寿命tg、电连接器工作温度区间、电连接器贮存温度区间及待测电连接器的外壳材料;确定最低试验温度T0,最低试验温度T0在电连接器工作温度区间内;确定试验贮存温度Tz,试验贮存温度Tz在电连接器贮存温度区间内;以该外壳材料的极限工作温度作为最高试验温度Tm;确定电连接器加速寿命试验的截止时间τ:
步骤二、确定电连接器贮存寿命的P阶分位数的估计值yp(ζ0)的方差因子Vk的表达式;Vk的表达式如式(1):
Vk=(1,0,zP)F-1(1,0,zP)T (1);
式(1)中,zp是Ⅰ型极小值分布的P阶分位数;P的值取0.01;(1,0,zP)T为行向量(1,0,zP)的转置;F-1为F的逆矩阵;F为信息矩阵;
F的表达式如式(2):
F=Fc·(1-πp)+Fp·πp (2);
式(2)中,0≤πp≤1;Fc的表达式如式(3):
式(3)中,n为电连接器试验总样本量;σ为线性极值模型第三参数;A1j的表达式如式(4):
A1=1-exp[-exp(zcτ)] (4);
式(4)中zcτ的表达式如式(5),
zcτ=[lnτ-lna(ζc)]/σ (5);
式(5)中,a的表达式如式(6):
a=exp(β0+β1ζc); (6);
式(6)中,β0为线性极值模型第一参数;β1为线性极值模型第二参数;
式(5)及式(6)中,ζc的表达式如式(7):
式(7)中,Tc为恒定应力加速寿命试验中施加的应力值;
式(3)中A2的表达式如式(8),
式(8)中z'的表达式如式(9),
z'=[lnt-lna(ζc)]/σ (9);
式(9)中t为单个电连接器的试验时长;
式(3)中Aj的表达式如式(10):
式(2)中Fp的表达式如式(11):
式(11)中B1的表达式如式(12):
B1=1-exp[-exp(zpτ)] (12);
式(12)中zpτ的表达式如式(13):
zpτ=[lnc(τ)-β0]/σ (13);
式(13)中c(τ)的表达式如式(14):
c(τ)=[1-exp(-β1kτ)]/[β1kexp(β1ζ1)] (14);
式(14)中,k为序进应力加速寿命试验中施加应力的升高速率;其中,T1为序进应力加速寿命试验中施加的初始应力值;
式(11)中B2的表达式如式(15):
式(15)中z的表达式如式(16):
z=(y-β0)/σ (16);
式(16)中y的表达式如式(17):
y=lnc(t) (17);
式(17)中c(t)的表达式如式(18):
c(t)=[1-exp(-β1kt)]/[β1kexp(β1ζ1)] (18);
式(15)中y′的表达式如式(19):
y′=kt/[exp(β1kt)-1]-1/β1-ζ1 (19);
式(15)中y′τ的表达式如式(20):
y′τ=kτ/[exp(β1kτ)-1]-1/β1-ζ1 (20);
式(11)中B3的表达式如式(21):
式(11)中B4的表达式如式(22):
式(22)中y″的表达式如式(23):
式(22)中y″τ的表达式如式(24):
式(22)中fp(t)的表达式如式(25):
式(25)中b=1/σ;
式(11)中B5的表达式如式(26):
式(11)中B6的表达式如式(27):
步骤三、通过内点法求出Vk的最小值Vk(min),以及Vk的最小值Vk(min)对应的Tc、k、πp、β0、β1、T1及σ;
步骤四、计算电连接器试验总样本量n;
按照极大似然估计理论,寿命分布在贮存温度应力水平时P阶分位数的估计值渐近服从正态分布;的置信区间为[yP(ζ0)-W,yP(ζ0)+W];
其中,W的表达式如式(28):
式(28)中,Kγ是标准正态分布在置信度取γ时的100(1+γ)/2阶分位数;0<γ<1;W的值取0.4;
因此,电连接器试验总样本量n的表达式如式(29):
n=Vk(min)×(Kγσ/W)2 (29);
步骤五、取n个待检测电连接器分为恒定测试组和序进测试组;恒定测试组内有n×(1-πp)个待检测电连接器,序进测试组内有n×πp个待检测电连接器;
步骤六、将恒定测试组内的电连接器进行截尾时间为τ的恒定应力加速寿命试验;恒定应力加速寿命试验施加的应力值为Tc;在恒定应力加速寿命试验中对恒定测试组内每个待检测电连接器进行s次电阻值测量;s次测量时间分别为t1c,t2c,…,tsc,tsc=τ;在第j-1个测试周期(t(j-1)c,tjc)失效的电连接器数量为rjc,j=2,3,4……,s;
将序进测试组内的电连接器进行截尾时间为τ的序进应力加速寿命试验;序进应力加速寿命试验施加的初始应力值为T1,施加应力的升高速率k;在序进应力加速寿命试验中对序进测试组内每个待检测电连接器进行s次电阻值测量;s次测量时间分别为t1p,t2p,…,tsp,tsp=τ;在第i-1个测试周期(t(i-1)p,tip)失效的电连接器数量为rip,i=2,3,4……,s;
步骤七、计算电连接器模型参数的估计值;
在恒定应力加速寿命试验中失效的电连接器总数rc为:
恒定应力加速寿命试验中电连接器的总对数似然函数如式(30):
式(30)中,a=exp(β0+β1ζc);
在序进应力加速寿命试验中失效的电连接器总数rp为:
序进应力加速寿命试验中电连接器的总对数似然函数如式(31):
式(31)中,a=exp(β0+β1ζc);
n个电连接器的总对数似然函数为L=Lc+Lp
通过BFGS算法求出L取极大值时β0的估计值β1的估计值σ的估计值
步骤八、计算电连接器在可靠度R时的贮存寿命tR如式(32):
式(32)中,0<R<1;ζz的表达式如式(33):
2.根据权利要求1所述的一种电连接器加速贮存寿命试验方法,其特征在于:步骤二中的a是两参数weibull分布的特征寿命。
3.根据权利要求1所述的一种电连接器加速贮存寿命试验方法,其特征在于:步骤二中的ζc为将恒定应力加速寿命试验中施加的应力值归一化后所得的转化应力值。
4.根据权利要求1所述的一种电连接器加速贮存寿命试验方法,其特征在于:步骤二中的ζ1为序进应力加速寿命试验中施加的初始应力值归一化后所得的转化应力值。
5.根据权利要求1所述的一种电连接器加速贮存寿命试验方法,其特征在于:步骤二中的ζz为贮存温度归一化后所得的转化应力值。
6.根据权利要求1所述的一种电连接器加速贮存寿命试验方法,其特征在于:步骤二中的fp(t)为序进应力加速寿命试验中电连接器寿命分布的概率密度函数。
7.根据权利要求1所述的一种电连接器加速贮存寿命试验方法,其特征在于:步骤二中的b为两参数的weibull分布的形状参数。
8.根据权利要求1所述的一种电连接器加速贮存寿命试验方法,其特征在于:步骤二中的ζ0为贮存温度归一化后所得的转化应力值。
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