CN110851940A - 一种基于应力分布的产品可靠性加速验证试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于应力分布的产品可靠性加速验证试验方法，其首先获取应力分布形式的现场工作应力数据；然后确定产品可靠性加速验证试验的加速模型及其参数以及试验条件；之后确定产品所需验证的现场运行时间要求；之后基于获取的应力分布形式的现场工作应力数据以及加速模型及其参数，计算产品在现场各种应力水平及其分布比例下的等效加速试验时间；最后结合产品在现场各种应力水平及其分布比例下的等效加速试验时间和产品所需验证的现场运行时间要求，确定在给定试验条件下的总体加速因子和相应的可靠性加速验证试验时长。
Description
技术领域
本发明属于产品寿命评估技术领域，尤其涉及一种基于应力分布的产品可靠性加速验证试验方法。
背景技术
为了快速评估产品的可靠性和寿命水平，缩短产品研发周期，减少试验费用，需要利用加速寿命试验等加速应力试验的方式，开展相应的产品试验评价。加速寿命试验可以在不改变产品失效机理的前提下，利用高加速应力水平下的产品寿命特征去外推正常应力水平下的产品寿命特征，实现产品寿命的快速评估。然而，在目前加速寿命试验的建模分析过程中，产品正常工作应力(温度、湿度、振动等)水平的选取，多是采用依据工程经验或者针对现场工况数据直接取平均的方式，即采用的是某一个固定量值的应力水平的形式。这种处理方式，虽然可以简化产品正常工作应力水平的确定过程，但是却会因为依据工程经验导致信息的不真实，或者由于现场工况数据直接取平均导致信息不全面，从而无法准确、全面的反应产品在现场的实际运行环境和寿命表现。
因此，亟需一种基于应力分布(即可表示现场各种可能出现的工作应力条件及其出现概率，而非某一个固定量值的应力水平)的可靠性加速验证试验方法，以保证所评估的加速因子及可靠性指标，能够更加真实、全面的反应产品在现场的实际工作表现。目前尚无这方面的研究。
发明内容
针对上述问题，本发明的提供一种基于应力分布的产品可靠性加速验证试验方法。该方法主要包括以下步骤：
获取应力分布形式的现场工作应力数据；
确定产品可靠性加速验证试验的加速模型及其参数以及试验条件；
确定产品所需验证的现场运行时间要求；
基于现场工作应力数据以及加速模型及其参数，确定产品在现场各种应力水平下的加速因子；
基于产品在现场各种应力水平下的加速因子和产品所需验证的现场运行时间要求，确定在所述试验条件下产品在现场各种应力水平及其分布比例下的等效加速试验时间；
基于产品在现场各种应力水平及其分布比例下的等效加速试验时间和产品所需验证的现场运行时间要求，确定总体加速因子；
基于总体加速因子和产品所需验证的现场运行时间要求，确定产品可靠性加速验证试验在所述试验条件下的试验时长，进行产品可靠性加速验证试验。
在本发明的一个实施例中，优选根据产品的加速寿命试验数据、相似产品的经验数据以及相关的行业标准或数据确定所述加速模型的参数。
在本发明的一个实施例中，优选根据产品的工作极限数据确定所述试验条件。
在本发明的一个实施例中，优选根据产品的保修期以及现场实际运行情况来确定所述产品所需验证的现场运行时间要求。
在本发明的一个实施例中，所述基于现场工作应力数据以及加速模型及其参数，确定产品在现场各种应力水平下的加速因子，包括以下步骤；
基于现场工作应力数据以及加速模型及其参数，确定产品在现场第i种应力水平下的寿命L0与产品在加速第i种应力水平下的寿命Li；
根据下式确定产品在现场第i种应力水平下的加速因子AFi：
AFi＝L0/Li。
在本发明的一个实施例中，根据下式确定在所述试验条件下产品在现场各种应力水平及其分布比例下的等效加速试验时间：
上式中，ti表示相对于现场第i种应力水平的等效加速试验时间，t0表示产品所需验证的现场运行时间要求，mi表示现场第i种应力水平的分布比例。
在本发明的一个实施例中，根据下式确定总体加速因子AF：
AF＝t0/∑ti。
在本发明的一个实施例中，所述试验时长等于产品所需验证的现场运行时间要求与总体加速因子的比值。
与现有技术相比，本发明具有如下优点或有益效果：
1、本发明创新性的提出基于应力分布的产品现场工况表示方法，相对于现有传统的采用某一个固定量值的应力水平的方式，能够更加准确、全面的反应产品在现场的实际运行情况；
2、本发明基于应力分布形式的现场工况数据，首次提出在各种应力水平及其分布比例下的加速因子及等效加速试验时间的计算方法；
3、本发明的试验方案采用可靠性加速验证试验的形式，通过基于应力分布形式的现场工况数据获得合理的试验时间，提高试验的应力水平，能够大大减少试验的时间和成本的投入。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本发明实施例提供的可靠性加速验证试验方法的工作流程图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
图1所示是本发明提供的可靠性加速验证试验方法的一种工作流程。在此，应当指出的是，本发明的方法步骤不限于于此。例如，“确定产品可靠性加速验证试验的试验条件”可以先于“确定产品所需验证的现场运行时间要求进行”。例如，首先，获取应力分布形式的现场工作应力数据(温度、湿度、振动等)；然后，确定产品可靠性加速验证试验的加速模型及其参数；之后，确定产品可靠性加速验证试验的试验条件以及产品所需验证的现场运行时间要求；基于获取的应力分布形式的现场工作应力数据以及加速模型及其参数，计算现场各种应力水平及其分布比例下的等效加速试验时间；最后，结合现场各种应力水平及其分布比例下的等效加速试验时间和产品所需验证的现场运行时间要求，确定在给定试验条件下的总体加速因子和可靠性加速验证试验方案(试验时长)。
下面结合具体实施例详细地说明各个步骤。
步骤一：获取应力分布形式的现场工作应力数据。
采集产品在现场运行过程中各种应力(温度、湿度、振动等)的实测环境数据，通过例如统计等相关数据处理方法获得应力分布形式(涵盖现场各种可能出现的工作应力条件及其出现概率)的现场工作应力数据信息。
例如，下表是统计的某风电场在数据采集周期内(265天)的实测温度和湿度的分布比例数据。
表1某风电场的实测温度和湿度的分布比例数据
步骤二：确定产品可靠性加速验证试验的加速模型及其参数。
为了验证产品在现场较长运行时间内的可靠性要求，需对其在加速应力条件下开展相关的可靠性加速验证试验。而为了准确计算加速条件的试验时间相对于运行现场的等效时间，需确定产品基于敏感应力的加速模型，其中加速模型参数的确定可通过该产品的加速寿命试验、相似产品的经验数据以及相关的行业标准或数据获得。
例如，某控制板在风电场应用的可靠性敏感应力为温度和湿度应力，对其开展可靠性加速验证试验，可采用Peck模型作为加速模型：
上式中，L为产品寿命，RH为相对湿度，T为热力学绝对温度，k为波尔兹曼常数8.6171×10-5eV/K，Ea为激活能，A和η为常数。
在此，根据该控制板以往加速寿命试验的实施数据，选取激活能Ea＝0.45，湿度系数η＝3。
步骤三：确定产品所需验证的现场运行时间要求和产品可靠性加速验证试验的试验条件。
结合产品的保修期及现场实际运行情况，确定产品所需验证的现场运行时间要求。同时根据产品的工作极限数据，确定产品可靠性加速验证试验的加速试验条件。
例如，根据用户提出的需求，需验证某控制板在风电场环境下运行5年后的基本可靠性要求。此外，结合该控制板的工作极限信息，设定其可靠性加速验证试验的加速试验条件为温度85℃、相对湿度85％。
步骤四：计算现场各种应力水平及其分布比例下的等效加速试验时间。
基于获取的应力分布形式的现场工作应力数据、加速模型及其参数，计算产品在现场各种应力水平及其分布比例下的等效加速试验时间。具体步骤如下。
首先基于现场工作应力数据以及加速模型及其参数，确定产品在现场各种应力水平下的加速因子。
具体地，根据下式确定产品在现场第i种应力水平下的加速因子AFi：
AFi＝L0/Li。
式中，L0和Li分别是产品在现场第i种应力水平下的寿命和产品在加速第i种应力水平下的寿命，它们可以基于现场工作应力数据以及加速模型及其参数而确定。
例如，基于Peck模型，产品在温湿度综合应力下的加速因子AFi可表示为：
上式中，H0为产品正常工作时的相对湿度，Hi为产品加速试验时的相对湿度，T0为产品正常工作时的温度，Ti为产品加速试验时的温度，L0为产品在正常应力水平i下的寿命，Li为产品在加速应力水平i下的寿命。
然后，基于产品在现场各种应力水平下的加速因子和产品所需验证的现场运行时间要求，根据下式确定在所述试验条件下产品在现场各种应力水平及其分布比例下的等效加速试验时间：
上式中，ti表示相对于现场第i种应力水平的等效加速试验时间，t0表示产品所需验证的现场运行时间要求，mi表示现场第i种应力水平的分布比例。
例如，对于某控制板，在温度85℃、相对湿度85％的加速试验条件下，相对于表1的现场各种温湿度应力条件及其出现概率的等效加速试验时间，可以根据上式计算获得。
此时，ti代表在加速应力水平温度85℃、相对湿度85％下相对于现场第i种应力条件的等效加速试验时间，t0代表产品所需验证的现场运行时间要求(在本实施例中，按照5年验证期计算，t0＝43800h)，mi代表表1中现场第i种应力条件的分布比例。
具体的，以下是某控制板在温度85℃、相对湿度85％的加速试验条件下，相对于表1的现场各种温湿度应力条件及其出现概率的加速因子和等效加速试验时间。
表2某控制板在加速试验条件下的等效加速试验时间
步骤五：确定试验条件下的总体加速因子及可靠性加速验证试验方案。
结合产品在现场各种应力水平及其分布比例下的等效加速试验时间和产品所需验证的现场运行时间要求，确定试验条件下的可靠性加速验证试验方案。具体步骤如下。
首先，基于产品在现场各种应力水平及其分布比例下的等效加速试验时间和产品所需验证的现场运行时间要求，根据下式确定总体加速因子AF：
AF＝t0/∑ti。
例如，针对某控制板，其在温度85℃、相对湿度85％的加速试验条件下，相对于表1的应力分布形式的现场工作应力数据的总体加速因子AF，可表示为：
然后，基于总体加速因子和产品所需验证的现场运行时间要求，确定产品可靠性加速验证试验在所述试验条件下的试验时长。具体地，所述试验时长等于产品所需验证的现场运行时间要求与总体加速因子的比值。
由此得到某控制板的总体加速因子为34.63，那么在温度85℃、相对湿度85％的加速试验条件下，通过实施43800/34.63＝1264.98h(约1.76个月)的可靠性加速验证试验，可以验证某控制板在表1的现场温湿度应力分布条件下的5年的耐温湿度应力影响的基本可靠性要求。
在此，应该理解的是，尽管上文已经描述了所公开系统和方法的各种示例性实施例，但是它们仅用于示例性的目而并非加以限制。虽然本发明的相关内容，以某控制板的温湿度综合应力的可靠性加速验证试验为对象进行详细说明，但是本发明中基于应力分布的可靠性加速验证试验方法，产品类型通用性强、现场应力范围适用性广，同样可以推广适用于其他类型产品的温度、湿度、振动、电应力等单应力或组合应力的可靠性加速验证试验评估。因此，本公开并非是详尽的，并且不限制所公开的精确形式。在不脱离本公开广度或范围的情况下，可根据上述教导进行修改及变型，或者从本公开的实践中获知修改及变型。
Claims (8)
1.一种基于应力分布的产品可靠性加速验证试验方法，包括以下步骤：
获取应力分布形式的现场工作应力数据；
确定产品可靠性加速验证试验的加速模型及其参数以及试验条件；
确定产品所需验证的现场运行时间要求；
基于现场工作应力数据以及加速模型及其参数，确定产品在现场各种应力水平下的加速因子；
基于产品在现场各种应力水平下的加速因子和产品所需验证的现场运行时间要求，确定在所述试验条件下产品在现场各种应力水平及其分布比例下的等效加速试验时间；
基于产品在现场各种应力水平及其分布比例下的等效加速试验时间和产品所需验证的现场运行时间要求，确定总体加速因子；
基于总体加速因子和产品所需验证的现场运行时间要求，确定产品可靠性加速验证试验在所述试验条件下的试验时长，进行产品可靠性加速验证试验。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据产品的加速寿命试验数据、相似产品的经验数据以及相关的行业标准确定所述加速模型的参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据产品的工作极限数据确定所述试验条件。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据产品的保修期以及现场实际运行要求来确定所述产品所需验证的现场运行时间要求。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于现场工作应力数据以及加速模型及其参数，确定产品在现场各种应力水平下的加速因子，包括以下步骤：
基于现场工作应力数据以及加速模型及其参数，确定产品在现场第i种应力水平下的寿命L0与产品在加速第i种应力水平下的寿命Li；
根据下式确定产品在现场第i种应力水平下的加速因子AFi：
AFi＝L0/Li。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据下式确定在所述试验条件下产品在现场各种应力水平及其分布比例下的等效加速试验时间：
上式中，ti表示相对于现场第i种应力水平的等效加速试验时间，t0表示产品所需验证的现场运行时间要求，mi表示现场第i种应力水平的分布比例。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据下式确定总体加速因子AF：
AF＝t0/∑ti。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述试验时长等于产品所需验证的现场运行时间要求与总体加速因子的比值。
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