CN111208364B - 基于多模型的综合应力可靠性加速试验方法 - Google Patents

基于多模型的综合应力可靠性加速试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多模型的综合应力可靠性加速试验方法，属于可靠性试验技术领域。该方法首先确定受试应力基准及正常应力下受试产品可靠性试验剖面和可靠性试验时间；然后选取加速应力，利用Coffin‑Masson、Arrhenius和Peck模型计算应力的加速因子及持续时间，并计算可靠性加速试验时间和综合加速因子；再依次确定可靠性加速试验振动应力施加方式及施加时间，确定可靠性加速试验剖面，最后开展可靠性加速试验。本发明能够显著缩短可靠性试验时间，节省可靠性试验经费，同时达到验证其可靠性指标的目的。

Description

基于多模型的综合应力可靠性加速试验方法
技术领域
本发明属于可靠性试验技术领域，尤其涉及基于Coffin-Masson、Arrhenius和Peck模型的综合应力环境下可靠性加速试验方法。
背景技术
可靠性作为产品质量特性的核心内容，在今天更显的尤为重要。随着产品质量的提高，其可靠性水平越来越高，可靠性试验作为考核产品可靠性水平的重要手段，面临着一系列的困难。
目前，可靠性试验是目前常用的考核可靠性指标的方法，电子产品主要依据标准为GJB899A-2009《可靠性鉴定和验收试验》，选取定时截尾试验统计方案，按照GJB899A相应的可靠性试验剖面开展试验。随着产品可靠性水平的提高，部分产品的可靠性指标平均故障间隔时间动辄数千小时，甚至上万小时，采用常规的可靠性试验方法对可靠性指标进行验证时，时间较长，耗费试验经费较多，即耽误了工程进度，又大大增加了经费和试验资源的耗费，常规的可靠性试验方法已经不能满足高可靠产品研制的需要。
如20世纪80年代，美国的航电设备已经要求可靠性指标平均故障间隔时间达到2000小时以上，选择高风险定时截尾试验统计方案，单样本最少也需要开展2200小时的可靠性试验以验证其可靠性指标，需要耗时需3个月之久，严重影响工程进度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于Coffin-Masson、Arrhenius和Peck模型的综合应力可靠性加速试验方法，能够显著缩短可靠性试验时间，节省可靠性试验经费，同时达到验证其可靠性指标的目的。
基于多模型的综合应力可靠性加速试验方法，该方法实现的步骤如下：
步骤一：确定受试产品的正常应力基准及正常应力下受试产品可靠性试验剖面和可靠性试验时间；
步骤二：选取加速应力，利用Coffin-Masson、Arrhenius和Peck模型计算应力的加速因子及持续时间，并计算可靠性加速试验时间；
步骤三：计算综合加速因子；
步骤四：确定可靠性加速试验振动应力施加方式及施加时间；
步骤五：确定可靠性加速试验剖面；
步骤六：开展可靠性加速试验。
进一步地，所述步骤一的内容包括：依据GJB899A和受试产品要求，选定合适的定时截尾统计方案，获取正常应力可靠性试验时间和正常应力可靠性试验剖面，确定正常应力可靠性试验剖面的温变循环、温变速率、高温时间、高湿时间、低温时间和振动时间。
进一步地，所述步骤二的内容包括：根据受试产品特性，确定温度、湿度和振动可靠性加速试验应力施加范围，利用Coffin-Masson模型确定温变加速因子，利用Arrhenius模型确定高温加速因子，利用Peck模型确定高温条件下高湿加速因子，将正常应力及其持续时间转化为不改变受试电子产品失效机理发生改变的加速应力，计算加速应力持续时间，并通过低温调查方式确定受试产品低温持续时间，最终确定单次可靠性加速试验循环时间。
进一步地，所述加速应力下可靠性加速试验剖面与正常应力下可靠性试验剖面达到应力等效。
进一步地，采用Coffin-Masson、Arrhenius和Peck模型将温变、温度、湿度三种正常应力等效为快速温变、高温、高湿三种加速应力。
有益效果：
本发明根据受试产品特性分别利用Coffin-Masson模型、Arrhenius模型和Peck模型将正常应力及其持续时间转化为不改变受试电子产品失效机理的加速应力，并计算出其持续时间；通过正常应力条件下可靠性试验总时间和加速应力条件下可靠性加速试验时间计算整体加速因子；计算正常应力下施加振动损伤谱和运输载荷谱总时间，结合可靠性加速试验总时间，合理分配至单次可靠性加速试验循环中；利用温变、高温、高湿等加速应力及其持续时间，以及低温和振动应力持续时间，合成获得可靠性加速试验剖面；依据可靠性加速试验剖面和可靠性加速试验总时间，组织开展受试电子产品可靠性加速试验。本发明在于满足国军标条件,不改变受试电子产品失效机理，大幅度缩短电子产品可靠性试验时间，降低可靠性试验费用，同时达到考核受试电子产品可靠性指标的目的。
附图说明
图1为基于多模型的综合应力可靠性加速试验方法的步骤流程图；
图2为图1的详细步骤流程图；
图3为GJB899A-2009《可靠性鉴定与验收试验》潜艇设备的试验剖面(无冷浸无热浸)。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种基于多模型的综合应力可靠性加速试验方法，该方法的实现步骤如附图1和2所示：
步骤1：确定受试应力基准及正常应力下受试产品可靠性试验剖面和可靠性试验时间
(1)以受试产品以潜艇设备为例，假设其可靠性指标平均故障间隔时间为T，正常工作温度范围为t0-t1，湿度≤95％(有凝露)；
(2)依据GJB899A-2009《可靠性鉴定与验收试验》，受试产品正常应力可靠性试验试验剖面为GJB899A-2009《可靠性鉴定与验收试验》中潜艇设备的试验剖面(无冷浸无热浸)，如图1所示，单次剖面试验时间为24小时；根据GJB899A选取合适的定时截尾统计试验方案，假设该试验方案为正常应力下平均故障间隔时间的c倍，即正常应力条件下可靠性试验时间为cT，在正常应力试验剖面下，共需要n＝cT/24个循环。
步骤2：选取加速应力，计算应力的加速因子及持续时间，并计算可靠性加速试验时间
(1)根据受试产品特性，假设受试产品能正常工作的温度范围仍为t0-t1，湿度仍为不超过95％，振动应力与GJB899A中战斗损伤谱和运输载荷谱一致，选取温变、高温、高湿为加速应力，振动、低温等应力等效正常应力条件下可靠性试验时间内振动和低温总施加时间；
(2)温变加速应力：如图3所示，正常应力试验剖面下，存在两个温变小循环，分别为 t0℃-22℃-t0℃和22℃-t1℃-22℃，其温变率分别为w0℃/min和w1℃/min，可靠性加速试验温变循环为t0℃-t1℃-t0℃，可靠性加速试验温变率取w℃/min，可靠性加速试验温变循环为根据Coffin-Masson模型，热疲劳因子为P，则第1个温度小循环加速因子为
Figure RE-GDA0002442303220000031
第2个温度小循环加速因子为
Figure RE-GDA0002442303220000041
可靠性加速试验循环次数(取整)
Figure RE-GDA0002442303220000042
(3)高温加速应力：利用Arrhenius模型，激活能为Ea，kB为Boltzmann常数，kB＝8.617×10-5，则将22℃等效到t1℃的加速因子为：
Figure RE-GDA0002442303220000043
(4)高温高湿加速应力：利用Peck模型中的湿度模型，湿度模型参数为h，将t1℃，湿度s％等效到t1℃，湿度95％的加速因子为：
Figure RE-GDA0002442303220000046
Figure RE-GDA0002442303220000044
(5)低温试验时间：通过温度调查确定受试产品温度达到稳定的时间为td
湿度变化段时间：根据试验需要，合理确定湿度变化段时间ts
(6)单次循环可靠性加速试验循环时间
单次可靠性加速试验循环时间tx＝低温段时间+升/降温段时间+高温段+湿度变化段时间
＝td+2*(t1-t0)/c+(240n/(N×AF)+120n/(N×AF)+180n/N+120n/(N×AZ))+ts
可靠性加速试验总时间
可靠性加速试验总时间Tj＝N×tx
步骤3：计算综合加速因子
Figure RE-GDA0002442303220000045
步骤4：确定可靠性加速试验振动应力施加方式及施加时间
正常应力可靠性试验剖面振动为3小时为一振动循环，施加一次10min战斗损伤谱，并在3h内进行6次20min共120min随机振动。正常应力下试验的振动时间为：
战斗损伤谱总时间为n×10＝10n
运输载荷谱总时间为n×120＝120n
振动应力施加时间为n×3×60＝180n
当Tj≥180n时，按常规每3小时一个振动循环进行施加，将振动应力合理分配在可靠性加速试验剖面内；
当Tj＜180n时，每个可靠性加速试验剖面内施加战斗损伤谱时间为10n/N，施加运输载荷谱时间为180n/N，参考正常可靠性试验剖面下振动循环模式施加振动应力。
步骤5：确定可靠性加速试验剖面
根据以上加速应力及持续时间，以及振动应力及持续时间、低温应力及持续时间、湿度变化时间等，画出可靠性加速试验剖面。
步骤6：开展可靠性加速试验
依据可靠性加速试验剖面和可靠性加速试验时间，组织开展可靠性加速试验。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于多模型的综合应力可靠性加速试验方法，其特征在于，该方法实现的步骤如下：
步骤一：确定受试产品的正常应力基准及正常应力下受试产品可靠性试验剖面和可靠性试验时间；
步骤二：选取加速应力，利用Coffin-Masson、Arrhenius和Peck模型计算应力的加速因子及持续时间，并计算可靠性加速试验时间；包括以下子步骤：
步骤A：根据受试产品特性，假设受试产品能正常工作的温度范围仍为t0-t1，湿度仍为不超过95％，振动应力与GJB899A中战斗损伤谱和运输载荷谱一致，选取温变、高温、高湿为加速应力，振动和低温应力等效正常应力条件下可靠性试验时间内振动和低温总施加时间；
步骤B：计算温变加速应力和可靠性加速实验循环次数；正常应力试验剖面下，存在两个温变小循环，分别为t0℃-22℃-t0℃和22℃-t1℃-22℃，其温变率分别为w0℃/min和w1℃/min，可靠性加速试验温变循环为t0℃-t1℃-t0℃，可靠性加速试验温变率取w℃/min，可靠性加速试验温变循环为根据Coffin-Masson模型，热疲劳因子为P，则第1个温度小循环加速因子为
Figure FDA0003495311750000011
第2个温度小循环加速因子为
Figure FDA0003495311750000012
可靠性加速试验循环次数
Figure FDA0003495311750000013
其中，n为正常应力试验剖面下试验循环次数，n＝cT/24，cT为正常应力条件下可靠性试验时间；
步骤C：利用所述Arrhenius模型计算高温加速应力的加速因子AF；
步骤D：利用所述Peck模型计算高温高湿加速应力的加速因子AZ；
步骤E：通过温度调查确定受试产品温度达到稳定的时间为低温试验时间td，根据试验需要，合理确定湿度变化段时间ts；
步骤F：计算单次循环可靠性加速实验循环时间和可靠性加速实验总时间，
单次可靠性加速试验循环时间tx＝低温段时间+升/降温段时间+高温段+湿度变化段时间＝td+2*(t1-t0)/w+(240n/(N×AF)+120n/(N×AF)+180n/N+120n/(N×AZ))+ts，
可靠性加速试验总时间Tj＝N×tx；
步骤三：计算综合加速因子；
步骤四：确定可靠性加速试验振动应力施加方式及施加时间；
步骤五：确定可靠性加速试验剖面；
步骤六：开展可靠性加速试验。
2.如权利要求1所述的基于多模型的综合应力可靠性加速试验方法，其特征在于，所述步骤一的内容包括：依据GJB899A和受试产品要求，选定合适的定时截尾统计方案，确定正常应力可靠性试验时间和正常应力可靠性试验剖面，确定正常应力可靠性试验剖面的温变循环、温变速率、高温时间、高湿时间、低温时间和振动时间。
3.如权利要求1所述的基于多模型的综合应力可靠性加速试验方法，其特征在于，所述步骤二的内容包括：根据受试产品特性，确定温度、湿度和振动可靠性加速试验应力施加范围，利用Coffin-Masson模型确定温变加速因子，利用Arrhenius模型确定高温加速因子，利用Peck模型确定高温条件下高湿加速因子，将正常应力及其持续时间转化为不改变受试电子产品失效机理发生改变的加速应力，计算加速应力持续时间，并通过低温调查方式确定受试产品低温持续时间，最终确定单次可靠性加速试验循环时间和可靠性加速试验循环时间。
4.如权利要求1所述的基于多模型的综合应力可靠性加速试验方法，其特征在于，所述加速应力下可靠性加速试验剖面与正常应力下可靠性试验剖面达到应力等效。
5.如权利要求1所述的基于多模型的综合应力可靠性加速试验方法，其特征在于，采用Coffin-Masson、Arrhenius和Peck模型将温变、温度、湿度三种正常应力等效为快速温变、高温、高湿三种加速应力。
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