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加速壽命試驗(yàn)

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1.什么是加速壽命試驗(yàn)

加速壽命試驗(yàn)是指采用加大應(yīng)力的方法促使樣品在短期內(nèi)失效,以預(yù)測(cè)在正常工作條件或儲(chǔ)存條件下的可靠性,但不改變受試樣品的失效分布。

一般說(shuō)來(lái),加速壽命試驗(yàn)考慮的三個(gè)要素為環(huán)境應(yīng)力、試驗(yàn)樣本數(shù)及試驗(yàn)時(shí)間。假如產(chǎn)品既復(fù)雜又昂貴,則樣本數(shù)將較少,相對(duì)的須增加試驗(yàn)時(shí)間或環(huán)境應(yīng)力,以加速其試驗(yàn);反之如果產(chǎn)品造價(jià)較便宜,且數(shù)量多,則欲縮短試驗(yàn)時(shí)間的情況下,可考慮增加樣本數(shù)或環(huán)境應(yīng)力。惟如前面所敘述,加速壽命試驗(yàn)下的失效模式.必須與正常操作環(huán)境下之壽命試驗(yàn)相同,其試驗(yàn)結(jié)果才有意義。

2.加速壽命試驗(yàn)的類型

加速壽命試驗(yàn)是在操作頻率方面或在理化反應(yīng)方面加速試件之劣化條件,以較短時(shí)間推定產(chǎn)品正常使用狀態(tài)之失效率或壽命的試驗(yàn)方法。依其實(shí)施的方法可分為應(yīng)力加速.時(shí)間加速及分析加速三大類型,分述如下:

(1)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn):此法系加重工作應(yīng)力或環(huán)境應(yīng)力,短時(shí)間內(nèi)造成強(qiáng)制劣化效果的加速壽命試驗(yàn)方法,所施加之應(yīng)力通常大小一定。但亦有隨時(shí)間變化的步進(jìn)應(yīng)力(Step Stress)試驗(yàn)法。加速應(yīng)力試驗(yàn)在施加應(yīng)力種類、大小及施加方式等方面均須有適當(dāng)考慮選擇。所選擇應(yīng)力種類須有效造成強(qiáng)制劣化效應(yīng),而其可施加應(yīng)力之大小應(yīng)受「所造成失效模式與實(shí)際操作時(shí)發(fā)生者相同」的約束。施加方式,須使應(yīng)力之傳遞.分布及作用方式與實(shí)際操作情況相同。凡此種種,在試驗(yàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)皆需要注意考慮。

(2)時(shí)間加速壽命試驗(yàn)(亦稱反復(fù)加速壽命試驗(yàn)):此法系增加產(chǎn)品操作之反復(fù)次數(shù)或形成連續(xù)動(dòng)作,以造成加速效應(yīng)的方法,屬于狹義的加速壽命試驗(yàn)。此法適用于諸如自動(dòng)電話交換機(jī)選擇開(kāi)關(guān)等,工作中以開(kāi)機(jī)關(guān)機(jī)為必要?jiǎng)幼髑覟樵斐墒е饕蛑畽C(jī)械。

(3)分析加速壽命試驗(yàn):此法系應(yīng)用劣化觀測(cè)及數(shù)據(jù)分析分析技巧,加速判定失效率或壽命狀況的方法。簡(jiǎn)單一點(diǎn)的說(shuō),分析加速壽命試驗(yàn)便是在產(chǎn)品之造價(jià)相當(dāng)昂貴時(shí),則可斟酌采用增加試驗(yàn)時(shí)間,減少取樣的試驗(yàn)方法;反之,若產(chǎn)品產(chǎn)量多且造價(jià)低廉,則可考慮增加樣本,并相對(duì)的減少試驗(yàn)時(shí)間的一種加速壽命試驗(yàn)。

3.加速壽命試驗(yàn)的條件

若加速壽命與實(shí)用壽命的失效模式相同,即可運(yùn)用加速壽命試驗(yàn)。但實(shí)際上,有時(shí)失效模式相同,失效機(jī)構(gòu)(Mechanism)卻不同,或即使失效機(jī)構(gòu)亦相同,但失效判定條件或使用條件變動(dòng)的話,加速性就變化。在長(zhǎng)期的研發(fā)改進(jìn)過(guò)程中,產(chǎn)品的設(shè)計(jì)或制造方法都可能發(fā)生變化,顧客的使用條件方可能發(fā)生變化;或是以規(guī)定的技術(shù)方法所生產(chǎn)的產(chǎn)品,也因存在無(wú)法控制的因素影響,造成失效機(jī)構(gòu)的改變,這些都可能造成無(wú)法利用加速壽命試驗(yàn)。

例如,電子管的壽命滿足Arrhenius的關(guān)系式,所以可提高陰極溫度,實(shí)施加速壽命試驗(yàn)。例如,電視機(jī)用布朗管若使陰極溫度成為額定值的100%,可實(shí)施加速因子為2.2倍至3倍的加速壽命試驗(yàn)。但不論是陰極溫度低于額定,或不從陰極取電流而使用電子管時(shí),都會(huì)顯著減短壽命。兩者之失效模式都是電子放射不良,但其間的差異在于失效機(jī)構(gòu)不同。電子管常因陰極活性物質(zhì)的減少而使電子放射特性劣化,但陰極溫度減低的話,管內(nèi)不純氣體的作用亦會(huì)使電子放射特性劣化;若不取電流而動(dòng)作的話,陰極內(nèi)部生成的中間層化合物電阻增大,亦使電子放射特性劣化,所以即使判定壽命的失效模式相同,失效機(jī)構(gòu)也不同。故電子管須檢討實(shí)際使用時(shí)陰極溫度的偏差、間歇?jiǎng)幼鞯葪l件,才能決定實(shí)施加速壽命試驗(yàn)之方法。

除了以上所提的問(wèn)題外,在規(guī)劃加速壽命試驗(yàn)時(shí)須綜合考慮下列問(wèn)題,才能選定加速壽命試驗(yàn)的條件,以決定其適用的范圍:

(1)施加應(yīng)力之大小不同可能形成不同的失效模式,在此種情形下,應(yīng)力加速法之使用受到限制。

(2)失效發(fā)生時(shí)間與施加應(yīng)力強(qiáng)度之間,可能因應(yīng)力大小之不同或因機(jī)械操作條件不同而有不同的關(guān)系,放在加速壽命試驗(yàn)規(guī)劃之初,就應(yīng)該注意到此種應(yīng)力加速適用范圍的問(wèn)題。

(3)可在若干不同的試驗(yàn)方法及不同的失效分析基準(zhǔn)之中,選用加速因子較大的方法,以較短試驗(yàn)時(shí)間評(píng)估壽命的效用。

(4)產(chǎn)品在實(shí)地使用狀況下,應(yīng)力的變動(dòng)大,失效發(fā)生的條件方可因使用者不同而異;或即使是反應(yīng)機(jī)構(gòu)相同的失效,分散亦頗不均勻,因此利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推定實(shí)際使用壽命時(shí),應(yīng)盡量指定累積失效率加以推定,以避免因數(shù)據(jù)不充足造成錯(cuò)誤的分析。

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