加速壽命試驗
加速壽命試驗，是指在進行合理工程及統(tǒng)計假設(shè)的基礎(chǔ)上，利用與物理失效規(guī)律相關(guān)的統(tǒng)計模型對在超出正常應(yīng)力水平的加速環(huán)境下獲得的可靠性信息進行轉(zhuǎn)換，得到試件在額定應(yīng)力水平下可靠性特征的可復(fù)現(xiàn)的數(shù)值估計的一種試驗方法。加速壽命試驗采用加速應(yīng)力進行試件的壽命試驗，從而縮短了試驗時間，提高了試驗效率，降低了試驗成本，其研究使高可靠長壽命產(chǎn)品的可靠性評定成為可能。按照試驗應(yīng)力的加載方式，加速壽命試驗通常分為恒定應(yīng)力試驗、步進應(yīng)力試驗和序進應(yīng)力試驗。
簡介：
加速壽命試驗的統(tǒng)一定義最早由美羅姆航展中心于1967年提出，加速壽命試驗是在進行合理工程及統(tǒng)計假設(shè)的基礎(chǔ)上，利用與物理失效規(guī)律相關(guān)的統(tǒng)計模型對在超出正常應(yīng)力水平的加速環(huán)境下獲得的信息進行轉(zhuǎn)換，得到產(chǎn)品在額定應(yīng)力水平下的特征可復(fù)現(xiàn)的數(shù)值估計的一種試驗方法。簡言之，加速壽命試驗是在保持失效機理不變的條件下，通過加大試驗應(yīng)力來縮短試驗周期的一種壽命試驗方法。加速壽命試驗采用加速應(yīng)力水平來進行產(chǎn)品的壽命試驗，從而縮短了試驗時間，提高了試驗效率，降低了試驗成本。
進行加速壽命試驗必須確定一系列的參數(shù)，包括(但不限于)： 試驗持續(xù)時間、樣本數(shù)量、試驗?zāi)康摹⒁蟮闹眯哦?、需求的精度、費用、加速因子、外場環(huán)境、試驗環(huán)境、加速因子計算、威布爾分布斜率或β參數(shù)(β < 1表示早期故障，β > 1 表示耗損故障) 。用加速壽命試驗方法確定產(chǎn)品壽命，關(guān)鍵是確定加速因子，而有時這是最困難的。一般用以下兩種方法。
加速壽命試驗技術(shù)相對于傳統(tǒng)的壽命試驗技術(shù)，效率高，成本低，是可靠性數(shù)學(xué)與可靠性工程領(lǐng)域的一個研究熱點，對高可靠、長壽命產(chǎn)品的定壽延壽研究具有重要的應(yīng)用價值。目前加速壽命試驗技術(shù)在民用領(lǐng)域使用得很廣泛，在軍用武器裝備的可靠性研究和壽命評估研究中也有較多應(yīng)用，并取得了一定的研究成果。新形勢下，軍用后勤裝備領(lǐng)域逐步出現(xiàn)長期儲存的高可靠、長壽命裝備，基于軍事效益和經(jīng)濟效益的雙重需求，對這類裝備的儲存壽命評估研究也逐步受到關(guān)注。隨著研究的不斷深入，加速壽命試驗技術(shù)在該領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V泛的應(yīng)用前景。
加速模型：
加速壽命試驗的基本思想是利用高應(yīng)力下的壽命特征去外推正常應(yīng)力水平下的壽命特征。實現(xiàn)這個基本思想的關(guān)鍵在于建立壽命特征與應(yīng)力水平之間的關(guān)系。這種壽命特征與應(yīng)力水平之間的關(guān)系就是通常所說的加速模型，又稱加速方程。加速模型在通常情況下是一個非線性曲線，但是可以通過對壽命數(shù)據(jù)和應(yīng)力水平進行適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)變換，如對數(shù)變換、倒數(shù)變換等，將其轉(zhuǎn)換為線性模型。加速模型可以分為失效物理加速模型和數(shù)學(xué)統(tǒng)計加速模型兩大。
失效物理加速模型是通過與失效機理相關(guān)的物理原理推導(dǎo)得到的加速模型。失效物理加速模型的數(shù)學(xué)表達形式為己知，只是模型參數(shù)待定，所以，基于失效物理加速模型的加速壽命試驗的基本任務(wù)就是通過試驗對模型參數(shù)進行辨識。這類加速模型主要有Arrhenius 模型、逆冪律（Inverse Power Law，IPL）模型、單應(yīng)力Eyring 模型、廣義Eyring 模型。此外，由Arrhenius 模型和逆冪律模型組合可導(dǎo)出一種新的模型：溫度－非熱能（T-NT）模型。由Eyring 模型可導(dǎo)出溫度－濕度（T-H）模型。
加速模型：
加速因子是加速壽命試驗的一個重要參數(shù)。它是加速應(yīng)力下產(chǎn)品某種壽命特征值與正常應(yīng)力下壽命特征值的比值，也可稱為加速系數(shù)，是一個無量綱數(shù)。加速因子反映加速壽命試驗中某加速應(yīng)力水平的加速效果，即是加速應(yīng)力的函數(shù)。
國內(nèi)外已對加速因子及其性質(zhì)進行了深入研究。最初，指數(shù)分布、正態(tài)分布、Weibull 分布等壽命分布類型的加速因子被定義為產(chǎn)品在兩種不同應(yīng)力水平下的平均壽命之比，后來有學(xué)者進行研究指出其中的不合理性，認(rèn)為加速因子是一種折算因子，其定義不僅依賴于壽命分布，還依賴于不同應(yīng)力水平之間的折算原則。
目前，加速因子的研究方法大致有基于統(tǒng)計推斷和基于預(yù)計技術(shù)兩類，基于預(yù)計技術(shù)的方法雖然簡單，但是不能給出加速因子的精確值，因而在壽命評估中不如基于統(tǒng)計推斷的方法更有研究價值和發(fā)展前途。
近些年，不同壽命分布的加速因子的研究成果比較豐富。針對不同的加速模型，如Arrhenius模型、Eyring 模型、逆冪律模型、溫度－濕度模型、溫度－非熱能模型等，已給出了相應(yīng)計算加速因子的方法。這些研究成果為今后的研究和應(yīng)用提供了思路和途徑。
由于加速壽命試驗帶有較濃重的經(jīng)驗色彩，一些理論基礎(chǔ)問題仍未得到解決。如：有效的加速壽命試驗對加速因子的要求及與失效機理不變條件的關(guān)系；加速因子的性質(zhì)和用途等。因此，對加速因子的研究不容忽視，有待更加精確、有效、簡便的確定方法來推動壽命評估和可靠性評估理論的發(fā)展。
類型：
按照試驗應(yīng)力的加載方式，加速壽命試驗通常分為恒定應(yīng)力試驗、步進應(yīng)力試驗和序進應(yīng)力試驗三種基本類型，如圖所示。它們分別表示了三種基本加速壽命試驗的應(yīng)力加載歷程。
1、恒定應(yīng)力試驗(Constant-Stress Testing: CST)
其特點是對產(chǎn)品施加的“負(fù)荷”的水平保持不變，其水平高于產(chǎn)品在正常條件下所接受的“負(fù)荷”的水平。試驗是將產(chǎn)品分成若干個組后同時進行，每一組可相應(yīng)的有不同的“負(fù)荷”水平，直到各組產(chǎn)品都有一定數(shù)量的產(chǎn)品失效時為止。恒定應(yīng)力試驗的應(yīng)力加載時間歷程見圖中的(a)，優(yōu)點是模型成熟、試驗簡單、易成功，缺點是試驗所需試樣多，試驗時間較長。這種試驗應(yīng)用最廣。
2、步進應(yīng)力試驗(Step-Up-Stress Testing: SUST)
此試驗對產(chǎn)品所施加的“負(fù)荷”是在不同的時間段施加不同水平的“負(fù)荷”，其水平是階梯上升的。在每一時間段上的“負(fù)荷”水平，都高于正常條件下的“負(fù)荷”水平。因此，在每一時間段上都會有某些產(chǎn)品失效，未失效的產(chǎn)品則繼續(xù)承受下一個時間段上更高一級水平下的試驗，如此繼續(xù)下去，直到在最高應(yīng)力水平下也檢測到足夠失效數(shù)(或者達到一定的試驗時間)時為止。步進應(yīng)力試驗的應(yīng)力加載時間歷程見圖 中的(b)，優(yōu)點是試驗所需試樣較少，加速效率相對較高，缺點是試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析難度大。
3、序進應(yīng)力加速壽命試驗(Progressive Stress Testing: PST)
序進應(yīng)力試驗方法與步進應(yīng)力試驗基本相似，區(qū)別在于序進應(yīng)力試驗加載的應(yīng)力水平隨時間連續(xù)上升。圖 中的(c)表示了序進應(yīng)力加載最簡單的情形，即試驗應(yīng)力隨時間呈直線上升的加載歷程。序加試驗的特點是應(yīng)力變化快，失效也快，因此序加試驗需要專用設(shè)備跟蹤和記錄產(chǎn)品失效。這種試驗方法優(yōu)點是效率最高，缺點是需要專門的裝置產(chǎn)生符合要求的加速應(yīng)力，相關(guān)研究和應(yīng)用較少。
進行試驗的條件
若加速壽命與實用壽命的失效模式相同，即可運用加速壽命試驗。但實際上，有時失效模式相同，失效機構(gòu)(Mechanism)卻不同，或即使失效機構(gòu)亦相同，但失效判定條件或使用條件變動的話，加速性就變化。在長期的研發(fā)改進過程中，產(chǎn)品的設(shè)計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，也因存在無法控制的因素影響，造成失效機構(gòu)的改變，這些都可能造成無法利用加速壽命試驗。
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，實施加速壽命試驗。例如，電視機用布朗管若使陰極溫度成為額定值的100%，可實施加速因子為2.2倍至3倍的加速壽命試驗。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，都會顯著減短壽命。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使電子放射特性劣化;若不取電流而動作的話，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，失效機構(gòu)也不同。故電子管須檢討實際使用時陰極溫度的偏差、間歇動作等條件，才能決定實施加速壽命試驗之方法。
除了以上所提的問題外，在規(guī)劃加速壽命試驗時須綜合考慮下列問題，才能選定加速壽命試驗的條件，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)生時間與施加應(yīng)力強度之間，可能因應(yīng)力大小之不同或因機械操作條件不同而有不同的關(guān)系，放在加速壽命試驗規(guī)劃之初，就應(yīng)該注意到此種應(yīng)力加速適用范圍的問題。
3、可在若干不同的試驗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，以較短試驗時的評估壽命的效用。
4、產(chǎn)品在實地使用狀況下，應(yīng)力的變動大，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)機構(gòu)相同的失效，分散亦頗不均勻，因此利用實驗數(shù)據(jù)推定實際使用壽命時，應(yīng)盡量指定累積失效率加以推定，以避免因數(shù)據(jù)不充足造成錯誤的分析。
比較
高加速壽命試驗和加速壽命試驗的比較
高加速壽命試驗不用于確定產(chǎn)品的壽命。因為我們關(guān)心的是使產(chǎn)品盡可能提高可靠性，可靠性量值的測定并不重要。然而，對于具有耗損時間的機械產(chǎn)品，盡可能準(zhǔn)確地知道其壽命是非常重要的。
高加速壽命試驗比起加速壽命試驗來，一個重要優(yōu)勢就是在找尋影響外場使用的缺陷方面的速度較快。完成一個典型的高加速壽命試驗僅需2-4天，而且我們找尋的最終將變成外場使用問題的缺陷的成功率非常高。
加速壽命試驗比起高加速壽命試驗的一個優(yōu)勢是，我們不需要任何環(huán)境設(shè)備。通常，臺架上試驗就足夠了。并且許多情況下，在用戶的設(shè)施上就能進行該試驗。另一個好處就是試驗?zāi)芡瑫r確定產(chǎn)品的壽命，而這一點對高加速壽命試驗來說卻做不到。
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