加速贮存寿命试验优化设计综述

1、加速贮存寿命试验优化设计综述提高。 这是由于以往开展的延寿研究工作在研究方法上主要是通过自然贮 存 、 年度测试 、 例试 、 典试来取得信息 试验件的品种和数量受到种种限制 , 而无法根据需要获得的性能 变化规律来设计试验方案 , 在延寿措施上主要是通过挖潜 , 定期更换 , 增加备件 , 维修等方法 在研究 工作中总是希望其不出现故障 , 对出现的故障也不作深人细致的故障分析 , 不从根本上弄清其失效机理 , 当然也就无法采取彻底消除其故障的措施 。 这样当然无法从根本上延长导弹贮存期提高贮存可靠度 , 为了 从根本上改变这一情况 , 延寿研究工作必须要创新。 延寿研究试验的主要目的应该是

2、掌握产品性能变化规律 找出影响贮存期的薄弱环节 ,搞清其失效机理 , 通过二次开发排除产生故障的因素 , 从根本上延长导 弹贮存期提高贮存可靠度。 这方面美国民兵 导弹从 世纪 年代开始实施的改进计划 , 将民兵皿的服役期延 长至 年的经验 , 是非常值得我们借鉴的。加速贮存寿命试验优化设计综述宋亚 男 李新俊 刘雪峰 张仕念 王首臻比京清河大楼子八性生刁随着科学技术的高速发展 , 对可靠性产品的需求越来越多 , 产品的更新 换代的周期也越来越短 , 并且要求在较短时期内获得产品的可靠性指标和寿命等信息 。 通常的寿命试 验方法要耗费大量的试验时间 、人力和物力 , 并且长时间试验后出来的结果

3、可能已经失去了实际意义 , 因此便有了加速寿命试验 , 即在高于工作应力的几种应力水平下进行寿命试验 , 得到产品的试验数据 , 再根据这些数据推测产品在实际工作应力下的寿命 。 从而与之相关的加速寿命试验的设计问题也越来越受 到人们的关注。加速贮存寿命试验优化设计是在加速贮存寿命试验的基础上发展起来的 , 是对加速试验进行统筹考虑 , 合理制定试验方案 , 以便获得最佳的试验结果 主要是在给定条件如 应力范围、 样品数量等情况下 ,如何选取应力水平的个数和数值 , 如何分配各应力水平下样品的数量 , 以获得对各种可靠性指标更准确的估计 , 节省试验时间和费用等 。基本概念庶敷鑫翼影酬蒸的失效

4、机理的前提下力下产品的贮存寿命用加大贮存环或在一个相对加速试验的优化设计在进行加速寿命试验前 , 要制定试验方案 , 通常受到试验经费和试验时 间等的限制 , 于是希望找到一个比较好的试验方案来合理分配各种应力下的样本大小和截尾时间 , 以达 到估计精度最高的目的, 这一过程称为加速贮存寿命试验的最优设计。研究现状国内外现状加速寿命试验最优设计问题最早开始于 世纪 年代 , 但是由于当时对于加 速寿命试验数据的统计分析尚有许多问题没有解决 , 最优设计问题并未引起人们广泛的注意 。 国外学者 , 在 年 ,首先讨论了指数分布场合简单恒加试验的最优设计问题 , 到 年代以后试 验优化设计的问题才

5、逐步开展起来 , 和 等人经过多年研究 , 在指数 、 威布尔和对数正态分布场合 , 对简单恒加试验的最优设计得到了比较满意的结论 , , , ,玩 分别应用 比 理论对指数分布场合讨论了简单步加试验的优化问题 , 不同的是 , 前者为完全样 本情形 , 后者为截尾样本情形 , 所谓“简单” 指试验中只有二个加速应力水平 , 即高应力水平和低应力水平。国内在这方面的研究起步较晚 , 相关研究文献也不是很多 , 工程应用也 较少 。 浙江大学的陈文华 、 程耀东对产品服从对数正态和威布尔分布的情况下 , 进行了定时截尾的恒定 应力加速寿命试验的优化设计海军工程大学的张志华研究了的寿命服从指数分布

6、时 , 定数截尾简单恒加 试验的最优设讹 青海师范大学的王煌讨论了指数分布下定时截尾恒加试验的 个应力水平的优化设计问题 华东师范大学的茹诗松对在指数分布场合下定数截尾数据讨论简单步加试验的统计分析 , 并给出相应 的最优试验计划 上海大学的施方 、 葛广平研究了寿命服从威布尔分布下定时截尾试验的简单步进试验的 最优设计 上海师范大学的费鹤良、 徐晓岭等对加速寿命试验进行了系统的研究 , 从理论的角度推导了加 速试验的优化设计问题 。现状分析目前文献资料中 , 恒加试验的优化设计研究已比较成熟 , 步加试验的优 化设计有一些研究 , 序加试验由于其控制的难度和设计的复杂度 , 处于初步研究阶段

7、 当产品的寿命特 征与单个应力有关时的加速寿命试验优化设计有一定的研究 , 当双应力作用时 , 由于其两个应力之间有 可能交互影响 , 其优化设计的研究就比较困难 , 当三个以上的应用所用时 , 由于试验设计所需的参数更多 , 并且水平应力的组合数也多 , 设计将变得更加繁杂 , 因此 , 至今没有相关文献对此进行研究 。加速贮存寿命试验优化设计研究基本思路 加速寿命试验优化设计的研究基本思路是 确定加速应力施加方式 , 确定 加速寿命试验的加速模型 , 确定产品寿命分布 , 确定优化设计的原则 , 确定寿命估计的 方法。加速应力施加方式加速应力施加的方式决定了加速贮存寿命试验的类型 , 通常

8、主要有三种恒定应力法 、 步进应力法序进应力法 。恒定应力法 主要是将一定数量的样品分为几组 , 每组样品固定在一高于正常的应力下 进行寿命试验 , 试验进行到规定时间或各样品均有一定数量的产品发生失效为止 。 恒定应力加速寿命 试验的优点是 试验比较简单 ,应力水平易于维持 , 数据容易处理 , 外推的准确性较高。 缺点是 试验时 间较长 , 需要样品数量较多 。步进应力法先选定一组加速应力水平 ? , 它们均高于正常应力水平 , 试验时样品先置于应力水平 下 , 经过一定时间或达到一定数量失效后 , 将应力水平提高到 , 未 失效的样品继续在应力 下继续试验 , 如此进行下去 , 应力逐步

9、提高直到在应力水平 下 , 达到规 定的时间或有一定数量样品失效为止 。 步进应力加速寿命试验的优点是 缩短试验时间 , 减少样品数量 节约试验成本。 缺点是 该方法相对于恒加试验比较复杂 , 试验设备要求较高。序进应力法序进应力法与步进应力试验基本相似 , 区别在于序进应力试验加载的应力 水平随时间连续上升 , 试验直到规定时间或有一定数量样品失效为止 。 序进应力加速寿命试验的优点 是 它比步进应力加速寿命试验加速 , 更能缩短试验时间 , 减少试验样本 , 节约试验成本。 缺点是 这 种方法试验技术复杂 , 需配备随时间增加应力的装置和自动显示 、 记录达到何等应力就发生故障的设备 ,

10、并且数据处理比较复杂 , 外推准确性较低 , 很少应用。加速模型加速贮存寿命试验的基本思想是利用高应力水平下的寿命特征去外推正常 应力水平下的寿命特征 。 实现这个基本思想的关键在于建立寿命特征与应力水平之间的关系 , 利用这 个关系实现外推正常应力水平下寿命特征的目的。 这种寿命特征与应力水平之间的关系就是通常所说的加 速模型 , 又称加速方程 。 加速模型在通常情况下是一个非线形曲线 , 但是可以通过对寿命数据和应力水平 进行适当的数学变换 如对数变目前主要存在五种加速模型 , 分别是 阿伦尼斯模型 、 逆幂律模型 、 单 应力艾林模型 、 广义艾林模型 、 温度一非热模型 。不同的加速模

11、型适用于不同的加速应力 , 阿伦尼斯模型反应的是寿命与温 度的关系 , 高温能使产品如电子元器件、 绝缘材料等 内部加快化学反映 , 促使产品提前失效 当应 力除了温度应力以外还大量应用了湿度、 机械应力和电应力等 , 可用逆幂律模型 单应力艾林模型是 根据量子力学原理得到的 , 通常用于热加速应力 , 但是 , 艾林模型也经常用到如湿度等温度以外的加速 应力 当选择温度和湿度同时作为加速应力时 , 可用广义艾林方程描述 在加速试验中 , 一个加速应力是温 度 , 另一个是热以外的其他加速应力时 , 可以将阿罗尼兹方程和逆幂率模型相结合 , 就是温度一非热模 型。寿命分布进行加速贮存寿命试验的

12、优化设计时必须考虑产品的寿命分布 , 通常主要 有三种分布 指数分布、 威布尔分布、 对数正态分布指数分布指数分布是最基本 、 最常用的分布 , 适合于失效率为常数的情况 , 它不 但在电子元器件偶然失效期普遍使用 , 而且在复杂系统和整机方面以及机械技术的可靠性领域也得到使 用。威布尔分布威布尔分布是适用范围较广的一种分布 , 凡是因为某一局部失效或故障所 引起的全局机能停止运行的元件 、 器件 、 设备 、 系统等的寿命服从威布尔分布 特别是金属材料 的疲劳寿命 , 如疲劳失效 、 轴承失效都服从威布尔分布 。对数正态分布 对数正态分布也是常用的寿命分布。 它的主要特点是 能把取值很分散的

13、寿 命数据 , 经取对数后化为正态分布来处理 。 目前 , 对数正态分布已用于金属材料断裂 、 绝缘材 料老化 、 传感器和电子元器件失效等加速寿命试验中。优化设计原则为了提高产品寿命估计值的置信度并减少试样数量、缩短试验时间及更好地反映各环境因素与寿命估计值的关系 , 在试验的优化设计时 , 一般的设计准则有两种 一是对平均 寿命的估计 , 要求估计量的方差达到最小 , 二是对 阶分位寿命的估计 , 要求估计量的方差达到最小 , 一般取 , 也就是说以中位寿命估计值的方差最小为原则来进行试验方案的优化设计。寿命估计的方法对于加速贮存寿命试验的截尾寿命数据或全寿命数据的处理 , 有极大似然 估

14、计法、 线性估计法和图估计法等。用线性估计来处理截尾寿命数据会丢失试验信息 , 而且在统计上不够严 格 , 图估计法在数据统计中精确度不高 , 极大似然估计法充分利用了各试验信息 , 其精确解具有很高 的精度 , 有其比较明显的优点 ,其方法比其他估计法容易计算 , 在大样本条件下 , 估计的标准离差相对 于其他估计方法来讲是最小的而在小样本条件下 , 尽管估计精度不高 , 但估计的标准离差仍好于其它 估计方法 。 因此 , 在试验方案优化过程中 , 采用极大似然估计法来计算产品的特征寿命。 极大似然法适用于 指数分布、 威布尔和对数正态等寿命分布 , 对于完全数据 、 定数截尾数据、 定时截尾数据均适用。结束语加速寿命试验的优化设计可以在给定条件 应力范围、 试验代价等 下 , 以 获得各种可靠性指标的