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可靠性試驗中幾個壽命加速模型介紹

Part1 高溫加速模型:阿倫尼斯Arrhenius【適用場景】阿倫尼斯模型適用于單純考慮熱效應試驗的加速模型,當溫度是影響產品老化及使用壽命的絕對因素時,采用該加

Part1 高溫加速模型:阿倫尼斯Arrhenius

【適用場景】

阿倫尼斯模型適用于單純考慮熱效應試驗的加速模型,當溫度是影響產品老化及使用壽命的絕對因素時,采用該加速模型來模擬整個壽命周期的可靠性表現。

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【加速因子公式表達】


加速因子公式表達:

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其中公式中各個參數代表的含義解釋如下

  • AT,i:加速因子,在所有的加速模型中都是表達一個含義,也就相當于加速系數,計算出他就能將整個壽命周期時間轉換成加速試驗的時間;

  • Ea:是析出故障的耗費能量,又稱激活能。不同產品的激活能是不一樣的。一般來說,激活能的值在0.3ev~1.2ev之間;

  • K:是玻爾茲曼常數,其值為8.617385×10-5 ev/K;

  • Ttest:測試條件下(加速狀態下)的溫度值。此處的溫度值是絕對溫度值,以K(開爾文)作單位;

  • Tfield:是使用條件下(非加速狀態下)的溫度值。此處的溫度值是絕對溫度值,以K(開爾文)作單位


【理論背景引入】

玻爾茲曼常數:(玻爾茲曼是一位奧地利物理學家)

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  • 開爾文定義為“對應玻爾茲曼常數為1.380649×10-23J/K的熱力學溫度;玻爾茲曼常量系熱力學的一個基本常量。

  • 溫度完全由氣體分子運動的平均平動動能決定 [3]  。也就是說,宏觀測量的溫度完全和微觀的分子運動的平均平動動能相對應,或者說,大量分子的平均平動動能的統計表現就是溫度(如果只考慮分子的平動的話)

阿倫紐斯:瑞典化學家

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  • 從公式中可以看出,激活能越大,加速系數也越大,越容易被加速失效,加速試驗效果越明顯;

  • 在激活能確定的情況下,溫度差越大,加速系數也越大;


還有個知識點:活化能的概念和推導;大家可以自己查找相關資料了解一下這個參數的實踐得出的過程。下面示例幫忙闡述活化能失效的概念:

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【實操計算】:

案例:某一客戶需要對產品做105℃的高溫測試。據以往的測試經驗,此種產品的激活能Ea取0.68最佳。對產品的使用壽命要求是10年,現可供測試的樣品有5個。若同時對5個樣品進行測試,需測試多長時間才能滿足客戶要求?

解:AF=EXP(Ea/k*(1/Tnormal-1/Tfeild))=exp(0.68/K*(1/((25+273)-1/(105+273)))=262

T測=Life/AF=10*365*24/262=333.73h


Part2 阿倫尼斯Arrhenius 應用于高溫間隙的試驗循環

【適用場景】

基于上一頁介紹的Arrhenius基礎模型介紹,當產品在某一個溫度時會出現性能降低(一般設計規范里會給出),而溫度分布的區間又大于該溫度,為了模擬產品真實的應用環境,就需要間歇在測試溫度Topmax和Tmax時進行測試;


【公式表達】

基本公式不變,變化的是:

1、對于測試溫度需要根據溫度分布的譜范圍做調整,低于Topmax的測試溫度取Topmax,高于Topmax的測試溫度取Tmax;

2、分布計算每一個溫度點對應的AF加速因子值;然后按照分布的比重計算加速后需要的時間,加速總時間即為這些時間的累加;


【實操計算】

比如說,VW80000中某款產品的使用使命8000h,90°時產品性能開始降低,分布分布的譜范圍如下,試計算間歇加速時間分布和加速后試驗時間?

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計算表格公式如下:

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