加速贮存寿命试验优化设计综述文档格式.docx

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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

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的失效机理的前提下

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,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

换、倒数变换等将其转换为线性模型。

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准

确估计,节省试验时间和费用,有着较大的工程实用价值。

参考文献

李久祥,刘春和导弹贮存可靠性设计应用技术海潮出版社,加

费鹤良,徐海燕,等加速寿命试验的最优设计上海师范大学研究报告,

茹诗松加速寿命试验的加速模型质量与可靠性,姗

冯红艺航天电连接器综合应力加速寿命试验优化设计与统计分析的研究,硕士学位论文,浙江大学,

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