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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。

1  簡(jiǎn)介

加速壽命試驗(yàn)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(yàn)是在進(jìn)行合理工程及統(tǒng)計(jì)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(jì)模型對(duì)在超出正常應(yīng)力水平的加速環(huán)境下獲得的信息進(jìn)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(jì)的一種試驗(yàn)方法。簡(jiǎn)言之，加速壽命試驗(yàn)是在保持失效機(jī)理不變的條件下，通過(guò)加大試驗(yàn)應(yīng)力來(lái)縮短試驗(yàn)周期的一種壽命試驗(yàn)方法。加速壽命試驗(yàn)采用加速應(yīng)力水平來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的壽命試驗(yàn)，從而縮短了試驗(yàn)時(shí)間，提高了試驗(yàn)效率，降低了試驗(yàn)成本。

進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)必須確定一系列的參數(shù)，包括(但不限于)： 試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間、樣本數(shù)量、試驗(yàn)?zāi)康摹⒁蟮闹眯哦取⑿枨蟮木?、費(fèi)用、加速因子、外場(chǎng)環(huán)境、試驗(yàn)環(huán)境、加速因子計(jì)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(yàn)方法確定產(chǎn)品壽命，關(guān)鍵是確定加速因子，而有時(shí)這是最困難的。一般用以下兩種方法。

2  方法

（1） 現(xiàn)有模型?，F(xiàn)有模型有：Arrhenius模型、Coffin2Manson模型和Norris2Lanzberg模型等。使用現(xiàn)有模型比用試驗(yàn)方法來(lái)確定加速因子節(jié)省時(shí)間，并且所需樣本少，但不是很精確，且模型變量的賦值較復(fù)雜。

（2）通過(guò)試驗(yàn)確定的模型(需要大量試驗(yàn)樣本和時(shí)間) 。若沒(méi)有合適的加速模型，就需要通過(guò)試驗(yàn)導(dǎo)出加速因子。先將樣本分成3個(gè)應(yīng)力級(jí)別：高應(yīng)力、中應(yīng)力、低應(yīng)力。制定試驗(yàn)計(jì)劃確保在每一個(gè)應(yīng)力級(jí)別上產(chǎn)生相同的失效機(jī)理。這是確定加速因子較精確的方法，但需要較長(zhǎng)的時(shí)間和較多樣本。

3  類型

按照試驗(yàn)應(yīng)力的加載方式，加速壽命試驗(yàn)通常分為恒定應(yīng)力試驗(yàn)、步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)和序進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)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(yàn)的應(yīng)力加載歷程。

（1）恒定應(yīng)力試驗(yàn)(Constant-Stress Testing: CST)

其特點(diǎn)是對(duì)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(yàn)是將產(chǎn)品分成若干個(gè)組后同時(shí)進(jìn)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(shí)為止。恒定應(yīng)力試驗(yàn)的應(yīng)力加載時(shí)間歷程見(jiàn)圖 1(a)。

（2）步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)(Step-Up-Stress Testing: SUST)

此試驗(yàn)對(duì)產(chǎn)品所施加的“負(fù)荷”是在不同的時(shí)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(shí)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(shí)間段上都會(huì)有某些產(chǎn)品失效，未失效的產(chǎn)品則繼續(xù)承受下一個(gè)時(shí)間段上更高一級(jí)水平下的試驗(yàn)，如此繼續(xù)下去，直到在最高應(yīng)力水平下也檢測(cè)到足夠失效數(shù)(或者達(dá)到一定的試驗(yàn)時(shí)間)時(shí)為止。步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)的應(yīng)力加載時(shí)間歷程見(jiàn)圖 1(b)。

（3）序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)(Progressive Stress Testing:PST)

序進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)方法與步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)基本相似，區(qū)別在于序進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)加載的應(yīng)力水平隨時(shí)間連續(xù)上升。圖 1(c)表示了序進(jìn)應(yīng)力加載最簡(jiǎn)單的情形，即試驗(yàn)應(yīng)力隨時(shí)間呈直線上升的加載歷程。

 4  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。

5  范圍

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。

6  高加速壽命試驗(yàn)和加速壽命試驗(yàn)的比較

高加速壽命試驗(yàn)不用于確定產(chǎn)品的壽命。因?yàn)槲覀冴P(guān)心的是使產(chǎn)品盡可能提高可靠性，可靠性量值的測(cè)定并不重要。然而，對(duì)于具有耗損時(shí)間的機(jī)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(yàn)比起加速壽命試驗(yàn)來(lái)，一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)就是在找尋影響外場(chǎng)使用的缺陷方面的速度較快。完成一個(gè)典型的高加速壽命試驗(yàn)僅需2-4天，而且我們找尋的最終將變成外場(chǎng)使用問(wèn)題的缺陷的成功率非常高。

加速壽命試驗(yàn)比起高加速壽命試驗(yàn)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，我們不需要任何環(huán)境設(shè)備。通常，臺(tái)架上試驗(yàn)就足夠了。并且許多情況下，在用戶的設(shè)施上就能進(jìn)行該試驗(yàn)。另一個(gè)好處就是試驗(yàn)?zāi)芡瑫r(shí)確定產(chǎn)品的壽命，而這一點(diǎn)對(duì)高加速壽命試驗(yàn)來(lái)說(shuō)卻做不到。