加速试验的分析比较
- 发布时间：2009/12/4 8:48:14
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引言
什么器件采用什么生产过程呢？新的设计必须得到确认，以便开始生产。目
的是避免那些导致担保问题出现的产品流入市场的风险。如何保证产品无设计缺陷呢？试验必须全面，但必须有效，以保证担保费用低和避免赔偿的责任。
信息：根据产品试验所用的方法而作出决策所需的信息可分为如下4组：
1）目标：需要这种信息的目的是为了确认特殊设计特性和设计等级等。例如，在早期设计阶段，设计理念必须证明是可行的，而即将投产的产品必须论证给出的置信等级。需用来确认不同等级的设计和产品的信息就是试验的目标。
2）方法：适合用来产生信息的方法。这些试验方法、计算机建模和工程算法将用来产生所需的信息。
3）失效模式：预测的失效模式种类会影响适当对产品进行试验所需的方法和设备。
4）设备：需用来实施给定方法的设备种类。
5）性能参数：不同于设备零部件的性能范围。
信息目标：视产品的研制阶段而定，需要的信息有若干种类。
表1 各类所需的信息
| 可行性 | 计算机建模，工程计算 | 经验，过去的实践 | |
| 安全性，SPC控制，工程输入 | 用于过程控制、安全性、一致性和工程输入的、诸如标准负载或材料特性之类的信息 | | |
| 设计迭代 | 可靠性增长用的根本原因（纠正措施） | 评估设计成熟度用的DM | 计算机建模，工程计算 |
| zui后生产 | 评估成本/担保用的可靠性预计 | 工作极限的确定 | |
| 新产品开始设计 | 确定工作极限 | | |
在产品研制的早期阶段中，必须确定设计的基本可行性。在工业部门中，设计的可行性经常以过去的经验为依据。不过，新的设计有时会碰到挑战。在这种情况下，必须评价设计的可行性。
在开展设计时，设计工程师需要特定的要求和独立的信息以满足某些条例。例如，用40%的玻璃填充到聚合物中而制成的汽车仪表板的塑料结构将具有*的性能。模制过程以及模制过程中玻璃纤维中引发的定向量将产生设计的材料特性。因此，设计工程师必须确定这些信息，以便适当地设计元器件。
在设计迭代阶段中，需用来推进项目的关键信息是设计固有失效模式的根本原因。设计工程师可调整设计，以改进设计的固有可靠性，若失效模式的根本原因是已知的话。
除了失效模式的根本原因以外，设计的相对成熟度也是关键。若设计是成熟的，那么继续的设计迭代就不会改进设计的固有可靠性。但另一方面未成熟的设计对先前的设计来说很可能是一种进步。了解设计是否成熟，这是完成迭代设计阶段的关键。
在迭代设计期间，已知负载案例的应力一致性、减轻质量/重量的机会、在电子器件中重新分配热源、流动通路和选通的*化、人机工程的影响和其它许多问题都可通过计算机建模来描述。尽管这些问题不是象限制产品寿命或工作的物理失效那样重要，但他们的确影响到设计的得益性和效率。
在生产期间，制造工程师需要验证生产过程没有把研制中不成问题的失效模式引入产品中去。研制试验与生产试验之间的特性比较可提供关键的工艺失效的根本原因信息。产品族的预期特性对于担保预测、服务人员培训、更换、修理和维护计划来说是*的。
对于许多产品来说，实际公布的工作极限和贮存极限是研制期件定的目标、然后在zui后生产中加以量化。此信息对于确定用户指南信息和担保局限来说是关键。
4. 失效模式
产品研制的可行性与迭代设计阶段所需的信息部分取决于设计的潜在失效
模式。不同方法和设备的选择与成功取决于需得到验证的失效模式。静态负载试验不会提供疲劳、磨损、化学反应、涂层、抛光、润滑剂或设计状态的变化相关的信息。振动有助于测定疲劳、磨损、干扰和弯曲等失效模式，但无助于测定其它失效模式。在选择方法和试验设计时，必须得到验证的失效模式必须加以考虑。无知不是福。
5. 方法
要讨论的不同方法有许多。为了弄清起见，这些方法可根据产生的信息种类
来分组。此处将特别强调较新的加速试验方法。
5．1 失效模式验证试验
失效模式验证试验（FMVT）是失效模式识别试验方法，它所用的样品可少至1个。该试验方法用来确定多个设计固有失效模式、给失效模式分类和为设计改进（设计成熟度）评估可能性。
5．2 高加速寿命试验
高加速寿命试验是也失效模式识别试验方法，它用很少样品来确定多个设计固有失效模式，确定产品的工作与毁坏极限。
5．3 全系统寿命试验
全系统寿命试验（FSLT）是加速可靠性试验方法，该方法是使样品在所有的已知应力源下经历1个相等的寿命。该试验可产生可靠性预计。
5．4 静态负载试验
现有各种各样的静态负载试验，它们可测量以非循环方式经受轴向、扭转或压力负载的样品的耐负载或破坏性负载特性。这些试验可提供关键负载承受件上的破坏上限和安全性验证。
5．5 化学反应试验
现有各种各样的环境试验，它们用来确定样品经得起化学物质以及诸如盐雾、紫外线、高低温或湿度之类因素影响的能力。这些试验通常以静态负载成双进行，以跟踪由于化学反应而发生的样品强度劣化。
5．6 CMM
设计的尺寸测试用来验证样品能满足设计容差。
5．7 材料特性
产品中所用的材料特性可通过各种方法来确定。诸如密度、可拉伸性、模量、成品率、硬度、微结构、化合物、玻璃转换温度和不退色性等之类的特性都能得到确定。此信息对于产品利用材料特性或在材料的极限内能正常工作来说是有用的。
5．8 计算机辅助设计
计算机辅助设计（CAD）可预计设计质量、空腔中心、共振特性、应力聚集、热特性、声学特性和机械响应等。此信息可用来实现设计的*化和设计改进。
6．设备
适用于试验的设备范围很大。由于振动设备与讨论的加速试验有关，此处介绍几种振动试验设备。
6．1 FMVT机
FMVT机是有权的悬置6轴振动机，它设计用来产生大的位移以及振动能的较均匀分配。
6．2 气动锤击台
气动锤击台（如QualMark制造的OVS系列）是有权的6轴振动机，它设计用来产生拟随机高频振动。
6．3 联动机（Team Cube）
联动机是有权的6轴振动机,它能产生低频振动，它的特征是具有高可控振动剖面。
6．4 环境试验箱
环境试验箱具有很多种尺寸、温度范围、湿度控制器、梯升率和控制方法。典型的试验箱有循环风机，试验箱用电热器加热和用制冷系统冷却，冰冻与zui高箱子温度之间可进行湿度控制。
6．5 其它
还有其它振动与循环设备可用来提供客户要求的和标准的单一轴向振动、6轴振动和循环负载。一般来说，特殊试验的负载要求将支配所用的设备。应注意，有若干试验方法要求客户设计元器件的循环试验，同时使用上述所列的一种设备。
6．6 性能参数
对于设备的每个零件来说，性能范围可用来决定哪台试验机zui适用于特殊试验方法和信息目标。对于基本振动机来说，基本参数是负载、位移范围、频率范围和设计的共振特性。
7. 决策
决定产品用哪个试验方法和设备时，必须进行信息目标、适用方法、潜在失
效模式和适用设备的比较。
7．1 信息驱动的比较
用信息目标来决定哪个试验方法，这有助于限制选择方案的数量和把重点放在试验目的上。特殊的信息目标可通过产品所处的研制阶段来决定。表2供给定信息目标的合适方法的简单目录。
表2 给定信息目标的合适方法
| 给定的信息目标 | 合适的方法 | ||||
| 可靠性增长所用的根本原因（纠正措施） | HALT | FMVT | 化学反应试验 | 静态负载试验 | |
| 估计成本/担保费所用的可靠性预计 | FSLT | 化学反应试验 | 静态负载试验 | CMM | 特性 |
| 用于过程控制、安全性、一致性和工程输入的、诸如标准负载或材料特性之类的信息 | CMM | 特性 | 化学反应试验 | 静态负载试验 | |
| 评估设计成熟度用的DM | FMVT | | | | |
| 工作极限的确定 | FMVT | HALT | 静态负载试验 | 特性 | |
信息目标不能*确定哪个试验方法zui适用于现有的设计阶段。用表3所述的潜在失效模式有助于把试验方法的范围收窄。
表3 潜在失效模式与合适的试验方法
| 潜在失效模式 | 合适的试验方法 | |||
| 疲劳 | HALT | FMVT | FSLT | |
| 磨损 | HALT | FMVT | FSLT | |
| 化学反应 | 化学反应试验 | 特性 | | |
| 超载 | 静态负载试验 | | | |
| 干扰/弯曲 | HALT | FMNT | FSLT | CMM |
| 涂层/抛光/润滑油 | HALT | FMVT | FSLT | 特性 |
| 状态变化 | HALT | FMVT | FSLT | 特性 |
应注意，对于特殊产品来说，试验计划可能需要两个或更多个试验方法来满足所有目标。不过，明确地制定试验的信息目标有助于避免多余试验引起的信息重复。
有了实现信息目标所需的方法之后，就可以选择合适的试验设备。表4显示本文作过比较的带有比较用参数的设备及可实现的目标。
表4带有比较用参数的设备及可实现的目标
| 比较用参数 | FMVT机 | QualMark | 联动机 | 其它 |
| 负载/位移范围 | 3000磅单轴负载，zui大30g，位移4英寸 | 3000磅单轴负载，zui大60g，位移＜0.25英寸 | 14000磅单轴负载，zui大14g，位移2英寸 | － |
| 共振特性 | 5~2500Hz初级能量范围 | 500~10000Hz初级能量范围 | 2~200Hz初级能量范围 | － |
| | ||||
| 信息目标 | | | | |
| 可靠性增长所用的根本原因（纠正措施） | × | × | × | × |
| 估计成本/担保费所用的可靠性预计 | － | － | × | × |
| 用于过程控制、安全性、一致性和工程输入的、诸如标准负载或材料特性之类的信息 | － | － | － | × |
| 评估设计成熟度用的DM | × | × | × | |
| 工作极限 | × | × | × | × |