張文廣,賀東旭,李浩瀚,馬艷華,張會(huì)平

(1.華北電力大學(xué) 控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院, 北京 102206;2.大連理工大學(xué) 微電子學(xué)院,遼寧 大連 116024;3.北京遙感設(shè)備研究所 北京 100039)

0 引 言

傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)技術(shù)存在試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、效率低等不足,按照傳統(tǒng)的壽命試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行評(píng)估,往往難以在可行的時(shí)間內(nèi)完成[1]。采用加速貯存試驗(yàn),可使產(chǎn)品關(guān)鍵性能參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)一定趨勢(shì)的退化規(guī)律,對(duì)性能退化數(shù)據(jù)進(jìn)行合理建模和統(tǒng)計(jì)分析,可預(yù)測(cè)高可靠性產(chǎn)品的壽命。

航空機(jī)電產(chǎn)品具有壽命長(zhǎng)和可靠性高的特點(diǎn)。為更快獲得產(chǎn)品的退化數(shù)據(jù),縮短試驗(yàn)時(shí)間,降低試驗(yàn)成本,需要掌握產(chǎn)品關(guān)鍵性能參數(shù)的基本退化規(guī)律,合理設(shè)計(jì)加速試驗(yàn)的樣本數(shù)量、應(yīng)力水平、試驗(yàn)時(shí)間、測(cè)試時(shí)間間隔等。傳統(tǒng)的加速壽命試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單,試驗(yàn)理論較為成熟,可參照國(guó)標(biāo)《GB2689.1-81恒定應(yīng)力壽命試驗(yàn)與加速壽命試驗(yàn)方法總則》進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

而對(duì)于基于性能退化數(shù)據(jù)的加速退化試驗(yàn),目前尚未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。董寶旭[2]以繼電器類單機(jī)為研究對(duì)象,對(duì)溫度、濕度、震動(dòng)及電應(yīng)力進(jìn)行了分析,最終確定了溫度作為試驗(yàn)應(yīng)力,設(shè)計(jì)了加速貯存試驗(yàn)方案。陸博[3]以增加扭矩作為加速應(yīng)力,對(duì)RV減速器進(jìn)行了加速壽命試驗(yàn)。查國(guó)清等[4]通過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)化試驗(yàn),明確了影響智能電表可靠壽命的主要性能參數(shù)及其各環(huán)境應(yīng)力工作極限條件,并據(jù)此設(shè)計(jì)了加速壽命試驗(yàn)方案。ZHANG等[5]通過(guò)設(shè)計(jì)光耦失效機(jī)理驗(yàn)證試驗(yàn),獲取了表征光耦性能退化的參數(shù)及影響貯存可靠性的主要應(yīng)力因素,并基于失效機(jī)理建立了累積損傷模型。

上述研究一般通過(guò)分析各種應(yīng)力對(duì)于產(chǎn)品性能參數(shù)的作用機(jī)理,并結(jié)合相關(guān)工程使用經(jīng)驗(yàn)確定了加速應(yīng)力。但對(duì)于各加速應(yīng)力水平、試驗(yàn)時(shí)間等信息的定量分析,國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究較少。

此外,在基于偽壽命分布的數(shù)據(jù)分析方法中,確定產(chǎn)品偽壽命分布模型是非常重要的環(huán)節(jié),直接影響到壽命預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)[6-7]指出航天電連接器接觸失效壽命服從兩參數(shù)威布爾分布。王軍生等[8]假設(shè)導(dǎo)彈貯存壽命服從指數(shù)分布。葉紅波等[9]使用分布檢驗(yàn)驗(yàn)證了氨氮監(jiān)測(cè)儀偽壽命服從威布爾分布。WANG等[10]在電連接器可靠性評(píng)估中使用Anderson-Darling擬合優(yōu)度檢驗(yàn)方法比較了各種分布類型的擬合情況,確定出了對(duì)數(shù)正態(tài)分布為產(chǎn)品的壽命分布類型。

上述研究通常是在假定分布類型已知的條件下進(jìn)行,或通過(guò)分布檢驗(yàn)的方法確定,容易導(dǎo)致分布類型錯(cuò)誤指定。

為解決上述問(wèn)題,筆者設(shè)計(jì)機(jī)電產(chǎn)品加速貯存試驗(yàn)方案,通過(guò)加速貯存預(yù)試驗(yàn)得到產(chǎn)品的高溫耐久極限,進(jìn)而通過(guò)正式試驗(yàn)獲取產(chǎn)品的加速貯存數(shù)據(jù);建立產(chǎn)品性能參數(shù)的非線性退化模型,計(jì)算得到產(chǎn)品偽壽命,使用似然比檢驗(yàn)確定產(chǎn)品偽壽命分布類型,并使用阿倫尼斯模型通過(guò)試驗(yàn)溫度下的壽命外推出產(chǎn)品常溫貯存壽命,以及加速因子和激活能等可靠性評(píng)估結(jié)果;通過(guò)失效機(jī)理一致性檢驗(yàn)驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性;最后使用上述方法對(duì)某機(jī)電產(chǎn)品的貯存壽命進(jìn)行可靠性評(píng)估。

1 加速貯存試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文的加速貯存試驗(yàn)分為預(yù)試驗(yàn)和正式試驗(yàn)兩部分。預(yù)試驗(yàn)?zāi)康氖谦@取產(chǎn)品的高溫耐久極限TL,為確定正式試驗(yàn)的最高溫度點(diǎn)提供依據(jù);正式試驗(yàn)?zāi)康氖窃u(píng)估產(chǎn)品貯存壽命,計(jì)算激活能、加速因子等貯存特征數(shù)據(jù)。

1.1 預(yù)試驗(yàn)

預(yù)試驗(yàn)包括高溫短時(shí)極限獲取試驗(yàn)和高溫耐久極限驗(yàn)證試驗(yàn)兩部分。首先通過(guò)高溫短時(shí)極限獲取試驗(yàn)得到產(chǎn)品的高溫短時(shí)極限TS;其次,通過(guò)高溫耐久極限驗(yàn)證試驗(yàn),得到產(chǎn)品的高溫耐久極限TL,為正式試驗(yàn)中應(yīng)力的選擇提供依據(jù)。

高溫短時(shí)極限獲取試驗(yàn)采用步進(jìn)溫度應(yīng)力試驗(yàn)方法,抽取一件產(chǎn)品進(jìn)行,其試驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1 高溫短時(shí)極限獲取試驗(yàn)流程圖

高溫耐久極限驗(yàn)證試驗(yàn)采用高溫貯存循環(huán)試驗(yàn)方法,其試驗(yàn)流程如下:

步驟1:完成高溫短時(shí)極限獲取試驗(yàn)后,抽取另一只樣品,進(jìn)行高溫耐久極限的有效性驗(yàn)證試驗(yàn),以確定高溫耐久極限TL,保證樣品在高溫下失效機(jī)理不會(huì)出現(xiàn)變化。最高溫度應(yīng)力為高溫短時(shí)極限TS(可視情況適當(dāng)調(diào)整)。試驗(yàn)共計(jì)200 h,每100 h作為一個(gè)循環(huán),共兩個(gè)循環(huán)。

試驗(yàn)剖面圖如圖2所示。

圖2 高溫耐久極限驗(yàn)證試驗(yàn)剖面圖

步驟2:試驗(yàn)開(kāi)始前的常溫階段應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)前檢測(cè),在每個(gè)循環(huán)的高溫階段結(jié)束之后降至常溫,再進(jìn)行檢測(cè)(測(cè)試1和測(cè)試2),檢測(cè)前產(chǎn)品至少在常溫下保持2 h以使溫度達(dá)到穩(wěn)定,檢測(cè)項(xiàng)目為參數(shù)測(cè)試及外觀檢查;

步驟3:在200 h高溫階段結(jié)束,且測(cè)試完成后(測(cè)試2后),對(duì)樣品開(kāi)展質(zhì)量分析;

步驟4:若產(chǎn)品外觀檢查、參數(shù)測(cè)試及質(zhì)量分析均正常,則將高溫耐久極限TL定為TS;

步驟5:若產(chǎn)品檢測(cè)不正常,則將溫度循環(huán)的最高應(yīng)力降低10 ℃,采用另一樣品繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn),直到找出產(chǎn)品的高溫耐久極限TL。

1.2 正式試驗(yàn)

本文的加速貯存正式試驗(yàn)采用步降應(yīng)力法進(jìn)行,主要應(yīng)考慮應(yīng)力等級(jí)的個(gè)數(shù),以及各應(yīng)力下的試驗(yàn)時(shí)間。

溫度應(yīng)力等級(jí)一般為2個(gè)～4個(gè),原則上加速貯存試驗(yàn)的最高溫度應(yīng)力不能超過(guò)產(chǎn)品的高溫耐久極限TL,以防止引入新的失效模式;在此基礎(chǔ)上盡可能提高應(yīng)力水平,從而保證在最短時(shí)間內(nèi)獲取試驗(yàn)結(jié)果。具體的應(yīng)力水平數(shù)量應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)中參數(shù)退化情況確定。

試驗(yàn)中應(yīng)使各溫度應(yīng)力等間隔分布。此處以三應(yīng)力水平的加速貯存試驗(yàn)為例,各溫度應(yīng)力T1、T2、T3之間有如下關(guān)系:

(1)

式中:T4—最高貯存溫度,T4=TL-10 ℃;Δ=10 ℃。

確定試驗(yàn)時(shí)間間隔應(yīng)遵循以下原則:

(1)根據(jù)產(chǎn)品性能、應(yīng)力水平和各應(yīng)力下的試驗(yàn)時(shí)間,確定測(cè)試時(shí)間,每個(gè)應(yīng)力水平下的試驗(yàn)應(yīng)不少于3個(gè)測(cè)試周期;

(2)按照一次測(cè)試為300 h的間隔進(jìn)行試驗(yàn)。

2 基于偽壽命分布的可靠性評(píng)估

通過(guò)上述加速貯存試驗(yàn)得到產(chǎn)品的試驗(yàn)數(shù)據(jù)后,需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及評(píng)估得到元器件的加速因子、激活能以及貯存壽命。常用的數(shù)據(jù)分析方法大多是基于加速退化模型的方法[11-14]?；趥螇勖植寄Ｐ偷姆椒ㄊ紫刃枰獢M合出產(chǎn)品的退化軌跡,可以直觀地反映出產(chǎn)品性能退化趨勢(shì),也是目前常用的一種建模方法。

本文采用基于偽壽命分布模型的方法,對(duì)產(chǎn)品的加速退化試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,建立了產(chǎn)品性能的非線性退化模型,計(jì)算得到不同應(yīng)力下的偽壽命,對(duì)產(chǎn)品的激活能、加速因子等指標(biāo)以及貯存壽命進(jìn)行了可靠性評(píng)估。

2.1 性能退化模型

產(chǎn)品在同一應(yīng)力下的退化軌跡一般為直線型、指數(shù)型、冪律型等。航空機(jī)電產(chǎn)品的種類繁多,且內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,難以通過(guò)分析失效機(jī)理確定出退化軌跡類型。為不失一般性,此處將退化軌跡函數(shù)設(shè)為冪律型:

(2)

對(duì)于試驗(yàn)中的每一個(gè)產(chǎn)品,可通過(guò)其測(cè)量值和測(cè)試時(shí)間,對(duì)式(2)中的參數(shù)dij和pij進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。

(3)

若產(chǎn)品失效閾值為yf,初始值為y0,則第i個(gè)產(chǎn)品在第j個(gè)應(yīng)力水平下的偽壽命為:

(4)

2.2 偽壽命分布模型及參數(shù)估計(jì)

對(duì)數(shù)正態(tài)分布和威布爾分布在可靠性工程中廣泛應(yīng)用,尤其適用于機(jī)電產(chǎn)品的壽命分布。下面給出兩種分布參數(shù)的最小二乘估計(jì)方法。

對(duì)數(shù)正態(tài)分布的分布函數(shù)為:

(5)

(6)

三參數(shù)威布爾分布模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜,計(jì)算較為繁瑣,在實(shí)際工程中應(yīng)用較少[16],本文采用兩參數(shù)威布爾分布模型進(jìn)行擬合和評(píng)估。

兩參數(shù)威布爾分布的分布函數(shù)為:

(7)

式中:m—形狀參數(shù);η—尺度參數(shù)。

式(7)可化為:

(8)

(9)

比較兩種分布的相關(guān)系數(shù)r(r較大代表擬合優(yōu)度更好),可初步判斷產(chǎn)品偽壽命的分布類型,但精度較低,不宜作為最終的判斷依據(jù)。

分布檢驗(yàn)的方法是數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析中常用的方法,可用來(lái)判斷一組樣本數(shù)據(jù)是否服從指定分布類型。對(duì)于某些性能加速退化數(shù)據(jù),若采用傳統(tǒng)的擬合優(yōu)度檢驗(yàn),會(huì)出現(xiàn)多種分布類型都能通過(guò)檢驗(yàn)的情況。因此,筆者使用似然比檢驗(yàn)判斷產(chǎn)品偽壽命分布類型。

通過(guò)兩種分布的概率密度構(gòu)造一對(duì)假設(shè):

(10)

其極大似然比統(tǒng)計(jì)量為:

(11)

(12)

在迭代求解過(guò)程中,可將式(9)中m和η的最小二乘估計(jì)作為迭代初值,加快收斂速度。

(13)

通過(guò)式(13)可以得到統(tǒng)計(jì)量E的觀測(cè)值。

對(duì)于給定的顯著性水平α,檢驗(yàn)的臨界值Eα可通過(guò)查表獲得,部分情況下似然比檢驗(yàn)臨界值Eα的值如表1所示。

表1 似然比檢驗(yàn)臨界值Eα

當(dāng)E>Eα?xí)r,拒絕H0,接受H1,即認(rèn)為偽壽命樣本更接近威布爾分布;當(dāng)E

確定出產(chǎn)品偽壽命分布類型后,通過(guò)分布函數(shù)即可求出各溫度應(yīng)力下產(chǎn)品的壽命。

2.3 貯存壽命預(yù)測(cè)

產(chǎn)品從出廠經(jīng)過(guò)貯存、運(yùn)輸、使用到失效的全壽命周期,均在進(jìn)行著緩慢的物理化學(xué)變化。實(shí)踐證明,當(dāng)溫度升高以后,產(chǎn)品退化的物理化學(xué)反應(yīng)加快,失效過(guò)程加速[17]。

該試驗(yàn)以溫度作為加速應(yīng)力,故采用阿倫尼斯模型作為加速模型。阿倫尼斯模型總結(jié)了由溫度應(yīng)力決定的化學(xué)反應(yīng)速率依賴關(guān)系的規(guī)律,為加速試驗(yàn)提供了理論依據(jù)[18],其一般方程式為:

(14)

式中:d(T)—產(chǎn)品參數(shù)的退化速率;T—熱力學(xué)溫度,K;k0—波爾茲曼常數(shù),k0=8.617×10-5eV/K;Ea—激活能,與產(chǎn)品材料有關(guān),eV;a—與產(chǎn)品自身特性有關(guān)的常數(shù)。

(15)

Ea=k·k0

(16)

加速因子為一個(gè)不隨時(shí)間變化的常數(shù),僅由加速應(yīng)力水平?jīng)Q定[19]。假設(shè)產(chǎn)品在溫度應(yīng)力Tk和Th下的壽命分別為tk和th,則Tk和Th兩應(yīng)力之間的加速因子為:

(17)

利用加速因子和試驗(yàn)溫度下的偽壽命評(píng)估值,可計(jì)算得出產(chǎn)品的常溫貯存壽命。

2.4 失效機(jī)理一致性檢驗(yàn)

基于加速貯存試驗(yàn)的可靠性評(píng)估理論是建立在加速應(yīng)力水平下產(chǎn)品失效機(jī)理一致基礎(chǔ)上的,否則會(huì)無(wú)法正確外推產(chǎn)品在常溫應(yīng)力下的壽命信息,并嚴(yán)重降低分析結(jié)果的合理性和有效性。

假設(shè)第i個(gè)產(chǎn)品在第j個(gè)加速應(yīng)力水平下的偽壽命tij服從如下對(duì)數(shù)正態(tài)分布:

(18)

式中:i=1,2,…,nj,nj—第j個(gè)應(yīng)力水平下參與試驗(yàn)的樣品個(gè)數(shù);j=1,2,…,M,M—加速應(yīng)力水平個(gè)數(shù)。

(19)

(20)

對(duì)于兩應(yīng)力水平S1、S2,構(gòu)造檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量:

(21)

F服從自由度為n1-1和n2-1的F分布:

F～F(n1-1,n2-1)

(22)

若兩應(yīng)力水平下失效機(jī)理一致,應(yīng)有如下假設(shè)成立:

H0:σ1=σ2

(23)

在給定的顯著性水平α下,H0的拒絕域可由下式給出:

(24)

式中:Fα(n1-1,n2-1)—分布的上α分位數(shù)。

如果式(24)成立,可認(rèn)為兩加速應(yīng)力水平S1、S2下的失效機(jī)理存在差異。

假設(shè)第i個(gè)產(chǎn)品在第j個(gè)加速應(yīng)力水平下的偽壽命tij服從如下威布爾分布:

tij～W(mj,ηj)

(25)

令Xij=lntij,則壽命對(duì)數(shù)Xij服從極值分布,其分布函數(shù)為:

(26)

(27)

如果兩應(yīng)力水平S1、S2下的失效機(jī)理一致,應(yīng)滿足m1=m2,即式(23)中的假設(shè)成立。同理,若式(24)成立,則可認(rèn)為兩加速應(yīng)力水平S1、S2下的失效機(jī)理存在差異。

3 應(yīng)用案例

本節(jié)采用第2節(jié)中所述加速貯存試驗(yàn)方案及數(shù)據(jù)分析方法,對(duì)某型高速電機(jī)開(kāi)展步降應(yīng)力加速貯存試驗(yàn),并進(jìn)行貯存壽命評(píng)估。

3.1 加速貯存試驗(yàn)實(shí)施

通過(guò)高速電機(jī)加速貯存預(yù)試驗(yàn),獲得了高速電機(jī)高溫耐久極限TL=120 ℃,高溫試驗(yàn)時(shí)間約為4 300 h。根據(jù)該計(jì)算結(jié)果,結(jié)合實(shí)際確定試驗(yàn)總時(shí)間為4 000 h～6 000 h。正式試驗(yàn)按照一次測(cè)試300 h的間隔進(jìn)行,完成全部試驗(yàn)共有21次測(cè)試。試驗(yàn)中每個(gè)溫度下試驗(yàn)結(jié)束后抽取一只進(jìn)行破壞性物理分析。

在總試驗(yàn)時(shí)間和測(cè)試次數(shù)給定的條件下,應(yīng)力水平數(shù)越少,各應(yīng)力下的高溫貯存時(shí)間越長(zhǎng),可以得到明顯的退化趨勢(shì),計(jì)算出的常溫壽命越精確。而當(dāng)試驗(yàn)方案僅有兩個(gè)應(yīng)力水平時(shí),任意一個(gè)應(yīng)力水平下退化模型參數(shù)估計(jì)稍有偏差,都可能對(duì)退化方程造成較大估計(jì)誤差?？紤]到趨勢(shì)檢測(cè)的難度,在使每個(gè)溫度應(yīng)力下充分顯現(xiàn)參數(shù)變化的前提下提高準(zhǔn)確度,試驗(yàn)中采用了3個(gè)溫度應(yīng)力水平。

根據(jù)該型高速電機(jī)的產(chǎn)品規(guī)范,結(jié)合貯存故障模式及影響分析,能夠表征貯存壽命的性能參數(shù)應(yīng)為啟動(dòng)電壓、空載轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)力矩。

加速貯存試驗(yàn)共進(jìn)行6 000 h,各溫度應(yīng)力等級(jí)下的樣本數(shù)量、時(shí)間間隔、檢測(cè)次數(shù)等內(nèi)容如表2所示。

表2 加速貯存試驗(yàn)方案實(shí)施情況

試驗(yàn)前后產(chǎn)品外觀無(wú)明顯變化,外觀對(duì)比圖如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)前后高速電機(jī)外觀對(duì)比圖

3.2 基于偽壽命分布模型的數(shù)據(jù)分析方法

啟動(dòng)電壓、空載轉(zhuǎn)速和啟動(dòng)力矩參數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)折線圖如圖4所示。

圖4 高速電機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)折線圖

根據(jù)該型高速電機(jī)的技術(shù)要求,啟動(dòng)電壓參數(shù)的失效閾值為2 V,空載轉(zhuǎn)速參數(shù)的失效閾值為6 300 r/min。試驗(yàn)中所有樣品在試驗(yàn)過(guò)程中均未發(fā)生失效,且啟動(dòng)電壓隨著加速貯存試驗(yàn)時(shí)間變長(zhǎng)逐漸增大,空載轉(zhuǎn)速逐漸減小,都有明顯的退化趨勢(shì),均可作為高速電機(jī)的失效標(biāo)準(zhǔn),因此可用性能退化模型對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行可靠性評(píng)估。由于啟動(dòng)電壓和空載轉(zhuǎn)速參數(shù)的數(shù)據(jù)分析方法完全相同,本文僅以啟動(dòng)電壓為例進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算和說(shuō)明。

將數(shù)據(jù)剔除異常值后,針對(duì)每個(gè)樣品計(jì)算退化模型參數(shù)的極大似然估計(jì)值,得出退化方程,結(jié)合樣品的初始值和失效閾值計(jì)算出各試驗(yàn)溫度下的偽壽命,如表3所示。

表3 各樣品偽壽命值

各溫度下產(chǎn)品偽壽命相對(duì)于兩種分布的相關(guān)系數(shù)如表4所示。

表4 相關(guān)系數(shù)r計(jì)算結(jié)果

分布參數(shù)的極大似然估計(jì)如表5所示。

表5 極大似然估計(jì)結(jié)果

3種應(yīng)力下似然比檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量E1=0.949 4,E2=0.839 7,E3=0.950 9,在顯著性水平α=0.2的情況下,均小于相應(yīng)的臨界值Eα,因此產(chǎn)品偽壽命更符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布。

各試驗(yàn)溫度下的壽命如表6所示。

表6 高速電機(jī)在各試驗(yàn)溫度下的壽命

3.3 常溫應(yīng)力下貯存壽命評(píng)估

使用各試驗(yàn)溫度下的壽命,通過(guò)式(15)進(jìn)行最小二乘擬合;其中,斜率l=5 223.44,截距b=-4.95,激活能Ea=0.45,擬合直線如圖5所示。

圖5 高速電機(jī)啟動(dòng)電壓的阿倫尼斯擬合直線圖

各試驗(yàn)溫度相對(duì)于常溫25 ℃和21 ℃的加速因子如表7所示。

表7 各試驗(yàn)溫度相對(duì)于常溫的加速因子

高速電機(jī)的常溫貯存壽命如表8所示。

表8 根據(jù)啟動(dòng)電壓數(shù)據(jù)計(jì)算出的貯存壽命

同理,可根據(jù)空載轉(zhuǎn)速參數(shù)的退化數(shù)據(jù),計(jì)算出高速電機(jī)的貯存壽命,如表9所示。

表9 根據(jù)空載轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)計(jì)算出的貯存壽命

根據(jù)木桶原理[20],結(jié)合啟動(dòng)電壓和空載轉(zhuǎn)速參數(shù)的壽命評(píng)估結(jié)果,此處筆者選擇壽命評(píng)估值較低的啟動(dòng)電壓參數(shù)作為高速電機(jī)的貯存壽命評(píng)估值。

高速電機(jī)在25 ℃和21 ℃下0.5的可靠度曲線如圖6所示。

圖6 高速電機(jī)常溫下的可靠度曲線

3.4 失效機(jī)理一致性檢驗(yàn)

表10 各試驗(yàn)溫度下產(chǎn)品偽壽命對(duì)數(shù)的均值與方差

3個(gè)應(yīng)力下的樣本數(shù)量分別為n1=40,n2=39,n3=38。當(dāng)顯著性水平為0.05時(shí),查F分布表可得到拒絕域邊界,逐一對(duì)任意兩應(yīng)力下的樣本進(jìn)行一致性檢驗(yàn),檢驗(yàn)結(jié)果如表11所示。

表11 一致性檢驗(yàn)結(jié)果

由表11可知:產(chǎn)品在3個(gè)試驗(yàn)應(yīng)力下的失效機(jī)理具有一致性。由此可見(jiàn),采用對(duì)數(shù)正態(tài)分布擬合產(chǎn)品的偽壽命分布具有合理性。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)具有長(zhǎng)壽命和高可靠性的機(jī)電產(chǎn)品,本文設(shè)計(jì)了一種預(yù)試驗(yàn)與正式試驗(yàn)相結(jié)合的加速貯存試驗(yàn)方案,建立了性能退化數(shù)據(jù)的非線性退化模型,并基于偽壽命分布模型的數(shù)據(jù)分析方法對(duì)貯存壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè);通過(guò)某機(jī)電產(chǎn)品加速貯存試驗(yàn)設(shè)計(jì)及貯存壽命評(píng)估實(shí)例,驗(yàn)證了該方法的有效性。研究結(jié)論如下:

(1)加速貯存試驗(yàn)方案首先通過(guò)預(yù)試驗(yàn)獲取元器件的高溫耐久極限,為正式試驗(yàn)的最高溫度點(diǎn)提供依據(jù),其次通過(guò)正式試驗(yàn)得到產(chǎn)品性能參數(shù)的退化數(shù)據(jù),可以大幅縮短試驗(yàn)時(shí)間,降低試驗(yàn)成本,提高試驗(yàn)效率和準(zhǔn)確性;

(2)在性能退化數(shù)據(jù)分析過(guò)程中,首先建立了性能參數(shù)的非線性退化模型,計(jì)算出產(chǎn)品的偽壽命;其次使用似然比檢驗(yàn)判斷產(chǎn)品壽命的分布類型;最后通過(guò)失效機(jī)理一致性檢驗(yàn),驗(yàn)證了該加速貯存試驗(yàn)方案的有效性,計(jì)算得到的常溫貯存壽命及激活能、加速因子等可靠性指標(biāo)具有可信性。