可靠性课程设计报告-恒定寿命加速寿命试验

一．可靠性试验的分类

可靠性试验按试验性质分类可分为：寿命试验、筛选试验、环境试验和现场使用试验。而寿命试验是可靠性试验中最重要最基本的试验，将产品的样本置于规定的试验条件（可以是实际工作状态下的应力和环境条件，也可以是按技术规范规定的额定盈利和环境条件）下进行，在试验期间要记录每一失效时间，以便研究失效时间的分布规律作为可靠性设计以及制定可靠性工艺筛选规范和进一步改进产品可靠性的依据。

二．加速寿命试验背景

对高可靠性的产品，如果采用在正常工作条件下做寿命试验的方法来估计产品或元件的可靠性寿命特征，往往需要耗费很长的时间，甚至还来不及做完寿命试验，该产品就会因为性能落后而被淘汰。如，为了验证执行度为90%，失效率为103/ h的元器件。如果用长期寿命

试验方法进行试验需要用23万只元器件试验1000h，或1000只元器件试验23万小时，且不允许有一只失效。这不仅代价高，而且不现实，所以长期寿命试验方法已经不能适应产品迅速发展的需要。如果寿命试验方法是利用加大盈利（诸如热应力、电应力、机械应力等）的方法来加速产品失效，缩短试验时间，运用加速寿命试验估计出产品在正常工作应力下的可靠性特征值。

三．加速寿命试验的分类：

恒定应力加速寿命试验、步进应力加速寿命试验和序进应力加速

寿命试验。

恒定应力加速寿命试验：将一定数量的试件分成几组，每组固定在一个应力水平下做寿命试验。所选用的最高应力水平应保证试件失效机理不改变，最低应力水平要高于正常工作条件下的应力水平。恒定应力加速寿命试验方法比较成熟，是加速寿命试验最基本最常用的方法。下面将讲述恒定应力加速寿命试验的方法及应用，。

四．恒定应力加速寿命试验设计：

１.加速应力S的选择

任何产品的失效都有其失效机理，因此就要研究各种环境应力对失效机理的影响，以便找出什么样的应力加大时会加速产品失效，并以此选择加速应力。当有多种失效机理起作用时，则应选择对产品失效影响最显著的那种应力作为加速应力 ２．加速应力水平和应力个数的选定

设加速应力水平取为︳Ｓ１︳<︳Ｓ２︳＜…︳Ｓｌ︳共ｌ个，通常取ｌ＝４～５.其中最低应力水平︳Ｓｌ︳选得既高于又接近于实际工作时的应力水平，以提高由其试验结果推算正常应力水平下的寿命特征（外推）的准确性：最高应力水平︳Ｓｌ︳应在不改变产品失效机理的前提下尽量取得高一些，以达到最佳的加速效果。应力水平之间常取等间隔分配。 ３.试验样品的选取与分组

恒定应力加速寿命试验由ｌ（ｌ＝４～５）个加速应力水平下的寿命试验组成。设在Ｓｉ应力水平下投入的式样数为ｎｉ件，则整个恒定

应力加速寿命试验所投式样的总数ｎ为： n =

nin1n2nli1l

式中ｌ－加速应力水平；ｎｉ－第ｉ（ｉ＝１，２，…，ｌ）组试样数。

各组试样数可以相等也可以不相等，但一般均不少于５个。整个试样应在同一批合格产品中随机抽取。 ４.测试周期及试验停止时间的确定

测试周期越短，测试的次数越多，则所得的失效时间就愈准确，测试时间的确定与产品的寿命分布有关。当产品的寿命为指数分布时，可按式

tiln11F(ti) i=1,2,…

来确定，且应使每个测试周期内测到的失效试样数比较接近。 为了缩短试验时间和节约试验费用，对组成恒定应力加速寿命试验的每组寿命试验长采用截尾寿命试验方法。一般要求魅族试验的截尾数ri占该组投试样品书ni的50%以上，至少也要占30%，且应使ri>=5（i从1到l），否则会影响统计分析的精度。

五．试验内容及处理

某单位需要考察某型号电机在储存条件50摄氏度下的各种可靠性特征值。

首先，假设该产品寿命服从对数正态分布，用图估法来分析恒定应力加速寿命试验，确定温度T作为加速应力，通过摸底试验，确定加速应力水平为190℃、220℃.240℃、360℃，l=4。即

T0=190+273=463K;

T1=220+273=493K; T2=240+273=513K; T4=360+273=633K;

其次，在这批电机中随机抽取40部，然后在随机分四组，每组10部，即n1=n2=n3=n4=10,每组分别在以上4个加速温度下各走一次高温储存试验，并将结果填入表1中

表1. 高温储存试验失效时间

序号 失效时间t1j(h) 失效时间t2j(h) 失效时间t3j(h) 失效时间t4j(h) F(t1j)=jl(n+1)

上述仿照加速应力为温度和寿命服从对数正太分布的情形，用图估法可求出电机在储存条件50℃下的可靠性特征。

1.在对数正太概率纸上配置T1、T2、T3、T4条件下的寿命分布直线 按表1中的F(t1j)和t1j的数值在图1中作出L1,L2，L3，L4四条线。这四条线不完全平行，但考虑有试验误差及作图误差等因素，而且总的看来仍近似平行，所以我们仍认为是满足假设2的，工作可以继续做下去。

1 3610 1764 1175 600 6.5% 2 4428 2150 1280 744 16.5% 3 4690 2297 1521 744 26% 4 5648 2436 1569 810 36% 5 5815 2436 1617 912 45% 6 6367 2650 1665 1128 55% 7 6367 2887 1665 1320 64% 8 7050 3108 1713 1464 74% 9 7711 3108 1761 1608 84% 10 8550 3406 1952 1896 93% 图一

图二

在图一中，对四个加速应力水平的寿命分布直线都读出中位寿命tj(0.5)和0.84的分位数t1（0.84）的图估值。按

ilgti(0.84)lgti(0.5)，如图

加速应力水平（Ti） T1 中位寿命ti(0.5) ti(0.84) t1(0.5) T2 t2(0.5) T3 t3(0.5) … … Ti ti(0.5) … … Tj tj(0.5) tj(0.84) j t1(0.84) t2(0.84) t3(0.84) … 2 3 ti(0.84) … i 对数标准方差1 ilgti(0.84)lgti(0.5) … … … … 1/Ti 1/T1 1/T2 1/T3 1/Ti 1/Tj 求得对数标准方差，见表2所示。

表二

温度水平 中位寿命ti^T1/190℃ 5900 （0.5） T2/220℃ 2600 3300 3.415 3.519 0.104 20.28 T3/240℃ 1600 1920 3.204 3.283 0.079 19.49 T1/260℃ 1040 1750 3.017 3.243 0.226 18.76 ti（0.84） lgtilgti^^8100 3.711 ^(0.5) 3.908 (0.84) i 40.318 21.59 1Ti10

2.在单边对数坐标纸上配置加速寿命直线

以1/T为横轴，以lg tj(0.5)为纵轴，根据表一中的数据描点并配置直线，如图二。

图二 Lg 10.5 6.25 5.0 4.0 3.5

3.0 18 22 24 26 30 1T4 1T3

110/T

3T2

1T1

1T0 在图二中，读出T0=50+273=323K的中位寿命的对数

lgti(0.5)6.25，则

t0(0.5)=

1.78106.。

3.估计在温度T0条件下的各种可能性特征值

0123440.1366

5lgt0(0.84)0lgt0(0.50)0.13666.256.3866t0(0.84)2.4410

根据（t0(0.5),0.5）和（t0（0.84），0.84）两点在图一上作直线L0，L0即正常温度下，储存寿命分布的直线。 利用L0直线，得： 中位寿命 t0(0.5)=对数均值

01.78106小时

u=lgt0(0.5)=6.25

u01.15201.78610102对数标准方差 0=0.1366 平均寿命E(T0)=可靠寿命

=

小时

t0.951.15106小时

6t0.990.9510小时

电机开始发生大量失效。

六．试验总结

加速寿命试验可以显著缩短试验时间，提高研究效率，节省了人力、费用，而且加速寿命试验能估计处产品在正常工作应力的可靠性特征值，高效而方便。

在本次试验中，需要注意设计准则。好的设计准则能最大限度地节省时间、材料、人力。只有在选用的数学分析方法符合使用条件的前提

下，才能利用该分析方法进行分析、估计和判断。否则将会造成很大的误差，甚至是错误。本试验的加速应力为温度，因此寿命服从威布尔分布的情形，故可以用图估法来进行分析。在得出数据后，填出高温储存试验失效时间的表格，并根据各失效时间计算出F(t1 j)并作图。接着在图中读出中位寿命和分位数的图估值，按照

ilgti(0.84)lgti(0.5)的方法求出对数标准方差并填表绘

图。最后根据（t0(0.5),0.5）和（t0（0.84），0.84）两点在图一上作直线L0，L0即正常温度下，储存寿命分布的直线。利用L0直线，得出中位寿命、对数均值、标准方差以及平均寿命的估计值，并可以得出在0.95和0.99的可靠度下的电机失效时间。

虽然在整个过程中，很多地方都用到的估计的方法，而且会有试验误差和作图误差，但我们仍可认为这种方法是满足假设——各直线斜率相等，因此还算比较合理的方法。