可靠性强化试验

可靠性强化试验•环境应力激发试验–激发试验（Stimulation）与模拟试验（Simullation）的思路相反，通过人为施加环境应力，快速激发产品潜在缺陷，并加以清除。

–所加应力不必模拟真实环境，只求激发缺陷效率越高越好。

–对故障了解得越多，可靠性越好“设计”。

–设计缺陷的暴露、抑制和排除，在本讲义以外，从方法学上仍然留有极大空间可以探索。

•可靠性强化试验（RET）–G. K. Hobbs, K. A. Gray, L. W. Condra等人是先驱者。

–他们称这种试验为高加速寿命试验（HALT—HighlyAccelerated Life Test）和高加速应力筛选（HASS—Highly Accelerated Stress Screen）。

–前者针对设计，后者针对生产。

–方法的核心是施加大应力，一步步地加，一次次地排除缺陷，以此获得高可靠性。

也叫步进应力法。

–术语：步进应力试验（Step Stress），高加速寿命试验（HALT），高加速应力筛选（HASS），应力寿命试验（STRIFE），应力裕度和强壮试验（SMART）……–波音公司统称这一技术为可靠性强化试验（RET---Reliability Enhancement Testing）。

•可靠性强化试验（RET）–L. W. Condra在其系列论文中说，美国生产厂家在80年代认识质量得重要性，到90年代又认识到可靠性的重要性。

–生产厂家深知市场不仅要求高的开箱率，而且要求在寿命周期内性能良好不变。

–这是新一轮的挑战。

而RET正是满足这一挑战的最好方法。

–按传统的可靠性定义去应付瞬息万变的动态市场，显得太被动，厂家只对用户的条件（规范）负责，不对产品的使用负责，必然在竞争中失败。

–进取性的市场可靠性定义：可靠的产品应随时都能完成用户需要其完成的任何任务！•可靠性强化试验（RET）–这样，可靠性不再是一种成本负担，相反可靠性正是商家追求的一种资产、一种财富。

可靠性试验技术可靠性试验就是论证、验证、评价与分析产品的可靠性而进行的各种试验，它是评价分析产品可靠性的必要手段。

在研制阶段，通过改进可靠性试验中暴露的问题而使产品达到预定的可靠性指标；在定型阶段，通过可靠性试验可以全面考核产品的可靠性指标；在稳定生产阶段，通过可靠性试验可以验证质量的稳定程度。

通过可靠性试验还可以了解电子元器件在不同环境和应力条件下的失效模式，分析失效原因，找出薄弱环节，以达到提高可靠性水平的目的。

可靠性试验主要包括可靠性寿命试验、可靠性环境试验、筛选试验等。

可靠性寿命试验用以考核、评价和分析产品的寿命特征及失效规律，以便得出产品的平均寿命和失效率等可靠性数据，并作为可靠性设计、可靠性预测和改进产品质量的依据。

可靠性环境试验是考察和评价产品实际使用、运输和储存环境下的性能，分析、研究环境因素影响程度及其作用机理而进行的一系列试验，如气候(如风、雪等)、机械(如振动、冲击等)、生物(如霉菌)、辐射、电磁、人为因素(如使用、组装等)"试验条件和程序主要依据GJB548A——96微电子器件试验方法和程序的规定来实施。

GJB548A——96包括为确定军用及空间应用的自然因素和条件的抗损坏能力而进行的基本环境试验；物理和电试验；设计、封装和材料的限制；标志的一般要求;工作质量和人员培训程序；以及为保证微电子器件满足预定用途的质量与可靠性水平而必需采取的其他控制和限制。

通过环境试验能够在集成电路研制早期，评价其使用参数对各种环境强度的敏感性，探测可能发生的故障形式。

在研制后期，探索并验证其受环境强度影响下可靠性指标变化的规律。

传统的环境试验是基于真实环境模拟的试验方法，这种试验方法的特点是模拟真实环境，考虑设计裕度，确保试验过关。

其缺陷在于试验的效率低，试验的资源耗费巨大。

加速环境试验是一项新兴的可靠性试验技术,它是利用高应力水平下的平均寿命去外推正常应力水平下的平均寿命，其关键是要建立加速曲线及描述该曲线的数学物理方程。

目录1. 范围 (1)2. 规范性引用文件 (1)3. 术语、定义 (1)3.1 工作极限 (1)3.2 破坏极限 (1)3.3 步进应力试验 (1)3.4 性能测试 (2)3.5 筛选度 (2)3.6 功能 (2)3.7 指标 (2)3.8 性能 (2)3.9 产品技术条件 (2)3.10 缺陷 (2)3.11 故障 (2)4 试验准备 (2)4.1试验方案 (2)4.2试验样品 (2)5 试验方法 (3)5.1试验环境条件 (3)5.2试验项目 (3)5.3试验平台 (3)5.4常温性能试验 (4)5.5步进应力试验 (4)5.6温度步进应力试验 (5)5.7快速温度循环应力试验 (6)5.8振动步进应力试验 (7)5.9 高低温+振动步进应力试验 (7)6 试验的组织 (8)6.1试验中的测试 (9)6.2试验记录 (9)I压力仪表可靠性强化试验1. 范围本标准规定了压力仪表强化试验（Reliability Enhancement Testing，RET ）的一般要求、试验准备和试验方法。

本标准规定的强化试验（RET）包括步进应力试验和高加速寿命试验（HLAT），步进应力参数以温度循环和随机振动为基础，根据产品的特点再酌增工作应力（电应力）或其他应力。

本标准适用于压力仪表产品及其模块、部件、组件、系统。

2. 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。

其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件，不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T29309-2012 电子电工产品加速应力试验规程高加速寿命试验导则GB/T2423. 1_2008 试验A：低温试验方法GB/T2423. 2-2008 试验B：高温试验方法GB/T2423. 43-2008 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法振动、冲击和类似动力学试验样品的安装GB/T2423. 59-2008 电工电子产品环境试验第2部分：温度（低温、高温）/低气压/振动（随机）综合GB/T2423. 34-2005 电工电子产品环境试验第2部分：试验ZAD温度湿度组合循环试验3. 术语、定义3.1 工作极限当试验样品的工作特性不再满足技术条件的要求，但试验应力强度降低后，试验样品仍能恢复正常工作特性时所承受的试验应力强度值。

滚动轴承疲劳寿命及可靠性强化试验技术现状及发展滚动轴承是广泛应用的重要机械基础件,其质量的好坏直接影响到主机性能的优劣,而轴承的寿命则是轴承质量的综合反映,在中国轴承行业“十一五”发展规划中,重点要求开展提高滚动轴承寿命和可靠性工程技术攻关;低载荷、高转速的传统轴承寿命试验方法周期长、费用高且试验结果的可靠性差,而强化试验则在保持接触疲劳失效机理一致的前提下,大大地缩短试验时间,降低了试验成本,从而加快了产品的开发周期和改进步伐,因此轴承寿命强化试验受到越来越多的关注、研究和应用;轴承快速寿命试验包含了比轴承寿命强化试验更为广泛的内涵,它不仅在寿命试验方面,而且在寿命试验的设计,寿命数据的处理、分析,寿命的预测评估,轴承失效的快速诊断、分析、处理等系统技术方面具有更新更广的内容;轴承寿命理论的现状及发展早在1939年,Weibull提出滚动轴承的疲劳寿命服从某一概率分布,这就是后来以其名字命名的Weibull分布,认为疲劳裂纹产生于滚动表面下最大剪切应力处,扩展到表面,产生疲劳剥落,Weibull给出了生存概率S与表面下最大剪切应力τ、应力循环次数N和受应力体积V的关系：1瑞典科学家Palmgren经过数十年的数据积累,于1947年和Lundberg一起提出了滚动轴承的载荷容量理论,又经过五年的试验研究,该理论才得以完善;该理论认为接触表面下平行于滚动方向的最大交变剪切应力决定着疲劳裂纹的发生,考虑到材料冶炼质量对寿命的影响,同时指出：应力循环次数越多、受力体积越大,则材料的疲劳破坏概率就越大,提出了统计处理接触疲劳问题的指数方程：2式中 S——轴承使用寿命τ0——最大动态剪切应力振幅z0——最大动态剪切应力所在的深度c、e、h——待定指数,由轴承试验数据确定V——受应力体积N——应力循环次数,以万次计经过推导和大量轴承试验数据分析,获得Lundberg-Palmgren额定寿命计算公式：3式中 L10 ——基本额定寿命,百万转Cr ——基本额定动载荷,NP ——当量动载荷,Nε——寿命指数,球轴承取3,滚子轴承取10/3该公式1962年已由ISO列为推荐标准,并于1977年修正为正式的国际标准ISO 281/1－1977;L-P模型能很好地解释滚动轴承失效机理和预测寿命,但是随着技术的发展,特别是炼钢技术的极大提高,使得轴承的实际寿命比计算寿命大很多,人们经过研究发现轴承经过长时间的运转后,也可以从表面产生裂纹,然后向深处扩展;20世纪70年代初,Chiu P和Tallian T E提出了考虑表面的裂纹生成方式的接触疲劳工程模型,该模型可以解释一些L-P模型难以解释的问题,例如表面粗糙度、弹流油膜厚度、切向摩擦牵引力以及润滑介质存在污染物等情况对接触疲劳的影响;20世纪80年代,Ioannides E和Harris T A在引进了材料疲劳极限应力和考虑应力体积内各点应力及其深度的情况下,给出了I-H模型,该模型比L-P模型考虑的更加细致和接近实际情况;但Zaretsky E V认为该模型高估了轴承的寿命;Zaretsky E V提出的基于Weibull模型基础上的修正模型、Cheng W Q和Cheng H S提出的用疲劳裂纹产生的时间来表示轴承寿命的C-C模型、Tallian T E提出的T模型、Yu W K和Harris T A提出的Y-H模型都从不同的角度提出了对寿命的预测方法; 20世纪80年代,瑞典SKF轴承公司的研究人员在L-P理论的基础上得出了通用的轴承寿命计算模型,而L-P模型仅是该理论模型的一种特殊情况;该新寿命理论数学模型在1984年ASME/ASCE联合润滑会议上发表;该理论可用下式表示：4式中σu——为材料疲劳极限应力σ——疲劳裂纹产生的诱发应力,可为最大交变剪切应力,最大静态剪应力,最大八面剪切应力VR——受应力体积区域Z'——为应力σ所在的平均深度N——应力循环次数,以百万次计SN——轴承使用概率A——常数c、e、h——待定指数,由轴承试验数据确定该理论引入了局部应力和材料疲劳极限的概念,计算的出发点是局部应力,更加符合疲劳强度的设计思路,按照该理论,计算额定寿命简化式可表示为：5其中aSKF为寿命调整系数,它包括了润滑、污染、疲劳极限和轴承当量动载荷之间的复杂关系,它的值由污染系数ηc、轴承疲劳极限载荷Pu、当量动载荷P 和粘度系数K之间的函数关系给出;ηc系数则考虑了润滑剂的污染及其对轴承寿命的影响;目前这一理论仅在SKF内部使用;在国际标准ISO 281:1990中也给出了修订的额定寿命计算式：Lna=a1axyzL106该修订公式中的修正系数axyz考虑到材料、润滑、环境、杂质颗粒、套圈中内应力、安装和轴承载荷等因素对轴承寿命的影响;目前该修正式已被我国正式引用并作为我国滚动轴承行业产品寿命的推荐性文件;科学准确地预测轴承疲劳寿命一直是机械工程学者关心又难以解决的难题,三参数Weibull分布和修正的Palmgren-Miner疲劳损伤累积法将是滚动轴承应用中亟待研究的课题,同时建立关于轴承疲劳机理研究、失效因素分析、材料冶炼加工工艺、试验数据分析等的数据库也是任重道远;轴承寿命快速试验机的现状及发展20世纪早期,我国轴承行业一直沿用前苏联的ZS型轴承寿命试验机进行轴承寿命试验,这种试验机的性能已明显落后于试验发展需要;从美国引进的F&M 5″新型滚动轴承疲劳寿命试验机除了价格昂贵外,还采用气动高压动力源和60Hz的电频率,不太适合中国的国情;因此在20世纪的90年代,在吸取国外先进试验机的基础上,杭州轴承试验研究中心研制了新一代自动控制滚动轴承疲劳寿命强化试验机B10-60R及其改进的ABLT系列滚动轴承疲劳寿命强化试验机,大大地推进了中国轴承行业轴承寿命试验系统技术的进步;1. ZS型和F&M 5″型滚动轴承疲劳寿命试验机主要性能参数ZS型滚动轴承疲劳寿命试验机的主要性能参数见表1ZS型和F&M 5″型滚动轴承疲劳寿命试验机的性能比较见表2;2. ABLT-1B10-60R型滚动轴承疲劳寿命强化试验机主要性能参数与ZS型和F&M 5″型滚动轴承疲劳寿命试验机相比,ABLT-1B10－60R型试验机主要作了如下改进：1在 F&M 5″型试验机的基础上,设计一套在径向和轴向都装有薄膜油缸的试验头座组合件,加载油缸传递推力时有调整件和补偿件,保证了精度;设置手动辅助返回动作机构,以利试验头的顺利装拆等;2传动轴由两套深沟球轴承悬臂支撑,传动轴一端固定,一端游动,用弹簧消隙,电动机座部件支撑倒悬,结构紧凑,增加减振措施,增强了稳定性;3加载系统采用薄膜式液压缸,占用空间小、成本低,同时液压缸进出油口安装电磁换向阀,便于自动控制;4温度记录装置和振动信号处理装置等附属装置挂于机架上;该型号试验机的主要性能参数如表3所示;3. ABLT系列滚动轴承疲劳寿命强化试验机主要性能参数在消化吸收和改进各种轴承寿命试验机的基础上,我国自行设计研制的ABLTAccelerated Bearing Life Tester系列滚动轴承疲劳寿命强化试验机,具有完全自主知识产权的新型轴承寿命试验技术和方法,通过个性化设计,能满足大多数滚动轴承疲劳寿命强化试验的需要;其主要性能参数如表4所示;20世纪90年代以前,我国的轴承行业一直沿用前苏联的ZS型试验机和试验规范进行轴承的寿命试验,该试验技术试验精度低、加载系统不稳定、没有自动控制系统,远远不能满足大量试验工作的需要;ABLT-1寿命强化试验机试验技术一定程度地采用了自动化控制技术,具有操作方便、精度大大提高、使用可靠、减少了劳动强度;ABLT系列疲劳寿命强化试验机吸收了以前试验技术的优点,进一步加强和完善了自动化控制水平;目前这一轴承寿命强化试验系统技术已被瓦房店轴承集团有限公司检测试验中心、宁波摩士轴承研究院、重庆长江轴承工业有限公司、中国石化润滑油公司天津分公司、杭州诚信汽车轴承有限公司等国内外众多用户广泛认可并应用;在ABLT系列试验机的基础上,进一步开发A2BLT+F2ASTAutomatic Accelerated Bearing Life Tester & Fast Failure Analysis System Technology 寿命强化试验机和进一步研究开发包括快速失效诊断技术、快速失效分析技术、快速失效处理技术等三大方面技术,将是我们轴承行业试验机研发的下一个重要的课题;轴承快速寿命试验技术现状及发展由于影响轴承寿命的因素太多、太复杂,而轴承疲劳寿命理论仍需进一步完善,因此进行寿命试验成为评定轴承寿命的主要手段;相对于SKF、INA/FAG、Timken/Torrington、NSK等国外公司,我国轴承寿命试验起步较晚,对失效机理等基础理论研究不足,目前尚处于大量积累试验数据的阶段;但是经过十几年的努力和发展,我国的轴承寿命试验技术已经得到了较大的发展并有很大的发展前景;早在20世纪40年代,美国就对产品的设计开始采用单因素环境模拟的研制试验与鉴定试验,用来检验设计的质量和可靠性;20世纪70年代,则开始采用综合环境模拟可靠性试验、任务剖面试验和验收模拟试验;在此后的很长时间内这些试验方法成为保障产品可靠性的主要手段;但由于环境模拟耦合作用的复杂性、高成本以及试验结果的滞后性,使得该类模拟试验技术丧失了一定的优势;与模拟试验的思路相反,环境应力激发试验则是用人为的施加环境应力的方法,加速激出并清除产品潜在缺陷来达到提高可靠性的目的;从早期的高温、温度循环、温度冲击等激发试验的形式,发展为现在公认的高温变率的温度循环和宽带随机振动,试验所施加的应力不必模拟真实环境,只要激发的效率越高越好;随着该试验技术的蓬勃发展,有人试图用标准的形式来加速这一技术的发展,但这种思路容易将试验方法重新拉回到模拟试验的轨道上去,况且不同的缺陷类型和不同失效机理必须使用不同的应力筛选方案来进行,因此这种以标准试验方法来规范试验的方法是不可取的;目前轴承行业广泛采用的可靠性强化试验技术是依据故障物理学,把故障或失效当作研究的主要对象,通过发现、研究和根治故障达到提高可靠性的目的;实践证明,该方法效果显着,并且与常规试验技术具有等效性和可比性;前苏联、瑞典的SKF、日本的NSK、NTN、英国的RHP现为日本NSK-RHP、奥地利的STEYR现为SKF-STEYR、美国的SKF和F&M公司均采用加大试验载荷来达到快速试验的目的;日本和欧美等国家的深沟球轴承强化试验中所采用的试验载荷已经接近或超过额定载荷的一半,如表5所示;模拟试验技术近年来得到广泛的重视,但是模拟试验成本较高、周期太长和模拟耦合的复杂性,使得模拟试验呈积木式、模块化方向发展;激发试验技术虽然国外有一定的研究,但是国内轴承行业目前还很少做过该类试验,同时这种试验方法目前都是在设计没有缺陷的前提下,针对生产过程的缺陷,对于设计缺陷还不能很好的排除;试验技术的智能化和个性化将是轴承寿命试验技术将来的发展方向,根据特定的试验条件,设定转速谱和载荷谱等以满足试验的要求,同时应用人工智能和专家系统等知识库技术来进行智能化处理;2005年10月,第一作者曾赴欧洲考察三周,在德国慕尼黑技术大学等培训学习汽车模拟试验技术,并实地考察了INA/FAG 轴承公司、KLUBER润滑脂公司及其测试中心的模拟试验现场情况,对此有了更深刻的感悟;轴承寿命试验数据处理及发展由于轴承寿命非常离散,一批同结构、同材料、同热处理、同加工方法的轴承在相同的工况下,其最高寿命和最低寿命相差几十倍甚至更多,因此对疲劳寿命试验数据需要用数理统计方法进行处理;近似服从滚动轴承疲劳寿命的理论分布有韦布尔W. Weibull分布以及对数正态分布寿命值取对数后符合正态分布等,但由于韦布尔分布更加接近于寿命试验结果,而且数据处理比较方便,所以目前论述轴承寿命的分布时,绝大多数用二参数的韦布尔分布,其分布函数为：7式中 FL——在规定的试验条件下,轴承运转到L小时而破坏的概率b——韦布尔分布斜率,描述轴承寿命的离散性和稳定性v——韦布尔分布的特征寿命,即当FL=时对应的轴承寿命小时数L——轴承出现疲劳破坏时运转小时数;早期国内主要依据JB/T7049-1993标准中提出的数据处理方法,利用最佳线性不变估计、最大似然估计法或Weibull图法,估计出轴承寿命的韦布尔参数b和V,从而求出试验寿命和可靠性等参数;这种方法较为准确,适合于完全试验、定数截尾试验、分组淘汰等试验的数据处理,但是使用该方法需要一定数量的试验数据,否则不能准确地估计出真实的轴承寿命;JB/T7049-1993现修订为JB/T50013-2000;JB/T50093-1997推荐了另外一种数据处理思路,即先假设韦布尔斜率,设置了质量系数、检验水平、接受门限、拒绝门限等参数,从而减少了很多以前烦琐的数据处理,较适用于定时截尾的试验方法,可以减少试验失效套数,减少试验时间,节约试验费用,但是使用范围有一定的局限性,且与别的数据处理方法的处理结果有一定的差距;第一作者用JB/T50093-1997规定的方法、图估计法、最佳线性无偏估计法、最佳线性不变估计法、最大似然估计法以及最小二乘法等六种方法对几组试验数据进行处理,得到b和v的估计值并加以比较,结果表明最小二乘法的偏差较大,其他几种方法的估计结果差别不大,因此用以上几种方法对轴承寿命进行估算时,关键还是收集数据的正确性;无失效数据的bayes分析法和无失效数据的配分布曲线法正在受到人们的关注和研究;杭州轴承试验研究中心有限公司企业博士后科研工作站试图与国内外着名高等院校合作,以市场为导向,产学研合作共赢的合作模式,在滚动轴承性能寿命的检测试验、故障诊断、寿命预测等相关领域进行研发攻关;随着轴承寿命试验数据处理技术的创新,必将促进滚动轴承快速寿命试验的发展;本篇文章来源于“中国金属加工在线”本篇文章来源于“中国金属加工在线”。

某型军用电子产品的可靠性强化试验一、引言- 研究背景及意义- 目的和任务- 研究范围和方法二、相关理论和技术- 军用电子产品的可靠性标准和测试方法- 可靠性强化技术的概念和原理- 可靠性强化试验方法的选择和设计三、试验方案设计与实施- 试验对比组的选择和设置- 试验方案的设计和实施- 数据采集和分析处理四、试验结果分析- 试验数据分析方法- 实验结果分析和对比- 分析可靠性强化试验的有效性五、结论和展望- 可靠性强化试验的结论及其启示- 未来可靠性试验的研究方向六、参考文献第一章节：引言研究背景及意义随着科学技术的不断发展和军事科技的进步，军用电子产品已经在军事装备中扮演着越来越重要的角色。

这些军用电子产品的可靠性和稳定性直接影响到部队的执行力和作战效果，因此如何提高军用电子产品的可靠性和稳定性也成为目前军事领域研究的急需之处。

可靠性强化试验作为一种有效提高军用电子产品可靠性的方法，吸引了广泛的关注。

目的和任务本文旨在通过对某型军用电子产品进行可靠性强化试验，并从试验数据中分析可靠性强化的效果。

本文的具体任务包括：1. 建立某型军用电子产品的可靠性测试方案，并选择试验对比组。

2. 设计和实施可靠性强化试验，采集实验数据和分析处理。

3. 分析实验结果和对比组，并对比分析其对可靠性的影响。

4. 总结试验结论并展望进一步的研究方向。

研究范围和方法本文研究的对象是某型军用电子产品。

研究方法主要包括试验设计、数据采集和分析等方面的内容。

试验设计选用了可靠性强化试验方法，数据采集和分析主要通过实验数据的采集、统计和分析处理，以及对对比组数据的对比分析来展开。

总体来说，本文的研究是针对军用电子产品可靠性强化这一问题进行的，旨在通过实验研究探讨其有效性和实用性。

在后续的章节中，本文将从相关理论和技术、试验方案设计与实施、试验结果分析等方面展开，以期为深入理解可靠性强化试验提供一定的参考。

第二章节：相关理论和技术军用电子产品的可靠性标准和测试方法军用电子产品的可靠性评估是评估其在特定环境下技术性能完好，能够按照要求稳定运行的系列试验。