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加速試驗的分析比較

2009

12-04

08:48:14

 1383

來源：東莞市貝爾試驗設備有限公司

引言

什么器件采用什么生產過程呢？新的設計必須得到確認，以便開始生產。目

的是避免那些導致?lián)栴}出現(xiàn)的產品流入市場的風險。如何保證產品無設計缺陷呢？試驗必須全面，但必須有效，以保證擔保費用低和避免賠償?shù)呢熑巍?/span>

信息：根據(jù)產品試驗所用的方法而作出決策所需的信息可分為如下4組：

1）目標：需要這種信息的目的是為了確認特殊設計特性和設計等級等。例如，在早期設計階段，設計理念必須證明是可行的，而即將投產的產品必須論證給出的置信等級。需用來確認不同等級的設計和產品的信息就是試驗的目標。

2）方法：適合用來產生信息的方法。這些試驗方法、計算機建模和工程算法將用來產生所需的信息。

3）失效模式：預測的失效模式種類會影響適當對產品進行試驗所需的方法和設備。

4）設備：需用來實施給定方法的設備種類。

5）性能參數(shù)：不同于設備零部件的性能范圍。

信息目標：視產品的研制階段而定，需要的信息有若干種類。

表1 各類所需的信息

可行性	計算機建模，工程計算	經驗，過去的實踐
安全性，SPC控制，工程輸入	用于過程控制、安全性、一致性和工程輸入的、諸如標準負載或材料特性之類的信息
設計迭代	可靠性增長用的根本原因（糾正措施）	評估設計成熟度用的DM	計算機建模，工程計算
zui后生產	評估成本/擔保用的可靠性預計	工作極限的確定
新產品開始設計	確定工作極限

在產品研制的早期階段中，必須確定設計的基本可行性。在工業(yè)部門中，設計的可行性經常以過去的經驗為依據(jù)。不過，新的設計有時會碰到挑戰(zhàn)。在這種情況下，必須評價設計的可行性。

在開展設計時，設計工程師需要特定的要求和獨立的信息以滿足某些條例。例如，用40%的玻璃填充到聚合物中而制成的汽車儀表板的塑料結構將具有*的性能。模制過程以及模制過程中玻璃纖維中引發(fā)的定向量將產生設計的材料特性。因此，設計工程師必須確定這些信息，以便適當?shù)卦O計元器件。

在設計迭代階段中，需用來推進項目的關鍵信息是設計固有失效模式的根本原因。設計工程師可調整設計，以改進設計的固有可靠性，若失效模式的根本原因是已知的話。

除了失效模式的根本原因以外，設計的相對成熟度也是關鍵。若設計是成熟的，那么繼續(xù)的設計迭代就不會改進設計的固有可靠性。但另一方面未成熟的設計對先前的設計來說很可能是一種進步。了解設計是否成熟，這是完成迭代設計階段的關鍵。

在迭代設計期間，已知負載案例的應力一致性、減輕質量/重量的機會、在電子器件中重新分配熱源、流動通路和選通的*化、人機工程的影響和其它許多問題都可通過計算機建模來描述。盡管這些問題不是象限制產品壽命或工作的物理失效那樣重要，但他們的確影響到設計的得益性和效率。

在生產期間，制造工程師需要驗證生產過程沒有把研制中不成問題的失效模式引入產品中去。研制試驗與生產試驗之間的特性比較可提供關鍵的工藝失效的根本原因信息。產品族的預期特性對于擔保預測、服務人員培訓、更換、修理和維護計劃來說是*的。

對于許多產品來說，實際公布的工作極限和貯存極限是研制期件定的目標、然后在zui后生產中加以量化。此信息對于確定用戶指南信息和擔保局限來說是關鍵。

4. 失效模式

產品研制的可行性與迭代設計階段所需的信息部分取決于設計的潛在失效

模式。不同方法和設備的選擇與成功取決于需得到驗證的失效模式。靜態(tài)負載試驗不會提供疲勞、磨損、化學反應、涂層、拋光、潤滑劑或設計狀態(tài)的變化相關的信息。振動有助于測定疲勞、磨損、干擾和彎曲等失效模式，但無助于測定其它失效模式。在選擇方法和試驗設計時，必須得到驗證的失效模式必須加以考慮。無知不是福。

5. 方法

要討論的不同方法有許多。為了弄清起見，這些方法可根據(jù)產生的信息種類

來分組。此處將特別強調較新的加速試驗方法。

5．1 失效模式驗證試驗

失效模式驗證試驗（FMVT）是失效模式識別試驗方法，它所用的樣品可少至1個。該試驗方法用來確定多個設計固有失效模式、給失效模式分類和為設計改進（設計成熟度）評估可能性。

5．2 高加速壽命試驗

高加速壽命試驗是也失效模式識別試驗方法，它用很少樣品來確定多個設計固有失效模式，確定產品的工作與毀壞極限。

5．3 全系統(tǒng)壽命試驗

全系統(tǒng)壽命試驗（FSLT）是加速可靠性試驗方法，該方法是使樣品在所有的已知應力源下經歷1個相等的壽命。該試驗可產生可靠性預計。

5．4 靜態(tài)負載試驗

現(xiàn)有各種各樣的靜態(tài)負載試驗，它們可測量以非循環(huán)方式經受軸向、扭轉或壓力負載的樣品的耐負載或破壞性負載特性。這些試驗可提供關鍵負載承受件上的破壞上限和安全性驗證。

5．5 化學反應試驗

現(xiàn)有各種各樣的環(huán)境試驗，它們用來確定樣品經得起化學物質以及諸如鹽霧、紫外線、高低溫或濕度之類因素影響的能力。這些試驗通常以靜態(tài)負載成雙進行，以跟蹤由于化學反應而發(fā)生的樣品強度劣化。

5．6 CMM

設計的尺寸測試用來驗證樣品能滿足設計容差。

5．7 材料特性

產品中所用的材料特性可通過各種方法來確定。諸如密度、可拉伸性、模量、成品率、硬度、微結構、化合物、玻璃轉換溫度和不退色性等之類的特性都能得到確定。此信息對于產品利用材料特性或在材料的極限內能正常工作來說是有用的。

5．8 計算機輔助設計

計算機輔助設計（CAD）可預計設計質量、空腔中心、共振特性、應力聚集、熱特性、聲學特性和機械響應等。此信息可用來實現(xiàn)設計的*化和設計改進。

6．設備

適用于試驗的設備范圍很大。由于振動設備與討論的加速試驗有關，此處介紹幾種振動試驗設備。

6．1 FMVT機

FMVT機是有權的懸置6軸振動機，它設計用來產生大的位移以及振動能的較均勻分配。

6．2 氣動錘擊臺

氣動錘擊臺（如QualMark制造的OVS系列）是有權的6軸振動機，它設計用來產生擬隨機高頻振動。

6．3 聯(lián)動機（Team Cube）

聯(lián)動機是有權的6軸振動機,它能產生低頻振動，它的特征是具有高可控振動剖面。

6．4 環(huán)境試驗箱

環(huán)境試驗箱具有很多種尺寸、溫度范圍、濕度控制器、梯升率和控制方法。典型的試驗箱有循環(huán)風機，試驗箱用電熱器加熱和用制冷系統(tǒng)冷卻，冰凍與zui高箱子溫度之間可進行濕度控制。

6．5 其它

還有其它振動與循環(huán)設備可用來提供客戶要求的和標準的單一軸向振動、6軸振動和循環(huán)負載。一般來說，特殊試驗的負載要求將支配所用的設備。應注意，有若干試驗方法要求客戶設計元器件的循環(huán)試驗，同時使用上述所列的一種設備。

6．6 性能參數(shù)

對于設備的每個零件來說，性能范圍可用來決定哪臺試驗機zui適用于特殊試驗方法和信息目標。對于基本振動機來說，基本參數(shù)是負載、位移范圍、頻率范圍和設計的共振特性。

7. 決策

決定產品用哪個試驗方法和設備時，必須進行信息目標、適用方法、潛在失

效模式和適用設備的比較。

7．1 信息驅動的比較

用信息目標來決定哪個試驗方法，這有助于限制選擇方案的數(shù)量和把重點放在試驗目的上。特殊的信息目標可通過產品所處的研制階段來決定。表2供給定信息目標的合適方法的簡單目錄。

表2 給定信息目標的合適方法

給定的信息目標	合適的方法
可靠性增長所用的根本原因（糾正措施）	HALT	FMVT	化學反應試驗	靜態(tài)負載試驗
估計成本/擔保費所用的可靠性預計	FSLT	化學反應試驗	靜態(tài)負載試驗	CMM	特性
用于過程控制、安全性、一致性和工程輸入的、諸如標準負載或材料特性之類的信息	CMM	特性	化學反應試驗	靜態(tài)負載試驗
評估設計成熟度用的DM	FMVT
工作極限的確定	FMVT	HALT	靜態(tài)負載試驗	特性

信息目標不能*確定哪個試驗方法zui適用于現(xiàn)有的設計階段。用表3所述的潛在失效模式有助于把試驗方法的范圍收窄。

表3 潛在失效模式與合適的試驗方法

潛在失效模式	合適的試驗方法
疲勞	HALT	FMVT	FSLT
磨損	HALT	FMVT	FSLT
化學反應	化學反應試驗	特性
超載	靜態(tài)負載試驗
干擾/彎曲	HALT	FMNT	FSLT	CMM
涂層/拋光/潤滑油	HALT	FMVT	FSLT	特性
狀態(tài)變化	HALT	FMVT	FSLT	特性

應注意，對于特殊產品來說，試驗計劃可能需要兩個或更多個試驗方法來滿足所有目標。不過，明確地制定試驗的信息目標有助于避免多余試驗引起的信息重復。

有了實現(xiàn)信息目標所需的方法之后，就可以選擇合適的試驗設備。表4顯示本文作過比較的帶有比較用參數(shù)的設備及可實現(xiàn)的目標。

表4帶有比較用參數(shù)的設備及可實現(xiàn)的目標

比較用參數(shù)	FMVT機	QualMark	聯(lián)動機	其它
負載/位移范圍	3000磅單軸負載，zui大30g，位移4英寸	3000磅單軸負載，zui大60g，位移＜0.25英寸	14000磅單軸負載，zui大14g，位移2英寸	－
共振特性	5~2500Hz初級能量范圍	500~10000Hz初級能量范圍	2~200Hz初級能量范圍	－

信息目標
可靠性增長所用的根本原因（糾正措施）	×	×	×	×
估計成本/擔保費所用的可靠性預計	－	－	×	×
用于過程控制、安全性、一致性和工程輸入的、諸如標準負載或材料特性之類的信息	－	－	－	×
評估設計成熟度用的DM	×	×	×
工作極限	×	×	×	×

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