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试验|电子设备靠得住性加速试验

编辑：[db:作者] 时间：2024-08-25 03:40:02

本文简要先容电子设备可靠性指标的验证办法及可靠性加速试验的适用工具，并进一步先容了可靠性加速试验的几个履行阶段和采取的加速模型。

目前验证电子设备可靠性指标的办法紧张有基于GJB899A的常规可靠性试验、可靠性评估和加速可靠性试验等。

试验|电子设备靠得住性加速试验

1 常规可靠性试验

个中，基于GJB899A的常规可靠性试验适用于可靠性指标相对不高的电子设备。
一样平常根据电子设备干系技能文件的规定，通过选取得当的试验统计方案，在实验室环境条件下施加极限应力进行考察验证，其特点是试验周期相对较长、试验用度较高。

1.1 可靠性评估

可靠性评估一样平常通过网络设备某个阶段的实际利用数据或各个分设备试验数据进行统计剖析，定量评估其可靠性指标。
由于系统级电子设备组成弘大、构造繁芜，海内实验室不具备系统级可靠性试验的能力，一样平常采取可靠性评估的办法进行验证。
因此，可靠性评估适用于系统级的电子设备。

1.2 可靠性加速试验

可靠性加速试验是基于电子设备的故障物理剖析结果，以确定电子设备的加速试验条件和加速因子，通过对电子设备施加高于正常水平的应力，实现在较短的韶光内快速评估电子设备可靠性水平的试验方法。
可靠性加速试验办理了常规可靠性试验韶光长、效率低及用度高档问题，适用于高可靠性（常日指标在5000h以上）、龟龄命的电子设备。

随着科技的快速发展和进步，武器装备的研制周期越来越短、更新换代的速率越来越快。
尤其是在武器系统中起主要浸染的电子设备，其逐渐向小型化、数字化和集成化的方向发展，同时随着工艺和技能水平的进步，许多电子设备的可靠性指标已经达到了数千乃至上万小时以上。
电子设备可靠性水平的大幅提升，使得常规的可靠性试验方法难以知足高可靠性电子设备指标验证的需求。
为快速评价电子设备的可靠性水平，采取可靠性加速试验的办法成为研制方的不二选择。

2 可靠性加速试验履行

电子设备的可靠性水平紧张受温度、湿度、振动、冲击、电应力等各种环境成分的影响。
20世纪90年代，美国军方对某基地电子产品故障进行调查剖析，结果表明在环境成分引起的破坏失落效或故障产品中，由温湿度引起的占60%，振出发分引起的占27%。
由此可见，温湿度应力和振动应力是引起电子产品失落效的紧张环境成分。

可靠性加速试验一样平常分为以下几个履行阶段：故障物理剖析、确定试验条件、试验履行和可靠性评估。

2.1 故障物理剖析

可靠性加速试验是环绕电子设备的故障模式与故障机理进行的，进行加速试验的条件是：设备在短韶光的加速应力条件下暴露出来的故障模式和故障机理，应与永劫光利用环境下的故障模式和故障机理相同等。
否则，通过加速试验得到结果不能真实反响电子设备的可靠性水平。

故障物理剖析的目的是为了剖析电子设备在其寿命周期环境条件下可能发生的故障位置、故障机理和故障模式。
电子设备的寿命周期环境条件是指：电子设备在预期的任务剖面和环境剖面下，其可能承受的环境载荷(如温度、温度循环、振动、相对湿度等)和事情载荷（如电压、电流等）。

故障物理剖析的紧张方法有以下三个：

(1)采取有限元建模与仿原形结合的方法进行剖析打算，简称仿真试验或仿真剖析；

(2)利用相似产品故障数据进行推断，简称相似产品法；

(3)设计小型试验进行剖析。
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个中，可靠性仿真试验是故障物理剖析最有效的手段之一。
仿真试验以电子产品的构造、材料属性、器件类型、互联等信息作为输入，建立起电子产品的仿真模型，通过对该仿真模型施加各种仿照的环境条件和载荷，从而得出电子产品中各种故障可能发生的韶光和模式。

2.2 加速试验应力的确定

加速试验应力的选取一样平常需遵照以下原则：

1）加速试验应力的类型应基于电子设备紧张的故障模式和故障机理，即影响电子设备失落效的紧张成分；

2）加速试验应力应足够大，才能达到缩短试验韶光，快速评价电子设备可靠性水平的目的。
但是，加速试验应力不是无限加大，须要在设备极限事情应力范围内，否则发生的故障模式和故障机理与设备永劫光利用的故障模式和故障机理不一致，达不到加速试验的目的；

3）加速试验中应对电子设备的功能性能进行检测。

2.3 加速试验的履行

针对电子设备，一样平常是采取整机加速的办法。
首先按照GJB899A-2009的规定选取统计试验方案，确定试验韶光。
然后选取影响电子设备失落效紧张环境成分，如温度、湿度、振动和电应力。
根据电子设备的各个环境成分的极限应力，制订加速试验剖面，确定加速因子。
末了根据试验韶光和加速因子打算出可靠性加速试验韶光和循环数。

2.4 评估设备的可靠性水平

针对电子设备，一样平常是采取整机加速的办法。
首先按照GJB899A-2009的规定选取统计试验方案，确定试验韶光。
然后选取影响电子设备失落效紧张环境成分，如温度、湿度、振动和电应力。
根据电子设备的各个环境成分的极限应力，制订加速试验剖面，确定加速因子。
末了根据常规可靠性试验韶光和加速因子打算出可靠性加速试验的有效韶光和循环数。

2.5 加速试验模型

加速模型是加速试验方案制订和试验数据统计剖析的依据。
单一应力下的加速模型成熟度较高，如阿伦尼斯模型为表征温度加速的模型，逆幂率模型表征动态应力（如冲击、振动）或景象应力（如温度变革、湿度、太阳辐射等）加速的模型。
由于在综合环境下，多种应力相互叠加耦合，电子设备的失落效机理和失落效模式较为繁芜，确立其加速应力与正常应力下的关系存在一定的难度。

目前，多种环境应力下的加速模型紧张有两大类，一类是各种加速应力单独浸染，忽略其相互之间的耦合浸染，其代表为Peck模型；另一类是各种加速应力之间具有一定的相互耦合浸染，其代表是广义艾琳模型。

以某型舰船电子设备为研究工具，采取可靠性加速的办法对其指标进行试验验证。
由于该型电子设备受多种环境应力影响，且各种应力间相互耦合，故确定本次的加速模型为广义艾琳模型。

3 常规可靠性试验案例

3.1 确定试验方案及试验韶光

研制哀求规定该型舰船电子设备的MTBF最低可接管值≥5000h，选择GJB899A-2009中的高风险统计试验方案21，详细参数如下表1所示。

表1试验方案参数

按照21号统计方案，总试验韶光为50001.1=5500h。
由此可见，试验周期长、试验用度高，对项目研制进度影响非常大。
综合考虑费效比、工程研制进度等成分，拟采取GB/T34986-2017《产品加速试验方法》附录B中推举的B.3整机加速可靠性试验方案验证其可靠性指标。

3.2 确定试验应力

该型电子设备可靠性安装在舰船有温控舱室内，影响其可靠性的环境成分紧张有温度、湿度、振动和电应力。
因此，可靠性加速试验的应力应包含上述四种应力。

经剖析，温度循环为引起该型电子设备消耗型故障的主因、振动应力是引起疲倦失落效的主因，且两者均存在充裕的加速空间。
因此，本次可靠性加速试验拟通过加严温度循环应力和振动应力，以达到缩短试验韶光、降落试验用度和快速评估该型电子设备可靠性水平的目的。
湿度应力按照GJB899A-2009中舰船舱内有温控设备的湿度剖面进行施加，电应力按照研制哀求规定的电压变革范围进行施加。

3.3 确定加速因子

1）温度循环加速因子

本文温度循环加速因子的打算方法参考GB/T34986-2017《产品加速试验方法》附录B.4.2中热循环的打算公式，详细如下：

该型电子设备在常规可靠性试验中的最大温差为60℃（-10℃～50℃）；加速前，原温变速率为0.2℃/min。

综合考虑选用元器件的极限事情温度范围，对该型电子设备的事情温度高下限分别进行外扩，外扩后温度循环的加速应力如下：

高下限最大温差为80℃（上限事情温度Tmax=60℃，下限事情温度Tmin=-20℃）；同时温度变革速率由0.2℃/min提高到1℃/min。

经打算，ATC＝5.537。

2)振动加速因子

为缩短试验中振动施加的韶光，根据GJB150.16A-2009《军用装备实验室环境试验方法第16部分：振动试验》附录B.2.2中的规定，在保持振动频率和谱型不变的根本上，可通过增加振动量级的办法来实现。

战斗损伤频谱：

运输随机频谱：

按照GJB150.16A-2009的规定，优先采取实测应力，无实测应力时应选择参考应力或标准中的推举应力。
鉴于该型电子设备无实测应力，振动应力选取GJB899A-2009中规定的应力曲线，guse＝7.5m/s2，WUSE＝1010m/s2（r.m.s）。