貯箱加速壽命試驗系統(tǒng) 400w

貯箱加速壽命試驗系統(tǒng)400w隨著可靠性水平的不斷提高，航天產(chǎn)品的壽命評估面臨著一個長壽命、高可靠的評估問題。如果采用在正常使用條件下做壽命試驗的方法來估計航天產(chǎn)品的壽命特征和可靠性指標,往往需要耗費很長的時間。雖然此問題可以用增大樣本量的方法縮短試驗時間，但是受航天產(chǎn)品研制成本昂貴以及產(chǎn)品批量少所限制，不可能抽取大量試件來做試驗，綜合考慮試驗時間、資金和試件樣本等因素，航天產(chǎn)品需采用加速壽命試驗方法。因此，加速壽命試驗方法及其在航天產(chǎn)品中的工程應(yīng)用研究正逐漸受到了重視。貯箱加速壽命試驗系統(tǒng)的建立對保障長期服役條件下導(dǎo)彈貯箱結(jié)構(gòu)的性能評估和預(yù)報具有重要意義，貯箱加速壽命試驗縮短了試驗時間、提高了試驗效率、降低了試驗成本，使貯箱壽命與可靠性評估成為可能。同時，通過加速壽命試驗較快地暴露貯箱薄弱環(huán)節(jié)，為改進設(shè)計、提高質(zhì)量提供依據(jù)。二可行性分析1主要技術(shù)指標要求獲得在包括溫度、壓力、振動、濕度、輻射等應(yīng)力類型下，貯箱性能失效評估和壽命預(yù)測。2調(diào)研與選型情況2.1加速壽命試驗方法的意義加速壽命試驗方法研究已有近50年的歷史，1957年Levenbach發(fā)表的“電容器的加速壽命試驗”論文被認為是關(guān)于加速壽命試驗方法的第一篇論文。1967年，美國羅姆航空研發(fā)中心（RomeAirDevelopmentCenter：RADC）提出了加速壽命試驗（AcceleratedLifeTesting：ALT）方法叫基于合理的工程及統(tǒng)計假設(shè)，利用與失效物理規(guī)律相關(guān)的統(tǒng)計模型對在超出正常應(yīng)力水平的加速環(huán)境應(yīng)力下獲得的壽命（或可靠性）信息進行轉(zhuǎn)換，得到產(chǎn)品在額定應(yīng)力水平下壽命（或可靠性）特征可以復(fù)現(xiàn)的數(shù)值估計的一種試驗方法。也可以定義為：用加大應(yīng)力的試驗方法加速產(chǎn)品失效，縮短了試驗時間，選用相應(yīng)的加速模型估計出產(chǎn)品在正常應(yīng)力下的壽命（或可靠性）特征值。按照壽命試驗的術(shù)語，人們把施加在產(chǎn)品上的一些試驗條件，即造成產(chǎn)品失效的外部因素叫做應(yīng)力。通常的應(yīng)力有熱應(yīng)力（如溫度）、機械應(yīng)力（如振動、摩擦、壓力、載荷、頻率）、電應(yīng)力（如電壓、電流、功率）、濕應(yīng)力（如濕度）等。應(yīng)力的取值叫應(yīng)力水平。通常條件下的應(yīng)力水平，叫做正常（或設(shè)定）應(yīng)力水平。把應(yīng)力加大到超過正常應(yīng)力水平，叫做加速應(yīng)力水平。如對家用電器來說，電壓220V叫做正常應(yīng)力水平，把電壓加大到300V,300V就叫做加速應(yīng)力水平。在加速應(yīng)力水平條件下所做的壽命試驗，就是加速壽命試驗。加速壽命試驗采用加速應(yīng)力進行產(chǎn)品的壽命試驗，從而縮短了試驗時間，提高了試驗效率，降低了試驗成本，使產(chǎn)品壽命與可靠性評估成為可能。同時，通過加速壽命試驗較快地暴露產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)，為改進設(shè)計、提高質(zhì)量提供了依據(jù)⑵引。簡潔地說，加速壽命試驗是一種可在短時間內(nèi)獲得產(chǎn)品失效率數(shù)據(jù)的方法，它要求了解在正常應(yīng)力下的主要失效機理與失效模式、環(huán)境應(yīng)力水平與產(chǎn)品壽命特征的關(guān)系，一旦求得這種關(guān)系，即可確定有關(guān)應(yīng)用環(huán)境的失效率估計值。加速壽命試驗可以有效獲得零件、部件或系統(tǒng)的失效率，可以減少測定低失成本，樣本按同一批產(chǎn)品內(nèi)隨機選取，隨機分組。(2)應(yīng)力加速壽命模型如果以溫度和壓力同時作為加速應(yīng)力時，可采用Glasstene>Laidler>Eyring在1941年提出的加速模型：J=&exp｛且｝exp｛F(C+2)｝，其中：A,B,C和D是待定的常數(shù)，K是波爾TKT KT茲曼常數(shù)。若令f=a,再對上式兩邊取對數(shù)，可得其線性化形式In=a+b(px(T)+c(p2(F)+d(px(T)(p2(F),其中：a=lnA,b=B/k,c=C,d=D/k,(px(T)=1/T,內(nèi)(玲=F°上式最后一項實際上是外(T)與外(尸)的交互作用項。很多工程應(yīng)用中常把中的T省略，再令3(/)=lnb,即1蛙=。+%(7)+。02(/)+函(7)。2(/)。如果能確認溫度1與電壓V之間無交互作用，那上式最后一項可以省略，加速模型更為簡單。將加速應(yīng)力水平下縮比貯箱的壽命信息進行加工，外推出正常條件下縮比貯箱的性能和可靠性指標。3.3試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析當產(chǎn)品壽命服從威布爾分布的時，恒定應(yīng)力加速壽命試驗應(yīng)滿足下面三個假設(shè)：假設(shè)一：在正常應(yīng)力水平SO和加速應(yīng)力水平SI〈S2〈…〈Sk下，產(chǎn)品壽命分布均為威布爾分布，其分布函數(shù)為：其中B為形狀參數(shù)，n為尺度參數(shù)，y為位置參數(shù)，t為時間變量。當位置參數(shù)丫=0時,將得到常用的兩參數(shù)威布爾分布。假設(shè)二：在加速應(yīng)力水平SI,S2,Sk下，產(chǎn)品的失效機理與正常應(yīng)力水平S0下產(chǎn)品的失效機理相同，因為威布爾分布的形狀參數(shù)B的變化反映了產(chǎn)品失效機理的變化。反映了在加速應(yīng)力水平SI,S2,…，Sk下，產(chǎn)品的威布爾分布的形狀參數(shù)保持不變。即假設(shè)三：尺度參數(shù)n與所加應(yīng)力Si有如下關(guān)系Inni=a+b”(Si)i=0,1,2,-k(2)式中a,b為待估參數(shù),6(Si)為Si的某一已知函數(shù)。這一關(guān)系式通常稱為加速壽命方程模型為阿列紐斯(Arrhenius)加速模型。產(chǎn)品的壽命分布函數(shù)服從威布爾二參數(shù)分布。計算參數(shù)后結(jié)果如圖2所不。由圖可知，形狀參數(shù)根據(jù)Arrhenius模型的可靠度公式：其中B為形狀參數(shù)，B、C為加速模型的參數(shù)，V為操作應(yīng)力值。V=10Mpa。則可以得到在任意時刻產(chǎn)品的可靠度。代入公式(3)得：除此之外，還可以通過該功能得到如平均壽命、返修時間和BX信息。在參數(shù)得到之后,根據(jù)產(chǎn)品的壽命分布符合威布爾分布。3結(jié)束語加速壽命試驗技術(shù)是可靠性數(shù)學(xué)與可靠性工程領(lǐng)域目前的一個研究熱點，對于長壽命高可靠產(chǎn)品的壽命評估具有重要的應(yīng)用價值。另外加速壽命試驗與計算機輔助工程(CAE)是該領(lǐng)域研究工作的必然趨勢，即ALT-CAE技術(shù)。本文中應(yīng)用加速壽命試驗的計算機輔助設(shè)計與分析軟件ALAT分析了產(chǎn)品的恒定應(yīng)力加速試驗數(shù)據(jù)。快速、準確地得到了可靠性設(shè)計中所需要地參數(shù)值和圖形。另外可以通過設(shè)置可靠性設(shè)計的參數(shù)來對加速壽命研究試驗進行設(shè)。它具備了加速壽命試驗的輔助分析與輔助設(shè)計兩大基本功能。參考文獻YurkowskyW,SchafterRE,FinkelsteinJM.Acceleratedtestingtechnology.TechnicalReportNO.RADC-TR-67-420,1967:1?2Nelson,W.AcceleratedTesting:StatisticalModels,TestPlansandDataAnalyses.JohnWiley&Sons,NewYorkJ990.Nelson,W.Acceleratedlifetesting-step-stressmodelsanddataanalysis.IEEETransactionsofreliability,1980,R29(2):103-108.[4]張春華，溫熙森，陳循加速壽命試驗技術(shù)綜述.兵工學(xué)報,2004,Jul.VoL25No.4MazzuchiTA,SoyerR.Dynamicmodelsforstatisticalinferencefromacceleratedlifetests.In:IEEEProceedingsofAnnualRelibilityandMaintainabilitySymposium,1990.67?70HiroseH.Estimationofthresholdstressinacceleratedlifetesting.IEEETransactionsonReliability,1993,42(4):650?657WatkinsAJ.Review:Likelihoodmethodforfittingweibulllog-linearmodelstoacceleratedlifetestdata.IEEETransactionsReliability,1994,43(3):361?365BugaighisMM.Exchangeofcensorshiptypesanditsimpactontheestimationofparameterofaweibullregressionmodel.lEETransactionsonReliability,1995,44(3):496?499McLinnJA.Newanalysismethodsofmultilevelacceleratedlifetests.In:IEEEProceedingsofAnnualReliabilityandMaintainabiltySymposium,1999.38?42[10]WangW,KececiogluDB.Fittingtheweibulllog-linearmodeltoacceleratedlifetestdata.IEEETransactionsonReliability,200049(2):217?223[11]張志華，的詩松.恒加試驗簡單線性估計的改進.高校應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)報(A輯)，1997,12(4):417?424[12]孫利民，張志華.Weibull分布下恒定應(yīng)力加速壽命的試驗分析.江蘇理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2000,21(4):78?81DodsonGA,HowardBT.Highstressagingtofailureofsemiconductordevice.In:Proceedingsof7thNationalSymposiumonReliabilityandQualityControl,1961.[14]NelsonWB.Acceleratedlifetesting-step-stressmodelsanddataanalysis.IEEETransactionsonReliability,1980,29(2):103-108[15]BhattacharggaGK,SoejoetiZA.Atamperedfailureratemodforstep-stressacceleratedlifetest.CommunicationsinStatisticTheory&Method,1989,18(5):1627-1643[16]TyoskinOI,KrivolapovSY.Nonparametricmodelforstep-streacceleratedlifetesting.IEEETransactionsonReliability,1996,4acceleratedlifetesting.IEEETransactionsonReliability,1996,45(2):346?350TangLC,SunYS,etal.Analysisofstep-stressacceleratedlifetestdata:Anewapproach.IEEETransactionsonReliability,1996,45(1):69?74[18]的詩松.指數(shù)分布場合下步進應(yīng)力加速壽命試驗的統(tǒng)計分析.應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)報，1985,8(3):311-316[19]葛廣平，馬海訓(xùn)I.Weibull分布場合下步進應(yīng)力加速壽命試驗的統(tǒng)計分析.數(shù)理統(tǒng)計與應(yīng)用概率，1992,7(2):150?159GeGuangping,MaHaixun,HeYouhua.Dataanalysisfromaccel-eratedlifetestusingstep-stressandWeibulldistribution.ICRMS,Beijing,1994.[21]馬海訓(xùn)，李彩霞.對數(shù)正態(tài)分布場合下步進應(yīng)力加速試驗?zāi)Ｐ秃蛿?shù)據(jù)分析方法.應(yīng)用數(shù)學(xué),1996,9(1):39?41[22]吳紹敏，程細玉.Weibull分布步加應(yīng)力壽命試驗統(tǒng)計分析.華僑大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),1999,20(2):109?113[23]徐曉嶺，費鶴良.威布爾分布場合下步進應(yīng)力加速壽命試驗的統(tǒng)計分析.運籌學(xué)學(xué)報,1999,3(3):73?84YinXiangkang,ShengBaozhong.Someaspectsofacceleratedlifetestingbyprogressivestress.IEEETransactionsonReliability,1987,36(1):150?155LinZhengning,FeiHeliang.Statisticalinferencefromprogressivestressacceleratedlifetests.In:ProceedingsofChina-JapanRelia-bilitySymposium,Shanghai,1987.LinZhengning,FeiHeliang.Anonparametricapproachtoprogres-sivestressacceleratedlifetesting.IEEETransactionsonReliabili-ty,1991,40(2):173?176[27]費鶴良等.固體鋰電解電容器序進應(yīng)力加速壽命試驗.應(yīng)用概率統(tǒng)計，1991,7(3):330?335[28]馬海訓(xùn)，葛廣平.對數(shù)正態(tài)分布場合序進應(yīng)力加速壽命試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析.河北師范大學(xué)學(xué)報，1991(2):61-66[29]王玲玲，王炳興.對數(shù)正態(tài)分布下序進應(yīng)力加速壽命試驗的統(tǒng)計分析.華東師范大學(xué)學(xué)報,1995(4):1~8[30]湯銀才，費鶴良.序進應(yīng)力加速壽命試驗參數(shù)估計的一種新方法.見:中是可靠性學(xué)術(shù)會議論文集，上海，1987.[31]徐曉嶺.Weibull分布在多組序進應(yīng)力下加速壽命試驗的參數(shù)估計.上海師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，1997,26(1):36-41[32]湯銀才，費鶴良.Weibull分布場合序進應(yīng)力加速壽命試驗的統(tǒng)計分析及其軟件包.高校應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)報，1998,13A(4):407~413[33]王炳興，王玲玲.競爭失效機理產(chǎn)品的序進應(yīng)力加速壽命試驗的參數(shù)估計.華東師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，1999,1(3):16-21ChernoffH.Optimalacceleratedlifedesignsforestimation.Technometrics,19624(3):381~408[35]MeekerWQ,NelsonWB.OptimumacceleratedlifetestsfortheWeibullandextremevaluedistributions.IEEETransactionsonReliability,1975,24(6):321-332NelsonWB,KielpinskiTJ.Theoryforoptimumcensoredacceleratedlifetestsfornormalandlognormaldistributions.Technomet-rics,1976,18(1):105?114NelsonWB,MeekerWQ.TheoryforoptimumcensoredacceleratedlifetestsforWeibullandextremevaluedistributions.Techno-metrics,1978,20(2):171-177[38JMeekerWQ.AcomparisonofacceleratedlifetestplansforWeibullandlognormaldistributionsandtypeIcensoring.Techno-metrics,1984,26(2):157?171YangGuangbin.Optimumconstant-stressacceleratedlifetestplans.IEEETransactionsonReliability,1994,43(4):575?581[40]陳文華，程耀東.威布爾分布下恒定應(yīng)力加速壽命試驗方案的優(yōu)化設(shè)計.浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，1999,33(4):337?342[41]MillerR,NelsonWB.Optimumsimplestep-stressplansforacceleratedlifetesting.IEEETransactionsonReliability,1983,32(1):59?65BaiDS,KimMS,LeeSH.Optimumsimplestep-stressacceler-atedlifetestswithcensoring.IEEETransactionsonReliability,1989,38(5):528?532KhamisIH,HigginsJJ.Optimum3-stepstep-stresstests.IEEETransactionsonReliability,1996,45(2):341?345YeoKP,TangLC.Planningstepstresslifetestwithatargetaccelerationfactor.IEEETransactionsonReliability,1999,48(1):61-67[45]程依明.步進應(yīng)力加速壽命試驗的最優(yōu)設(shè)計.應(yīng)用概率統(tǒng)計，1994,10(1):52~61[46]施方，葛廣平.Weibull分布場合下簡單步進應(yīng)力加速壽命試驗的最優(yōu)設(shè)計.上海大學(xué)學(xué)報,1998,4(3):247-252[47]施方，葛廣平.Weibull分布和極值分布場合下簡單步進應(yīng)力加速壽命試驗的最優(yōu)設(shè)計.上海大學(xué)學(xué)報，1998,4(4):383-389BaiDS,ChaMS,ChungSM.Optimumsimpleramp-testsfortheWeibulldistributionandtypeIcensoring.IEEETransactionsonReliability,1992,41(3):407?413GeGuangping,MaXuefeng.Optimumsimpleramptestsforthelognormaldistribution.In:ProcofTheFourthConferenceofAPORS,Melbourne,1997[50]侯希久，張虹.俄羅斯加速貯存與加速運輸試驗技術(shù)概述.出國考察技術(shù)報告，1997(2):109-113[51]楊之昌，馬秀芳.長壽命He-Ne激光器的加速壽命試驗.中國激光，16(7):410?412[52]楊之昌，馬秀芳等.氣體激光器的可靠性和可靠性試驗.激光技術(shù)，1998,22(3):179-184[53]王喜山，孫振東.用威布爾函數(shù)研究氫-笳激光器的壽命特征.中國激光，14(4):213~215[54]郭峻.對步進應(yīng)力加速壽命試驗的實施和討論.應(yīng)用概率統(tǒng)計，1988,4(3):327?331[55]馬海訓(xùn)，秘自強，張和平.黑白電視機的溫度步進加速壽命試驗.應(yīng)用概率統(tǒng)計，1994,10(4):442-445[56]張?zhí)O蘋.航空產(chǎn)品加速壽命試驗研究及應(yīng)用.北京航空航天大學(xué)學(xué)報，1995,21(4):124~129[57]張?zhí)O蘋，盧建生，張增良.輸油泵加速壽命試驗方法及可靠性研究.北京航空航天大學(xué)學(xué)報,1992,18(1):65?71[58]楊士特，楊惠敏，菊詩松，王玲玲.低壓電機快速試驗的統(tǒng)計分析.應(yīng)用概率統(tǒng)計，1990,6(1):108?112[59]蔚詩松，王玲玲.加速壽命試驗.北京:科學(xué)出版社，1997:1?190[6。]李久祥.整機加速貯存壽命試驗研究.質(zhì)量與可靠性，2004,4：14-17.效率產(chǎn)品壽命試驗時間，是一種十分有效的壽命試驗方法⑵引。加速壽命試驗方法的分類及研究內(nèi)容加速壽命試驗，按照應(yīng)力施加方式的不同，通常分為三種類型：恒定應(yīng)力加速壽命試驗、步進應(yīng)力加速壽命試驗、序進應(yīng)力加速壽命試驗（簡稱恒加、步加、序加試驗），如圖1-3所示。恒加試驗是把全部樣品分成幾組，每組樣品都在某個恒定加速度力水平下進行壽命試驗,試驗到規(guī)定時間（亦稱截尾時間）或規(guī)定的失效個數(shù)（亦稱截尾個數(shù)）結(jié)束。步加試驗則是把全部樣品先放在某個加速應(yīng)力水平下進行試驗，待到一定時間或一定個數(shù)的樣品失效，把未失效樣品放在更高的加速應(yīng)力水平下繼續(xù)進行試驗，如此進行下去，應(yīng)力逐步提高，直至規(guī)定時間或達到一定數(shù)量的樣品失效個數(shù)，試驗結(jié)束。序加試驗和步加試驗基本相同，只是施加的加速應(yīng)力是一個隨著時間增加連續(xù)上升的函數(shù)。圖1恒定應(yīng)力加速壽命試驗時間I圖圖1恒定應(yīng)力加速壽命試驗時間I圖2步進應(yīng)力加速壽命試驗圖3序進應(yīng)力加速壽命試驗加速壽命試驗的研究內(nèi)容有⑷：加速壽命試驗類型如何選取；加速應(yīng)力水平或應(yīng)力函數(shù)如何確定；恒加試驗中，分配到各組的樣品比例如何確定，一組截尾時間或個數(shù)如何確定；步加試驗中，決定應(yīng)力上升的一組時刻或一組失效個數(shù)如何確定；步加或序加試驗結(jié)束時的時間或失效個數(shù)如何確定；如何建立加速壽命方程，加速壽命方程是指產(chǎn)品的平均壽命或產(chǎn)品壽命分布中的某種參數(shù)與應(yīng)力之間所滿足的某種函數(shù)關(guān)系；如何對加速壽命試驗得到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，統(tǒng)計分析的任務(wù)是將加速應(yīng)力水平下產(chǎn)品的壽命信息進行加工，估計出加速壽命方程中的未知參數(shù)，再利用該方程外推出正常條件下產(chǎn)品的性能和可靠性指標。上述加速壽命試驗的研究內(nèi)容簡而言之，就是試驗前的最優(yōu)設(shè)計和試驗后的統(tǒng)計分析兩大問題。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀統(tǒng)計分析國外對加速壽命試驗統(tǒng)計分析的研究始于60年代。由于恒定應(yīng)力試驗相對簡單，首先發(fā)展起來的是恒定應(yīng)力試驗的統(tǒng)計分析方法。隨著恒定應(yīng)力試驗統(tǒng)計分析理論的建立，恒定應(yīng)力試驗在實際中的應(yīng)用也得到很大發(fā)展。我國已于1981年頒布了恒定應(yīng)力試驗的4個國家標準（GB2689.1?4—81）。目前有關(guān)恒定應(yīng)力試驗統(tǒng)計分析的研究主要圍繞如何提高統(tǒng)計分析精度問題。MazzuchiTA和SoyerR提出了基于動態(tài)線性模型的線性Bayer推斷方法，提高了小樣本恒定應(yīng)力試驗的分析精度⑸。HiroseH研究了加速模型中的非線性問題，在加速模型中引入閾值應(yīng)力對模型進行改進，提高了恒定應(yīng)力試驗分析的精度⑹。WatkinsAJ對Weibull分布恒定應(yīng)力試驗分析的極大似然估計方法進行了研究，構(gòu)造了簡化的數(shù)值求解模型，便于工程應(yīng)用⑺。BugaighisMM考察了截尾類型(定時截尾、定數(shù)截尾)對Weibull對數(shù)線性模型極大似然估計的影響⑻。McLinnJA引入了各量級下壽命分布之間的約束關(guān)系，使統(tǒng)計分析精度得到了改善⑼。WangW和KececiogluDB進一步討論了參數(shù)約束問題，提出了0、I、II三個模型對參數(shù)約束進行建模，并建立了WK-MLE數(shù)值求解方法，解決了Weibull對數(shù)線性加速模型極大似然估計數(shù)值迭代方法的初始值敏感問題張志華和弗詩松針對分布參數(shù)中間估計量之間的相關(guān)性對恒定應(yīng)力試驗分析中常用的二步估計方法進行了改進，構(gòu)造了兩種新的簡單線性無偏估計(BGLUE,RGLUE)和兩種新的線性不變估計(BGLIE,RGLIE),提高了分析精度W］。孫利民和張志華進一步討論了二步分析方法中間估計量之間的相關(guān)性，利用協(xié)方差改進法優(yōu)化了中間估計，降低了估計方差口文最初的步進應(yīng)力試驗方法是機械耐久性試驗(如疲勞試驗)中所應(yīng)用的階躍載荷法(Step-Load)01961年，貝爾實驗室的DodsonGA和HowardBT在電子產(chǎn)品的可靠性研究中提出了半導(dǎo)體器件的步進溫度應(yīng)力試驗法1網(wǎng)。步進應(yīng)力試驗的優(yōu)點在于這種加速試驗方式降低了對試樣數(shù)量的要求，具有比恒定應(yīng)力試驗更高的加速效率。步進應(yīng)力試驗的樣本失效一般是幾個不同加速應(yīng)力水平共同作用的結(jié)果(試驗的初始應(yīng)力量級除外)，所以如何從這樣的失效數(shù)據(jù)中分離出每個加速應(yīng)力水平下產(chǎn)品的壽命信息，是步進應(yīng)力試驗統(tǒng)計分析的關(guān)鍵問題。1980年NelsonWB提出了著名的Nelson原理"久據(jù)此，產(chǎn)品在不同加速應(yīng)力水平下的試驗時間可以互相折算，從而使步進應(yīng)力試驗的統(tǒng)計分析取得突破。同時，NelsonWB還對電纜絕緣材料步進應(yīng)力試驗的失效數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析，通過極大似然估計方法得到了正常應(yīng)力水平下壽命分布參數(shù)的估計。在NelsonWB研究的基礎(chǔ)上，步進應(yīng)力試驗統(tǒng)計分析方法的研究工作取得了較大進展。Bhat-tacharggaGK等提出了步進應(yīng)力試驗的損傷失效率模型［15］oTyoskinOI和KrivoiapovSY對步進應(yīng)力加速壽命試驗的參數(shù)區(qū)間估計進行了研究，建立了非參數(shù)模型進行求解“旬。LC和YS針對NeLsonWB原理在分析無失效步進應(yīng)力量級時存在的問題，提出了線性累積失效模型(LCEM)對NelsonWB原理進行改進，并研究了LCEM在步進應(yīng)力試驗分析中的應(yīng)用［⑺。的詩松等利用指數(shù)分布場合有序統(tǒng)計量的特性，給出了指數(shù)分布場合步進應(yīng)力試驗統(tǒng)計分析的方法1皿。葛廣平等對威布爾分布和對數(shù)正態(tài)分布場合步進應(yīng)力試驗的統(tǒng)計分析進行了研究，對步進應(yīng)力試驗的最大似然估計(MLE)統(tǒng)計分析方法進行改進，克服了MLE求多元函數(shù)最值的困難，使分析過程步驟流程化""I"吳紹敏和程細玉研究了Weibull分布場合步進應(yīng)力試驗的統(tǒng)計分析問題,將其中的確定性關(guān)系與不確定性關(guān)系分開討論，使算法的復(fù)雜性得到了較大的改善［22］。徐曉嶺和費鶴良對Weibull分布場合且加速模型為逆幕律的定數(shù)截尾步進應(yīng)力試驗的統(tǒng)計分析方法進行了研究，獲得了模型參數(shù)的點估計和區(qū)間估計田】。在步進應(yīng)力試驗的統(tǒng)計分析中，算法復(fù)雜性和非流程化是目前存在的主要問題。這兩方面的問題使得步進應(yīng)力試驗的工程應(yīng)用難度增大，并難于實現(xiàn)軟件編程，降低了工程應(yīng)用價值。序進應(yīng)力試驗的加載應(yīng)力隨時間不斷上升，可以更快地激發(fā)試樣失效，從而進一步提高了加速壽命試驗的效率。1958年，KimmelJ在電子產(chǎn)品的可靠性研究中首先嘗試了序進應(yīng)力試驗方法。由于在加速效率方面具有的優(yōu)勢，序進應(yīng)力試驗方法被逐漸應(yīng)用于加速壽命試驗,并發(fā)展成為該試驗的一類基本試驗方法。我國在序進應(yīng)力試驗的統(tǒng)計分析研究方面取得了較多的成果。殷向康和沈?qū)氈型茖?dǎo)了威布爾分布場合序進應(yīng)力試驗對應(yīng)的分布函數(shù)，從而給出了參數(shù)的MIEN。文獻［24］指出，序進應(yīng)力試驗的極大似然估計不一定存在，即使對于指數(shù)分布場合也要求試驗數(shù)據(jù)滿足一定的約束條件。林正寧和費鶴良對Weibull分布和對數(shù)正態(tài)分布給出了序進應(yīng)力V（t）=kt下的序進應(yīng)力試驗統(tǒng)計推斷磔，26］,并在固體鋁電解電容器上獲得了應(yīng)用PL葛廣平等人推導(dǎo)了對數(shù)正態(tài)分布場合，序進應(yīng)力試驗對應(yīng)的分布函數(shù)，并給出了該場合序進應(yīng)力試驗的統(tǒng)計分析方法［2叫王玲玲等也研究了對數(shù)正態(tài)分布場合序進應(yīng)力試驗的統(tǒng)計分析［29］。湯銀才、費鶴良【3。】和徐曉嶺M1997年討論了多組序進應(yīng)力試驗在Weibull分布場合的參數(shù)估計問題,其中參考文獻［31］的方法復(fù)雜性得到了較大改善。針對參考文獻［25,26］的分析方法存在無解場合的問題，湯銀才和費鶴良提出了序進應(yīng)力試驗參數(shù)估計的新方法，并用C語言開發(fā)了相應(yīng)的軟件包BL王玲玲研究了指數(shù)分布場合具有競爭失效機理的序進應(yīng)力試驗?zāi)Ｐ图皡?shù)的點估計，導(dǎo)出了參數(shù)的逆矩估計量和極大似然估計量目］。與恒定應(yīng)力試驗、步進應(yīng)力試驗相比，序進應(yīng)力試驗的加速效率在三種基本試驗類型中無疑是最高的，但是其統(tǒng)計分析最為復(fù)雜，其應(yīng)用受到了很大的限制。此外，序進應(yīng)力試驗需要專門的裝置來產(chǎn)生符合要求的序進應(yīng)力，這給應(yīng)用帶來一定難度。優(yōu)化設(shè)計加速壽命試驗的優(yōu)化設(shè)計是統(tǒng)計分析的逆問題，研究在給定條件（壽命先驗、應(yīng)力范圍、試驗代價等）下，如何進行試驗以獲得各種可靠性指標的準確估計。優(yōu)化設(shè)計可以描述為一個約束極值問題，優(yōu)化目標為使用應(yīng)力下的可靠性指標估計方差極小，而約束則為最大試驗代價約束（抽樣樣本與試驗時間等）。ChernoffH首先討論了指數(shù)分布場合簡單恒定應(yīng)力試驗的優(yōu)化設(shè)計問題134］。當時并未引起人們廣泛的注意，優(yōu)化設(shè)計的研究到70年代以后才逐步開展起來。MeekerWQ和NelsonWB等研究了威布爾分布和對數(shù)正態(tài)分布場合簡單恒定應(yīng)力試驗的優(yōu)化設(shè)計，得到了比較滿意的結(jié)論口5-371。MeekerWQ對Weibull分布與對數(shù)正態(tài)分布下I型截尾的恒定應(yīng)力試驗優(yōu)化設(shè)計進行了研究，將魯棒性（優(yōu)化試驗方案對實際模型偏離先驗的檢測能力）作為評判準則，對優(yōu)化設(shè)計與折衷優(yōu)化設(shè)計進行了數(shù)值比較，指出折衷方案雖然犧牲了一定的統(tǒng)計分析精度但是改善了優(yōu)化設(shè)計的魯棒性［38］。楊廣賓考察了加速壽命試驗優(yōu)化設(shè)計的魯棒性問題，研究了優(yōu)化設(shè)計的魯棒性與應(yīng)力水平數(shù)之間的關(guān)系，并在Weibull分布場合研究了具有4個加速應(yīng)力水平的恒定應(yīng)力試驗的優(yōu)化設(shè)計1391。陳文華與程耀東在Weibull分布下研究了更加具有一般意義的恒定應(yīng)力加速壽命試驗優(yōu)化設(shè)計問題，按照方差最小原則對應(yīng)力設(shè)置與試樣分配進行優(yōu)化［判。MillerR和NelsonW以及BaiDS等附研究了指數(shù)分布場合簡單步進應(yīng)力試驗的優(yōu)化設(shè)計KhamisIH和HigginsJJ針對加速模型可能出現(xiàn)的二次非線性情形研究了3步步進應(yīng)力試驗的優(yōu)化設(shè)計，提高了步進應(yīng)力試驗優(yōu)化設(shè)計的魯棒性.I。YeoKP和TangLC在加速系數(shù)目標約束下研究了指數(shù)分布下I型截尾多步步進應(yīng)力試驗的優(yōu)化問題，首先對二步簡單步進應(yīng)力試驗的優(yōu)化設(shè)計進行了研究，然后利用動態(tài)規(guī)劃的反向迭代優(yōu)化決策方法將二步步進的優(yōu)化設(shè)計擴展到多步步進的情況，建立了多步步進應(yīng)力試驗優(yōu)化設(shè)計方法Ml。程依明在指數(shù)分布場合，研究了k個加速應(yīng)力水平步進應(yīng)力試驗的優(yōu)化設(shè)計145］。施方、葛廣平研究了威布爾分布和極值分布場合，簡單步進應(yīng)力試驗的優(yōu)化設(shè)計問題146,47］。當序進應(yīng)力試驗的加載應(yīng)力隨時間線性增加時，這種序進應(yīng)力試驗亦稱為梯度試驗。序進應(yīng)力試驗優(yōu)化設(shè)計的研究成果還較少，目前主要針對梯度試驗展開。BaiDS等研究了威布爾分布場合，簡單梯度試驗的優(yōu)化設(shè)計［48］。特別地，如果把受試產(chǎn)品分為兩部分，每個部分上都進行梯度試驗,則稱為簡單梯度試驗。葛廣平研究了對數(shù)正態(tài)分布場合簡單梯度試驗的優(yōu)化設(shè)計［49］。國內(nèi)外應(yīng)用情況國外應(yīng)用情況美國和俄羅斯，開展加速壽命試驗研究已許多年，在民用產(chǎn)品方面，加速壽命試驗方法已廣泛應(yīng)用于通訊、電子、電腦、能源、汽車等工業(yè)部門?；萜?、福特等國際知名企業(yè)已相繼采用加速壽命試驗方法進行新產(chǎn)品研制的可靠性增長試驗，并由此獲得高可靠性，縮短產(chǎn)品研制周期，取得了明顯的經(jīng)濟效益。在航空航天方面，美國波音公司已于1994年在波音-777研制中應(yīng)用加速壽命試驗方法。據(jù)報道，美國航天工業(yè)也采用加速壽命試驗來進行衛(wèi)星整星和導(dǎo)彈艙段試驗。美國空軍ROME實驗室對412L飛行器的警報與控制系統(tǒng)進行了裝配級的加速壽命試驗。據(jù)資料報道，美國把加速壽命試驗當作導(dǎo)彈武器裝備的一種壽命預(yù)測技術(shù)，利用加速老化技術(shù)提供了48個月使用壽命預(yù)報。美國國家宇航局（NASA）在1996年4月的一份關(guān)于與俄合作的太陽電池陣的熱循環(huán)加速壽命試驗的報告中指出，他們用了8個月的時間同時對兩塊在軌時間為四年的電池陣進行了24000次熱循環(huán)加速壽命試驗。美國馬里蘭大學(xué)也曾使用加速壽命試驗技術(shù)對已經(jīng)服役了20多年的某宇航設(shè)備剩余壽命進行了評估，在基于故障物理分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合仿真結(jié)果，得到了宇航設(shè)備的剩余壽命大于10年的評估值。1998年，美國TRW公司報道了一項針對太陽電池陣備用電池的加速壽命試驗，該試驗用了四年的加速壽命試驗?zāi)M完成了相當于20多年的在軌運行。2001年，Synchrobot號月球探測車的底盤驅(qū)動器曾在NASA的JohnsonSpaeeeentre做過加速壽命試驗。俄羅斯為提高導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的貯存可靠性采取了一系列措施，在工程研制過程中，加速壽命試驗應(yīng)用的普遍性、規(guī)范化和有效性等都是相當成功的［5。1。研制“0300”、“朵爾”等多種防空導(dǎo)彈系統(tǒng)的火炬設(shè)計局，開發(fā)并運用“加速貯存壽命試驗”和“加速運輸試驗”等技術(shù)取得了卓著成效。用6個月的加速貯存試驗，即可獲得貯存壽命為10年的結(jié)論，保證導(dǎo)彈在10年的貯存期內(nèi)，無需維修而能滿足規(guī)定的開箱合格率和發(fā)射成功率要求，使導(dǎo)彈這樣的復(fù)雜系統(tǒng)實現(xiàn)了“單元彈藥”或一般機電產(chǎn)品所具有的非常高的貯存可靠性指標要求。俄羅斯建立的這套加速試驗方法總結(jié)了多年工程實踐，將仝彈在模擬設(shè)備上做仿真試驗，并要求建立若干模型，試驗加載條件有電應(yīng)力、溫度應(yīng)力、機械應(yīng)力（振動、沖擊）等。不僅可對元器件、材料做加速貯存試驗，還能對設(shè)備、分系統(tǒng)和系統(tǒng)進行加速貯存壽命試驗，十分經(jīng)濟有效。美國國家宇航局（NASA）針對航空航天產(chǎn)品，如軸承、齒輪、機械軸、潤滑劑、電池、太陽能電池、陶瓷電容器、微電路、印刷電路板、低溫貯箱等開展了廣泛的加速壽命試驗。相關(guān)文獻資料散見于NASA的研究報告和公開發(fā)表的論文中。另外，國外著名的太陽帆板驅(qū)動機構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計公司，英國Marconi公司，法國SEP公司都采用加速壽命試驗的方法對太陽帆板驅(qū)動機構(gòu)的壽命進行了驗證。國內(nèi)應(yīng)用情況在我國航天領(lǐng)域，加速壽命試驗技術(shù)的應(yīng)用引起了極大的關(guān)注，加速壽命試驗方法已應(yīng)用于航天產(chǎn)品的壽命預(yù)測研究和導(dǎo)彈武器系統(tǒng)貯存可靠性研究，并取得了一批重要的應(yīng)用成果（見表1所示），電子產(chǎn)品、火工品、橡膠產(chǎn)品、軸承、陀螺電機等已經(jīng)初步采用加速壽命試驗技術(shù)進行產(chǎn)品的可靠性壽命試驗。表1加速壽命試驗在航天產(chǎn)品中的部分應(yīng)用實例序號航天產(chǎn)品壽命分布 加速模型 試驗方法和試驗應(yīng)力 試驗數(shù)據(jù)評估結(jié)果 參考文獻航天電

連接器陀螺電機月球車驅(qū)

動系統(tǒng)密

封副測頻接收

機（航天

電子對抗

設(shè)備）固體火箭

發(fā)動機推

進劑Weibull分布Arrhenius模型定時截尾，溫度120七的加速因子為14.33：85c航天電

連接器陀螺電機月球車驅(qū)

動系統(tǒng)密

封副測頻接收

機（航天

電子對抗

設(shè)備）固體火箭

發(fā)動機推

進劑Weibull分布Arrhenius模型定時截尾，溫度120七的加速因子為14.33：85c的壽命為3705hoArrhenius模型恒定應(yīng)力：溫度80C的加速因子為21.2：獲得正常應(yīng)力壽命1692h,ALT得到的壽命最大值混合Weibull綜合應(yīng)力變載荷譜，綜合應(yīng)力（溫48h,加速因子為分布加速模型度變化率和驅(qū)動轉(zhuǎn)速）5683正常應(yīng)力下的壽命為196a.80c時整機加速因子指數(shù)分布溫度3.2；基本可靠性水平MTBF為1050h.—Arrhenius模型高溫，加速老化高低溫交變循環(huán)溫度高溫65C,貯存加速因子18：使用壽命15a以上。陳文華聞陳東生陰王少萍口?！亢钕葮sg李兆民口引載荷一壽無刷直流

電機Wabull分 命曲線，布，指數(shù)分布Arrhenius模型1）提高環(huán)境溫度，恒溫箱70C,2）增加電機負載，恒溫箱

30C,1.2倍額定負載1）加速因子：1.327,27,1.57；2）加速因子：1.798,9.96,1.235。黃洪劍口3】電容器Weibull分布逆鵬律

模型恒定一步進應(yīng)力組合,

電壓中位壽命:3.638x10%

平均失效率：.2xi（y6/h。1996年洛陽軸承研究所在軸承壽命研究中采用了加速壽命試驗技術(shù)，結(jié)果表明，加速壽命試驗應(yīng)用于軸承壽命研究在試驗時間與試驗經(jīng)費上均節(jié)省了1/3以上，具有明顯的經(jīng)濟效益。Hc-Ne激光器是我國主要的氣體激光器產(chǎn)品，在70年代末已具備一定的規(guī)模。1981年由南京工學(xué)院主持開展了He-Ne激光器的加速壽命試驗，采用加大激光器工作電流來進行加速壽命試驗，得到了加速模型［51-53］。天津電子儀表質(zhì)量中心試驗所將步進應(yīng)力加速壽命試驗應(yīng)用于某變?nèi)荻O管的可靠性研究中，實現(xiàn)了對高可靠二極管的可靠性評估a］。參考文獻［55］將加速壽命試驗技術(shù)應(yīng)用于黑白電視機的壽命評估，縮短了電視機壽命評估的試驗時間，取得了較大的經(jīng)濟效益。加速壽命試驗在電光源壽命檢驗中也取得了較為成熟的應(yīng)用。目前在普通照明燈泡熔斷壽命檢驗中已經(jīng)廣泛采用加速壽命試驗技術(shù)，并于1989年頒布了相關(guān)的國家標準。近10年來加速壽命試驗技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空系統(tǒng)的輸油泵、液壓泵和燃油泵的壽命研究中.，5刀。低壓電機的可靠性水平目前主要依靠恒定應(yīng)力試驗方法進行評估，我國還指定了相應(yīng)的標準JB/DQ3205-86.上海電器科學(xué)研究所等單位在低壓電機的步進應(yīng)力加速壽命試驗方面已進行了一些成功的探索［58即。對衛(wèi)星產(chǎn)品而言，太陽帆板驅(qū)動機構(gòu)、陀螺、動量輪等星上轉(zhuǎn)動機構(gòu)的加速壽命試驗技術(shù)是當前研究的熱點。李久祥等在導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的加速貯存壽命試驗方面作了探索性的工作，并給出了整機(伺服機構(gòu))加速貯存壽命試驗的工作程序,指出整機加速貯存壽命試驗的目的是加快產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)的失效來確定其自然貯存條件下的貯存壽命⑻］。3建設(shè)方案方案框架由于成本及試驗水平等條件限制，幾乎不可能進行原尺寸加注液體燃料貯箱結(jié)構(gòu)的試驗,所以加注液體燃料貯箱試驗件必須是建立在嚴格遵循相似性原理條件的縮比試驗?zāi)Ｐ突A(chǔ)上，因此，貯箱加速壽命試驗主要應(yīng)包括兩個步驟：貯箱材料試片級試驗和縮比貯箱試驗，具體方案如下：試片級試驗A單因素加速壽命試驗以溫度、濕度、壓力、振動、輻射等直接影響產(chǎn)品壽命的應(yīng)力為貯箱壽命試驗的單一因素，進行貯箱材料試片的加速壽命試驗。(1)試驗類型：采用恒定應(yīng)力加速壽命試驗方法將全部樣品分成幾組，每組樣品都在恒定應(yīng)力水平下進行壽命試驗，試驗到規(guī)定時間結(jié)束。在每一個應(yīng)力水平臺階上穩(wěn)定lOmin,lOmin后對貯箱材料試片進行全面的功能測試，得到每組貯箱材料試片的截尾個數(shù)。受試樣品的多少，影響著試驗精確度，因此希望受試樣品越多越好。但是樣品數(shù)量增加,勢必增加成本。在保證數(shù)理統(tǒng)計及數(shù)據(jù)處理精確度最低要求基礎(chǔ)上，選取適量的樣品以降低成本，樣本按同一批產(chǎn)品內(nèi)隨機選取，隨機分組。選取的應(yīng)力水平數(shù)越多，對加速方程中兩個系數(shù)的估計越精確。但應(yīng)力水平數(shù)越多，投入試驗樣品數(shù)就要增加，試驗設(shè)備、試驗費用也要增加。出于貯箱材料試片費用較高、數(shù)量較少的原因，一般確定應(yīng)力水平為4檔至6檔即可。(2)應(yīng)力加速壽命模型以溫度應(yīng)力類型為例，假設(shè)在以溫度T(或濕度S)作為貯箱材料試片所施加的加速應(yīng)力，這時物理失效模型阿倫尼斯模型為：J=,式中：匕是貯箱材料試片壽命；A是一個常數(shù)，且A>0；E是激活能，與材料有關(guān)，單位是電子伏特，以ev表示；K是波爾茲曼常數(shù)，為&167x10-5"/。。，從而E/K的單位是溫度，故又稱E/K為激活溫度；T是絕對溫度，它等于攝氏溫度加273。阿倫尼斯模型表明，壽命特征將隨著溫度上升而按指數(shù)下降。對此模型兩邊取對數(shù)，可得：Inj+)/T,其中a=InA,b=E/K,均為待定參數(shù)。將加速應(yīng)力水平下貯箱材料試片的壽命信息進行加工，估計出加速壽命模型中的未知參數(shù)a和b,進而利用該模型外推出正常條件下貯箱材料試片的性能和可靠性指標。壓力應(yīng)力、振動應(yīng)力加速壽命試驗原則與上類似。對于輻射應(yīng)力來說，加速壽命試驗?zāi)壳巴ǔ２捎每倓┝康刃У姆椒?，即根?jù)產(chǎn)品工作壽命內(nèi)的輻射總劑量進行地面試驗，并認為其等效。要評價這種方法的有效性還需進一步研究輻射劑量與產(chǎn)品性能退化之間的關(guān)系。B多因素綜合加速壽命試驗多因素加速壽命試驗即考慮溫度與濕度的綜合應(yīng)力、溫度與壓力的綜合應(yīng)力、溫度與振動的綜合應(yīng)力對貯箱材料試片壽命的預(yù)測試驗，多因素加速壽命試驗環(huán)境相對單因素加速壽命試驗環(huán)境要求更高、實現(xiàn)難度更大，其試驗原理與施加原則與單因素加速壽命試驗相同。