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高加速极限试验的主要原理

2020/10/28 17:29:12      点击:      来源:

  高加速极限试验的主要原理是通过促使产品快速失效的方式以发现并减少产品的设计薄弱环节,其目的是提升产品在现场使用过程中的健壮性。该类加速试验不是为了评估产品的可靠性,而是在现场应力(载荷)强度之间裕度较小的情况下消除其失效模式来提高产品的可靠性。该类加速试验仅仅发现产品潜在的失效模式以指导产品设计改进过程。从以往的高加速极限试验经验可知。大多数产品在其承受的应力下非常健壮的,但内部一些组件或设计细节比其他部分明显的弱。而高加速极限试验的理念就是找出这些组件或设计细节,使其与产品其他部分一样健壮。

高加速极限试验

  应力分布和强度分布的重叠区域表征了产品的失效概率。图中的曲线表示了经典的设计裕度,即应力强度准则,但在本章没有说明累计损伤模型;因此,不适用于测定产品设计*终强度的初期短时试验。同样,如果批量产品的质量控制能够保持在一个非常窄的强度分布内(这是一种费时费成本的方式)。那么这两条分布曲线就不会重叠,这就意味着产品在现场不太可能出现某种特定失效模式的失效。

  产品的生产过程,特别是受试组件初样产品的生产过程中,总是保持着严格的生产控制,但在后续产品的生产过程中,这样的方式难以保持。图中说明了受试样品通常都可以达到产品的平均强度甚至更高。因为它们通常是在一个投入了较大管理精力的特定原型生产线上所生产。一旦产品进入批生产。常规生产出的产品总是比初样产品的强度较弱。该原理如图所示,如果精心生产的初样产品的概率分布是应力的函数,那分布曲线的左侧则成为批生产产品所形成的新分布的均值位置。

  初样产品强度分布的分散性较窄,使其远离预期的载荷分布。在这种生产方式下的所有产品将均能通过试验而不会发生失效。但在随后的大规模生产阶段,产品的强度均值会显著降低,所以产品强度分布曲线和应力分布曲线的重叠区域就会出现,这将导致生产管理状况较弱的产品在现场载荷的作用下会发生失效,这也意味着该试验不能充分发现批生产产品的潜在薄弱环节。如果试验的应力水平更高,且产品强度分布中包括常规生产的产品,则该试验可以提供充足的裕度以确保产品薄弱单元的潜在失效能够被激发并减少。而在没有充足裕度的情况下,将会导致随后生产的产品在现场发生失效。

  这就是应用步进应力和高加速极限试验的原理,以确保有合适的超过产品寿命期内预期应力的裕度。通过这种方式,这些试验所需的试验样品比传统试验所需试验样品少得多。

  增加应力以检测批量生产中的薄弱批次并增加裕度高加速极限试验是一种探索性质的、定性的设计改进试验,应该被接受。它可在相关的应力类型下识别产品设讨中较薄弱环节的失效模式。如果这种失效模式与产品使用环境中的应力相关,则该应力水平需要根据应力与产品强度曲线之间的裕度以及生产工艺、预期使用环境的变化而增加的额外裕度依靠工程经验来判断。高加速极限试验与传统的加速试验之间的比较见表C.1。

  随着高加速极限试验的开展,首先是较薄弱的环节失效,接着是第二、第三及其他相对薄弱环节失效。直到不再发生相关的失效模式或达到了受试产品技术极限为止。高加速极限试验所施加的应力被设计成远远超出产品的使用环境应力和设计规范规定的应力。这种应力持续时间短,其目的就是促使产品的薄弱环节转化为失效,并在技术和经济方面都切实可行的情况下健壮产品。高加速极限试验是激发产品的失效模式,而不是确定产品的时间依赖性。

  在试验过程中。必须监测受试产品的功能特性以便发现其是否存在功能缺失。如果无法对其进行连续监测,那么应在应力水平保持恒定的时刻对产品功能进行测试。典型的高加速极限试验步骤参见附录A。

  应力量值并不是高加速极限试验关心的问题,一个有效的高加速极限试验规划真正关注的焦点在于产品改进工作和对产品失效的组织响应上。对产品持续地改进直至达到费效比平衡点为止。即产品设计的各个部分没有明显比其余部分薄弱,其目标是持续改进产品直至商业角度和费效分析技术所确定的合理水平为止。

  产品的工作应力极限和破坏应力极限可在应力轴上绘制成分布曲线,如图4所示,有上限和下限这两种应力极限(工作极限下限LOL、工作极上限UOL、破坏极限下限LDL及破坏极限上限UDL)。

  除了温度应力,其他应力也可成功应用在高加速极限试验中。在其他应力类型的情况下,应力极限的下限可能不存在,如机械应力。但其他应力有可能存在,如电应力和湿度等。

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