高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法技术

本发明专利技术属于高加速应力筛选试验技术领域，公开了一种高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法；采用有限元分析软件进行实体建模；对筛选对象模型按照高加速寿命筛选(HASS)试验中的破坏极限和工作极限进行加载；根据确定的破坏极限和工作极限分别在温度和振动应力下进行有限元仿真分析，得到不同应力水平下的损伤因子和等效寿命；对筛选对象失效模式和失效时间进行整理统计与分析，选择可靠性分析模型；构建温度和振动应力下的综合累计损伤因子，计算等效寿命，得到HASS剖面下的可靠性模型，对经过HASS试验的对象进行剩余寿命评估和可靠性分析。

Residual Life Assessment and Reliability Analysis Method of High Accelerated Stress Screening Test

The invention belongs to the technical field of high accelerated stress screening test, and discloses a residual life assessment and reliability analysis method of high accelerated stress screening test; uses finite element analysis software to carry out physical modeling; loads the screening object model according to the failure limit and work limit in high accelerated life screening (HASS) test; and according to the determined failure limit and work limit points. The damage factors and equivalent life under different stress levels are obtained by finite element simulation analysis under temperature and vibration stress respectively; the failure modes and failure time of the selected objects are analyzed and the reliability analysis model is selected; the comprehensive cumulative damage factors under temperature and vibration stress are constructed to calculate the equivalent life, and the reliability model under HASS section is obtained. Residual life assessment and reliability analysis were carried out for subjects who had passed HASS test.

【技术实现步骤摘要】
高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法
本专利技术属于高加速应力筛选试验
，尤其涉及一种高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：产品的可靠性是设计出来、制造出来、管理出来的，产品制造过程中的各种不确定性，造成产品或多或少存在缺陷和隐患，使得生产出的产品的可靠性存在很大差异，因而需要对产品进行100％筛选，从而剔除由于原材料、不良元器件、工艺缺陷和其它原因所造成的早期故障，达到提高产品质量与可靠性的目的。高加速应力筛选(HighlyAcceleratedStressScreening，HASS)采用温度循环和随机振动等综合应力以及比使用环境高得多的应力量值对产品进行加速筛选，是结合产品的实际情况，满足既能够快速、经济、有效地激发出在使用环境下可能导致产品失效的各类缺陷，又不过量消耗产品的有效寿命要求的情况下，根据一定的设计准则而得到的。HASS试验剖面图是由数个在两个极限温度之间的振动和温度等环境应力综合作用的循环周期构成的。高加速筛选试验的剩余寿命的评估的一般方法，是获得完好产品的使用寿命和筛后产品的使用寿命，这样才能准确比较和评估HASS对受筛产品寿命的影响，但这些寿命数据的获得是很难的，对新研产品来说是无法进行的。因此，目前用于剖面验证最常用的方法是对研究对象施加20次HASS剖面，理论上认为如果试验后研究对象发生失效，那么一个剖面后的产品至少具有95％的剩余寿命。在HASS的剖面设计及产品的实际生产中，由于技术及经费的限制，一定程度上阻碍了HASS的开展与进一步发展。现有高加速筛选试验寿命评估试验成本高昂，且难以保证精度和可靠性的问题。综上所述，现有技术存在的问题是：现有高加速筛选试验寿命评估试验成本高昂，且精度和可靠性较低。解决上述技术问题的难度和意义：对于电器组件而言，获得产品寿命数据往往存在一定困难，用传统方法只能得到少量的样本数据，而且成本高昂。得到的寿命评估只能是近似值，并不能给出可靠性指标。如何实现对电器组件的剩余寿命进行准确的评估，并给出相应的可靠度指标，对于电器的组件的健康管理与维修决策都具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法。本专利技术是这样实现的，一种高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法，所述高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法包括：步骤一，采用有限元分析软件进行实体建模，分别对电阻、电容、电感、集成电路、电气接插件、焊接点、导线连接、机械联接、电路板及机箱进行几何建模；步骤二，对修正的模型按照HASS试验的结果进行加载，温度和振动应力采用循环和步进方式加载；步骤三，根据在温度和振动应力下的仿真结果，计算两种应力下的损伤因子和等效寿命；步骤四，对筛选对象失效模式和等效寿命进行整理统计，通过分析应力及变形数据发现主要失效形式是元器件性能失效，螺纹副脱落，元器件管脚断裂，在失效模式分析的基础上，选择合适的可靠性分析模型，常用的有以下几种：分布函数法(包括指数分布，两/三参数威布尔分布，正态分布，对数正态分布等)；应力—强度干涉理论；名义应力法，应力应变法等；步骤五，构建温度和振动应力下的综合累计损伤因子，计算等效寿命，得到HASS剖面下的可靠性模型，对经过HASS试验的对象进行剩余寿命评估和可靠性分析；进一步，在采用有限元分析软件进行实体建模之前需要对应力集中及易失效的部位进行连续的应力及变形数据采集，利用HASS的试验过程及结果，包括试验对象的性能，失效形式。进一步，在步骤一中对试验对象进行网格划分时应依据实际HASS剖面数据与对象特性对应力集中以及易失效部位细化，依据实际HASS剖面数据对模型进行修正，对建立好的模型按照实际HASS的载荷加载方式分别进行仿真分析，通过对比试验结果，找出哪些参数和分析结果之间的变化关系，对参数进行微调，进行模型修正。进一步，所述工作极限的温度工作极限和振动工作极限；温度工作极限包括温度上下极限和温变率；振动工作极限，包括随机振动的量级及振动时间。进一步，所述损伤因子，是在不同量级的温度和振动应力水平下分别获得；本专利技术的另一目的在于提供一种利用所述采用高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法的电器元件的应用方法，所述电器元件的应用方法包括以下步骤：步骤一，利用样件的HALT和HASS试验数据，分析表明机电组件的失效形式是元器件性能失效，螺纹副脱落，元器件管脚断裂；步骤二，仿真建模，对应力集中及易失效的部位进行连续的应力及变形数据采集，采用有限元分析软件对试验对象进行实体建模，对管脚、焊点部位、螺纹副应用有限元软件的网格细分功能，选取需要进行网格细分的部位，设定需要细分的水平参数，在软件中完成网格细化，并对比试验结果，对模型进行修正；经过修正的仿真模型中振动极限为23Grms，温度破坏极限为-50℃～80℃，根据仿真与HASS试验结果的比较分析，调整仿真模型中的应力加载参数；步骤三，采用步骤三中得到的应力加载参数，利用累计损伤理论，依据仿真分析结果进行损伤因子计算；步骤四，可靠性建模，建立指数威布尔分布函数模型；步骤五，根据步骤三得到的损伤因子与步骤四中建立的可靠性分析模型，得到不同应力水平下的等效寿命，对试件进行可靠性模型分布检验；步骤六，根据步骤三中得到的温度和振动应力下的损伤因子构建综合损伤因子，计算等效寿命，采用步骤六中的可靠性模型分布检验结果，得到HASS剖面下的可靠性模型，对经过HASS试验的电子产品进行剩余寿命评估和可靠性分析；进一步，在步骤二中，最终调整应力值参数如下：取温度循环的范围为-50℃～80℃，起始温度为室温20℃，温变率为60℃/min，温度循环为2次/循环，随机振动的初始量级为5Grms，最高量级为10Grms，滞留时间为10min；进一步，在步骤六中最后的得到的HASS剖面下的可靠性模型为指数威布尔模型，模型参数如下：位置参数μ＝5714.422，形状参数α＝1.15，形状参数γ＝3.3，尺度参数η＝1994.047。在一次HASS剖面之后，电器组件的剩余寿命百分数为p＝0.9914，可靠度为R＝0.994。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法的自动切换电器。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法的非自动切换电器。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：实物试验，现有HASS试验的剩余寿命的评估方法是通过实物试验反复进行应力加载得到；而本专利技术的方法由可靠性模型直接计算确定，实物消耗量可减少80％以上；HASS可靠性量化，现有HASS试验的剩余寿命确定方法缺乏精确的量化指标，无法给出相应的可靠度；本专利技术的方法利用可靠性方法计算剩余寿命，以此具有精确的量化指标，并且能够给出相应的可靠度。附图说明图1是本专利技术实施例提供的高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的实际HASS剖面实例图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法，其特征在于，所述高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法包括：步骤一，采用有限元分析软件进行实体建模，分别对电阻、电容、电感、集成电路、电气接插件、焊接点、导线连接、机械联接、电路板及机箱进行几何建模；步骤二，对修正的模型按照HASS试验的结果进行加载，温度和振动应力采用循环和步进方式加载；步骤三，根据在温度和振动应力下的仿真结果，计算两种应力下的损伤因子和等效寿命；步骤四，对筛选对象失效模式和等效寿命进行整理统计与分析，选择可靠性分布模型；步骤五，构建温度和振动应力下的综合累计损伤因子，计算等效寿命，得到HASS剖面下的可靠性模型，对经过HASS试验的对象进行剩余寿命评估和可靠性分析。

【技术特征摘要】
1.一种高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法，其特征在于，所述高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法包括：步骤一，采用有限元分析软件进行实体建模，分别对电阻、电容、电感、集成电路、电气接插件、焊接点、导线连接、机械联接、电路板及机箱进行几何建模；步骤二，对修正的模型按照HASS试验的结果进行加载，温度和振动应力采用循环和步进方式加载；步骤三，根据在温度和振动应力下的仿真结果，计算两种应力下的损伤因子和等效寿命；步骤四，对筛选对象失效模式和等效寿命进行整理统计与分析，选择可靠性分布模型；步骤五，构建温度和振动应力下的综合累计损伤因子，计算等效寿命，得到HASS剖面下的可靠性模型，对经过HASS试验的对象进行剩余寿命评估和可靠性分析。2.如权利要求1所述的高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法，其特征在于，在采用有限元分析软件进行实体建模之前需要对应力集中及易失效的部位进行连续的应力及变形数据采集，利用HASS的试验过程及结果，包括试验对象的性能，失效形式。3.如权利要求1所述的高加速应力筛选试验剩余寿命评估与可靠性分析方法，其特征在于，在步骤一中对试验对象进行网格划分时应依据实际HASS剖面数据与对象特性对应力集中以及易失效部位细化，依据实际HASS剖面数据对模型进行修正，对建立好的模型按照实际HASS的载荷加载方式分别进行仿真分析，通过对比试验结果，找出哪些参数和分析结果之间的变化关系，对参数进行微调，进行模型修正。4.如权利要求1所述的高加速应力筛选试验剩余寿命评估与可靠性分析方法，其特征在于，所述工作极限的温度工作极限和振动工作极限；温度工作极限包括温度上下极限和温变率；振动工作极限，包括随机振动的量级及振动时间。5.如权利要求1所述的高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法，其特征在于，所述损伤因子，是在不同量级的温度和振动应力水平下分别获得。6.一种利用权利要求1所述采用高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法的电器元件的应用方法，其特征在于，所述电器元件的应用方法包括以下步骤：步骤一，利用样件的HALT和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海东，孔宪光，马洪波，钟健飞，杨胜康，王肇喜，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61