第九章可靠性试验.

第9章可靠性试验9.1概述9.2寿命试验设计9.3寿命试验的分布及参数估计9.4加速寿命试验9.1概述概念：为了分析、验证与定量评价产品的可靠性指标而进行的各种试验统称为可靠性试验。可靠性试验可获得产品在各种环境下工作时的真实可靠性指标。如可靠度、失效概率、平均寿命、失效率等。可靠性试验的目的：通过对受试产品的失效分析，找出薄弱环节和原因，采取相应的措施，提高产品的可靠性。9.1概述可靠性试验大致可分为寿命试验、环境试验和现场使用试验：寿命试验寿命试验是为了证实受试产品在某种规定条件下的寿命，是可靠性试验的主要内容。可以获得良好的试验结果。如寿命特征、失效规律等可靠性指标。环境试验环境试验是指额定的负载条件下，考虑各种环境条件，确定可靠性指标的一种试验方法。现场使用试验现场使用试验是指在使用现场对产品工作可靠性进行测量、试验。通过统计分析找到失效原因，找到改进措施，提高产品的可靠性。9.2寿命试验设计寿命试验的目的寿命试验是用来评价分析产品的寿命特征，是可靠性试验的一个重要项目，概括起来寿命试验的目的有3个：1.弄清产品的寿命分布2.获得产品的各向可靠性指标3.研究产品失效机理9.2寿命试验设计寿命试验的分类按性质可分为如下3种：1.贮存寿命试验是指产品在规定的环境条件下进行非工作状态的存放试验。失效率较低，通常用大量的样品进行试验做出预测。2.工作寿命试验是指产品在规定的条件下进行有负荷的工作试验称为工作寿命试验。其中又可分为静态试验和动态试验。3.加速寿命试验为了缩短试验周期、节约费用，快速地对产品的可靠性做出评价，就有必要进行加速寿命试验。加速寿命试验可分为恒定应力加速寿命试验、步进应力加速寿命试验、序进应力加速寿命试验等。9.2寿命试验设计按进行方式分类1.完全寿命试验完全寿命试验是指试验进行到试验样本全部失效为止。2.截尾试验截尾试验是指不完全寿命试验，即达到规定的时间或失效样本数就停止试验。这样截尾试验又可分为定时截尾试验和定数截尾试验两种：定时截尾试验：即是试验达到规定的时间就停止试验。但是这种试验在规定的时间内必须达到一定数量的失效产品数。定量截尾试验：即是试验达到规定的失效样本数。其中又可分为失效后有替换的截尾试验和无替换的截尾试验。9.2寿命试验设计寿命试验的内容：1.明确的试验对象2.确定试验条件3.确定失效判据4.选择测试周期5.确定投试样本数6.确定试验截止时间粗略估计产品在试验条件下的平均寿命T即可得出试验截止时间t0r为失效数,投试样本数。9.3寿命试验的分布及参数估计一、一般分布完全寿命试验的数据处理未知分布的试验数据处理把的时间区间等分（或不等分）成m组，为了保证一定精度，m一般不小于8。然后统计各时间区间末端时刻的累积失效数及剩余的未失效数。nttt210],0[nt)(tnf)(tns当n20时9.3寿命试验的分布及参数估计则有ti—第i组时间区间第中值;△nfi—落在第i组中第失效数据个数，频数9.3寿命试验的分布及参数估计当n≤20时运用格里汶科定理会引起较大误差，此时应该按平均秩或中位秩来计算9.3寿命试验的分布及参数估计二、指数分布完全寿命试验及参数估计按失效时间的统计分析（1）截尾寿命试验],[0tn无，对无替换定时截尾寿命试验，n个样本总的试验时间为平均寿命T的估计值为失效率的估计值为riitrnttnt100)(],,[无])([1],,[ˆ100riitrntrrtntT无riitrntrT10)(ˆ1ˆ9.3寿命试验的分布及参数估计二、指数分布完全寿命试验及参数估计（2）截尾寿命试验],,[rn无对无替换定数截尾寿命试验，n个样本总的试验时间为平均寿命T的估计值为失效率的估计值为riritrntrnt1)(],,[无riritrntrrrntT1)(1],,[ˆ无riritrntrT1)(ˆ1ˆ9.3寿命试验的分布及参数估计二、指数分布完全寿命试验及参数估计（3）截尾寿命试验对有替换定时截尾寿命试验，n个样本总的试验时间为平均寿命T的估计值为失效率的估计值为],,[0tn有00],,[nttnt有rntrtntT00],,[ˆ有0ˆ1ˆntrT9.3寿命试验的分布及参数估计二、指数分布完全寿命试验及参数估计（4）截尾寿命试验对有替换定时截尾寿命试验，n个样本总的试验时间为平均寿命T的估计值为失效率的估计值为],,[rn有rntrnt],,[有rntrtntTrr],,[ˆ有rntrTˆ1ˆ9.3寿命试验的分布及参数估计二、指数分布完全寿命试验及参数估计按失效数据的统计分析有时在一些产品试验中，在结束试验时才得知样本是否失效而不知样本失效的时间。这时若投试样本数n足够大，如n50经试验时间t后有r个失效，则可用下式近似计算：nrnttRˆexp)(ˆ平均寿命T的估计值为)ln(lnˆrnnt9.3寿命试验的分布及参数估计三、正态分布寿命试验及参数估计已知总体为正态分布，对n个样本进行相同试验条件的完全寿命试验，其失效时间分别为，则总体数学期望(即平均寿命T)与标准差的估计值分别为nttt,,,21niitnT11ˆˆniitn12)ˆ(11ˆ9.3寿命试验的分布及参数估计四、威布尔分布寿命试验及参数估计已知总体为两参数的威布尔分布（位置参数为0），对n个样本进行相同试验条件的完全寿命试验，其失效时间为，其形状参数与尺度参数（即特征寿命）分别为nttt,,,21tnlg30258.2ˆˆ30258.2lgˆlgnyt9.4加速寿命试验一、加速寿命试验的原理与类型(1)制定加速可靠性试验方法遵循的基本规则1）故障机理要与实际使用或常规试验保持一致。2）故障分布规律要大致相同。3）要有一定的加速系数，否则就失去了加速试验的意义。加速系数定义为正常应力作用下的寿命L0与加大应力下元件的寿命L之比10LL（的一般取值为5~20）9.4加速寿命试验一、加速寿命试验的原理与类型(2)加速寿命试验的分类1）恒定应力加速寿命试验将每组试件固定在一个应力水平下做失效机理不变的寿命试验。2）步进应力加速寿命试验每组试件施加的应力以阶梯型逐步升高，获得大量的失效件。3）序进应力加速寿命试验每组试件施加的应力随时间等速上升或按一定规律变化。4）变应力加速寿命试验每组试件施加的应力是任意变动的应力载荷谱。9.4加速寿命试验二、恒应力加速寿命试验1、加速应力S的选择选择对产品失效影响最显著的那种应力作为加速应力。2、加速应力水平和应力个数的选择通常选取4~5个加速应力水平，最低的加速应力应接近实际并高于实际工作时的应力水平。3、试验样品的选取与分组各组试样数可以相等也可以不等，但一般均不少于5个。4、测试周期及试验停止时间的确定为了缩短试验时间和节约试验费用，对组成恒定应力加速寿命试验的每组寿命试验常采用截尾寿命试验方法。9.4加速寿命试验三、加速寿命试验与方程对于机械产品，都以机械应力作为加速应力进行恒定应力加速寿命试验。这时其加速寿命方程为mijjiSSNN获得加速寿命试验得到数据后，可利用上述方法获得加速寿命曲线和方程，就可外推出正常应力条件下产品的寿命特征数据。9.4加速寿命试验四、影响加速寿命试验因素之间的关系1、试验时间与环境应力的关系（1）产品在使用过程中影响其性能和寿命的任何工作条件，如载荷、温度、速度、振动和腐蚀等，统称为环境应力，即广义应力，也简称应力。（2）提高应力水平，可减少应力循环次数，也即缩短试验时间。根据S-N疲劳曲线确定应力水平，可以保证失效机理不变。（3）要对加速条件试验的两个机械零件进行寿命比较，则这两个零件的曲线必须相似。否则，不能进行比较。9.4加速寿命试验四、影响加速寿命试验因素之间的关系2、样本容量与环境应力的关系n件样本试验中恰好有k件失效的概率，可由二项分布近似求得失效产品数k为0~r中的任一整数时，产品被接受，可见接受概率为要求产品的可靠度R具有置信水平，其接受概率应满足knkknnqpCkP)(rkknkknnqpCrkP0)(1)(rkPnrkknkknqpC019.4加速寿命试验四、影响加速寿命试验因素之间的关系3、样本容量与试验时间的关系对于系统：组成元件较多，寿命一般服从指数分布（1）无失效发生时rkknkknqpC01TntTtPRnnn00exp1)exp(111)1(110k若n次独立试验长度不同且无失效发生，则有Ttttn21exp19.4加速寿命试验四、影响加速寿命试验因素之间的关系3、样本容量与试验时间的关系（1）有失效发生时rkknkknqpC010kkrrNriiiiiTtTtrnrN000expexp1)!(!!19.4加速寿命试验四、影响加速寿命试验因素之间的关系对于元件：一般用威布尔分布来描述其寿命分布（1）无失效发生时3、样本容量与试验时间的关系对于两参数威布尔分布，其平均寿命的数学期望是如果试验时间为t0，则元件的失效概率为11ΓT00exp1)(ttPPF对n个元件进行独立试验不发生失效，其置信水平为nFP)1(10exp1tn9.4加速寿命试验四、影响加速寿命试验因素之间的关系（1）有失效发生时其置信水平为3、样本容量与试验时间的关系krrNriiiiiTtTtrnrN000expexp1)!(!!1本章结束，谢谢！