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温度冲击试验 VS 实际使用寿命如何换算?

发布时间:2019-07-10 05:43 来源:未知 编辑:admin

  众所周知,可靠性实验主要的原理是模拟、加速。今再分享一下温度冲击试验,跟实际环境的对应关系。如何换算及换算演示在文末。

  温度冲击试验的目的:工程研制阶段可用于发现产品的设计和工艺缺陷;产品定型或设计鉴定和量产阶段用于验证产品对温度冲击环境的适应性,为设计定型和量产验收决策提供依据;作为环境应力筛选应用时,目的是剔除产品的早期故障。

  电子设备和元器件中发生温度变化的情况很普遍。当设备未通电时,其内部零件要比其外表面上的零件经受的温度变化慢。

  通电后设备中会产生高的温度梯度,由于温度变化,元器件会经受应力,例如,在大功率的电阻器旁边,辐射会引起邻近元器件表面温度升高,而其他部分仍然是冷的。

  当冷却系统通电时,人工冷却的元器件会经受快速的温度变化。在设备的制造过程中同样可引起元器件的快速温度变化。温度变化的次数和幅度以及时间间隔都是很重要的。

  温度冲击通常对靠近装备外表面的部分影响更严重,离外表面越远(当然,与相关材料的特性有关),温度变化越慢,影响越不明显。运输箱、包装等还会减小温度冲击对封闭的装备的影响。急剧的温度变化可能会暂时或永久地影响装备的工作。下面是装备暴露于温度冲击环境时可能引发的问题示例。考虑以下典型问题,有助于确定本试验是否适用于受试装备。

  上面3种试验,1、2以空气作为介质,第3种以液体(水或其它液体)作为介质。1、2的转换时间较长,3的转换时间较短。

  个人认为不能因此理解为大于这个速率的试验就是温度冲击试验。温度冲击试验的速率比这个现实情况要严苛。经常能听到说温度冲击的速率大于20度/min,30度/min,50度/分钟,甚至更快。

  3 温度变化的现场条件电子设备和元器件中发生温度变化的情况很普遍。当设备未通电时,其内部零件要比其外表面上的零件经受的温度变化慢。下列情况下,可预见快速的温度变化:——当设备从温暖的室内环境转移到寒冷的户外环境,或相反情况时;——当设备遇到淋雨或浸入冷水中而突然冷却时;——安装于外部的机载设备中;——在某些运输和贮存条件下。通电后设备中会产生高的温度梯度,由于温度变化,元器件会经受应力,例如,在大功率的电阻器旁边,辐射会引起邻近元器件表面温度升高,而其他部分仍然是冷的。当冷却系统通电时,人工冷却的元器件会经受快速的温度变化。在设备的制造过程中同样可引起元器件的快速温度变化。温度变化的次数和幅度以及时间间隔都是很重要的。

  GJB 150.5A-2009军用装备实验室环境试验方法第5部分:温度冲击试验

  3.2应用3.2.1正常环境本试验适用于可能会在空气温度发生急剧变化的地方使用的装备。本试验仅用来评价温度急剧变化对装备的外表面、安装在外表面的零部件、或装在靠近外表面的内部零部件的影响。典型情况如下:A) 装备在热区域和低温环境之间转换;B) 通过高性能运载工具,从地面高温环境升到高空(只是热到冷);C) 仅用外部材料(包装或装备表面材料)进行试验时,从处在高空和低温条件下热的飞机防护壳体内向外空投。3.2.2安全性和环境应力筛选除3.3所述外,本试验适用于提示装备暴露在低于极端温度变化速率(只要试验条件下不超过装备的设计极限)下通常出现的安全性问题和潜在的缺陷。本试验虽然用作环境应力筛选(ESS),但经适当工程处理后,也可以将其作为一个筛选试验(使用更极端温度的温度冲击),用来揭示装备暴露在低于极端温度条件下会出现的潜在缺陷。

  GJB 150.5A-2009军用装备实验室环境试验方法第5部分:温度冲击试验

  4.1.2 环境效应温度冲击通常对靠近装备外表面的部分影响更严重,离外表面越远(当然,与相关材料的特性有关),温度变化越慢,影响越不明显。运输箱、包装等还会减小温度冲击对封闭的装备的影响。急剧的温度变化可能会暂时或永久地影响装备的工作。下面是装备暴露于温度冲击环境时可能引发的问题示例。考虑以下典型问题,有助于确定本试验是否适用于受试装备。A) 典型物理效应有:1) 玻璃容器和光学仪器的碎裂;2) 运动部件的卡紧或松弛;3) 爆炸物中固态药丸或药柱产生裂纹;4) 不同材料的收缩或膨胀率、或诱发应变速率不同;5) 零部件的变形或破裂;6) 表面涂层开裂;7) 密封舱泄漏;8) 绝缘保护失效。b)典型化学效应有:1)各组分分离;2)化学试剂保护失效。C)典型电效应有:1)电气和电子元器件的变化;2)快速冷凝水或结霜引起电子或机械故障;3)静电过量。

  温度冲击试验的目的:工程研制阶段可用于发现产品的设计和工艺缺陷;产品定型或设计鉴定和量产阶段用于验证产品对温度冲击环境的适应性,为设计定型和量产验收决策提供依据;作为环境应力筛选应用时,目的是剔除产品的早期故障。

  上面3种试验,1、2以空气作为介质,第3种以液体(水或其它液体)作为介质。1、2的转换时间较长,3的转换时间较短。

  在放入试验样品后,空气温度应在暴露持续时间的10%以内达到规定的容差范围。

  大部分试验方案都不控制相对湿度。但是温度冲击试验过程中的相对湿度,对某些常见的多孔渗水材料(如纤维材料)可能有显著的影响——渗入的湿气可以移动并在结冰时会膨胀。除专门提出要求外,否则不必考虑控制相对湿度。

  所以目前按照这两个标准是没有必要太多关注温度冲击试验过程中的湿度控制问题。

  4.5 转换时间的选择在两箱法的情况下,如果由于样品尺寸大,不能在3min内完成转换,那么只要不对试验结果产生可察觉的影响,可按下式增加转换时间:t2≤0.05t3式中:T2——转换时间;t3——试验样品的温度稳定时间。

  应保证转换时间能反映寿命期剖面中实际温度冲击的相应时间。转换时间应尽可能短,但若转换时间大于1min,则应证明这些额外的时间是合理的。

  除装备平台环境已经证明采用其他风速是合理的,并提供了规定的试验条件,试验箱内试件周围的风速不应超过1.7m/s。

  试件的安装和调试要求。试件的安装应尽可能模拟实际使用状况,并按需要进行试件连接和测试仪器连接。安装时应注意:

  (1) 若考核试件防护装置有效性,应保证实际使用中插头、外罩和检测板处在便于测试的位置,在操作时处于正常(防护或未加防护)方式。

  (2) 实际使用中试件上正常电气连接和机械连接,在试验中不用,应用模拟接头代替,以确保试验线) 试件若包括两个或两个以上具有完整功能的独立单元,可对各单元分别进行试验。若对各单元一起进行试验,在机械、电气和射频连接接口允许情况下,各单元之间以及单元与试验箱内壁间至少应保持15cm,确保箱内空气能正常循环。

  7.2.2 试验样品的安装或支撑除非相关规范另有规定,安装或支撑架应具有低导热性,以使得试验样品实际上是绝热的。当几个试验样品同时试验时,放置试验样品时应使得试验样品之间、试验样品和试验箱内表面之间的空气自由流通。

  由于温度交变在试件中引起机械应力,导致随温度交变次数的增加试件内部振动的增加。在可靠性技术中适用以下经验求得的关系式:

  上述的一般关系在有的参考文献中称为Coffin-Manson公式。可改写为如下形式:

  k= 对遭受交变负荷的、其变形在塑性范围内发生的金属为2,对以塑料件为主的试件取4。

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