耐久性試驗

基本概念

新產品的工作壽命長短涉及到產品設計、製造、材料、工藝、製造過程中的質量管理以及用戶使用維修的水平等條件。因此，工作壽命是一個系統工程問題，在新產品開發定型試驗或生產工藝、材料有重大變更時，要進行產品的耐久性試驗。

耐久性試驗既是研製手段也是符合性的驗證手段。美國空軍在電子產品完整性大綱（AVIP）中就把耐久性試驗作為符合性驗證手段。AVIP耐久性試驗的目標是通過在整個壽命期內施加變化的環境應力以驗證產品的有用壽命特性。作為研製手段，耐久性試驗常被用於確定某一特定元器件的疲勞特性。做耐久性試驗時通常需要套用加速環境應力，以縮短試驗時間。加速因子根據電子系統或元器件預期的故障機理來確定。隨著系統複雜性的提高，其故障機理數量也增加。由於採用加速因子使產生非關聯故障模式的可能性增大，故加速應力耐久性試驗結果的準確性隨著系統複雜度的增加而減小。

與可靠性試驗的區別

可靠性試驗要求試驗工況儘量接近實際使用工況，而耐久性試驗更注重考核零部件壽命，試驗工況則通過分析零部件實際使用情況，以達到加速老化為目的而確定的。耐久性試驗的時間一般都長於可靠性試驗，通過耐久性試驗，可以找出產品設計製造中哪些零件耐久性方面存在的問題，以此為依據進行設計最佳化，同時通過測量主要件的磨損量變化，可計算出新產品的使用壽命。同可靠性試驗相類似，耐久性試驗過程中也需記率何時哪個零件出現了故障及因故障而停機的情況。試驗前後應對新產品進行性能試驗，對主要運動件配合尺寸進行測量，並根據用途、標定功率的不同選用行業標準中規定的試驗循環進行試驗。

試驗目的

（1）為測定產品在規定使用和維修條件下的使用壽命而進行的試驗，依據標準是GJB451-90；（2）為預測或驗證結構的薄弱環節和危險部位而進行的試驗，它作為確定經濟壽命的基礎，依據標準是GJB775.1-89。

依據標準

GJB775.1-89

GJB451-90

軍用設備耐久性試驗主要包含以下項目：高低溫試驗、溫度循環、溫度衝擊試驗，溫濕度試驗，振動試驗，衝擊碰撞試驗，防塵防水試驗，三綜合環境試驗。

試驗單位

主要實施耐久性試驗的單位有航天環境可靠性試驗與檢測中心、航天2院、環境可靠性與電磁兼容試驗中心、國家機動車產品質量檢驗檢測中心（上海）等。

電子設備耐久性試驗的基本步驟

電子設備耐久性試驗的複雜程度隨著受試系統的複雜程度增加而成比例地提高。然而，不管複雜性如何，確定耐久性設計準則和試驗剖面的步驟是相同的。基本步驟如下：a.確定系統或組件在整個壽命期內可能遇到的應力，包括環境應力和負載。確定環境應力時要考慮到製造、運輸、存儲、後勤支持、執行任務和維護過程中遇到的環境條件；確定負載時則要考慮設備通/斷循環，各種工作模式和維修活動的次數。b.確定產品的材料對壽命期內所遇到的各種應力的敏感度及其潛在故障模式。對於耐久性試驗來說，不必考慮那些不會引起材料老化的應力。例如，一個電子設備的黑盒子在6%壽命期中要經受20°C到30°C的熱循環，假如這個電子設備所用的材料在此溫度範圍內熱膨脹係數很小，20°C-30°C 範圍的熱循環使材料產生疲勞的可能性很小，以致可以忽略不計，且不會引起材料老化，則耐久性試驗中就沒有必要考慮模擬這種熱循環。c.根據上述a 和b 兩條中收集到的信息確定耐久性試驗的試驗剖面。d.使用加速應力縮短試驗時間。如果不用加速應力，完成整個試驗剖面可能要幾年時間。因而要用加速應力將試驗時間壓縮到可以接受的程度，此時要遵循以下4 個基本準則：（1）加速應力下的故障模式必須與外場應力下的相同，即加速應力條件要保持真實性；（2）施加的加速應力應在材料的彈性極限之內；（3）在額定應力或更高應力的作用下，其故障機率密度函式曲線形狀應當是一致的；（4）批生產設備的壽命特性應是可再現的，不可再現率要低於5%。