了解一下美國可靠性強化試驗

80年代初就在應力篩選迅速發(fā)展的同時，人們就已經(jīng)注意到由于設計潛在缺陷的殘留量仍不少，為可靠性的提高提供了可觀的空間，另外，還有價格和研制周期問題，這是當今動態(tài)市場競爭的焦點，實踐證明可靠性強化試驗正是綜合解決這一問題的**方法。RET獲得的可靠性比傳統(tǒng)方法高得多，更可貴的是RET在短時間內(nèi)就獲得早期高可靠性，無需像傳統(tǒng)法那樣需長時間的可靠性增長，從而也降低了成本。

**從事這方面工作稱得上先驅者的是 G.K. Hobbs , K.A. Gray 和 L.W. Condra等人，他們稱這種試驗為高加速壽命試驗 (HALT) 和高加速應力篩選 (HASS)，前者針對設計，后者針對生產(chǎn)，方法的核心是施加大應力，一步步地加，一次次地排除缺陷，故也叫步進應力法，以此獲得高可靠性，從80年代末至90年代初，相繼在各工業(yè)部門推廣應用，無一例外地取得了很大的成功，由于商業(yè)競爭與軍工保密的原因至今許多重大成果仍未解密發(fā)表。連名稱也尚未統(tǒng)一，有的叫步進應力試驗 (Step Stress)，高加速壽命試驗 (HALT)，應力壽命試驗 (STRIFE)，應力裕度和強壯試驗 (SMART) 和可靠性強化試驗 (RET) 等等，波音公司把RET當作這一試驗技術的統(tǒng)稱是較為合理的，因為它突出了強化試驗的特點。

RET得到迅速發(fā)展的原因還在于90年代市場可靠性觀念的更新和關鍵技術的突破。

L．Condra在其系列論文中說，美國生產(chǎn)廠家在80年代認識質量的重要性，深知市場只接受質高價廉的產(chǎn)品，到90年代又認識到可靠性的重要性，深知市場對產(chǎn)品不僅要求高的開箱率，而且要求在設計壽命期內(nèi)確保性能良好不變。這是新一輪對可靠性的挑戰(zhàn)，而RET正是滿足這一挑戰(zhàn)的**方法。

Condra指出按傳統(tǒng)的可靠性定義去應付瞬息萬變的動態(tài)市場顯得太被動了，廠家只對用戶的條件（規(guī)范)負責，不對產(chǎn)品的使用負責必然導致在市場中的失敗。于是90年代的一種進取性的市場可靠性定義便應時而生。一種可靠的產(chǎn)品應隨時都能完成用戶需其完成的任何任務。這樣一來，廠家便變被動為主動，了解用戶對產(chǎn)品的要求，關注市場的發(fā)展，不斷改進更新產(chǎn)品，以上乘的質量可靠性換取不斷擴大的市場占有份額，獲取豐厚的利潤回報，因此可靠性便不再是一種成本負擔，相反可靠性正是商家追求的一種資產(chǎn)、一種財富。

但是，傳統(tǒng)的可靠性試驗既極費錢又極費時，必須要開發(fā)一種新的經(jīng)濟有效的替代法來適應這一需求，這便是RET法。RET技術的理論依據(jù)是故障物理學 (Physics of failure)，把故障或失效當作研究的主要對象，通過發(fā)現(xiàn)、研究和根治故障達到提高可靠性的目的。對當今高度復雜的電子或機電產(chǎn)品，要發(fā)現(xiàn)潛在故障非易事，特別是一些“潛伏”極深的或間歇性故障，必須采用強化應力的方法強迫其暴露，實踐證明RET法效果顯著。

Gregg K.Hobbs先生曾就強化應力的效果問題設計了一種金屬試件，對疲勞壽命進行了研究，發(fā)現(xiàn)當應力強度增加1培時，疲勞壽命降低為1/1000，在實際應用時振動引起的失效就屬這一類型，除了施加強化應力外，由于有缺陷產(chǎn)品的應力集中系數(shù)高達2--3倍，從而使疲勞壽命相應降低好幾個數(shù)量級，這樣就使產(chǎn)品內(nèi)的有缺陷元件與無缺陷元件在相同的強化應力下疲勞壽命拉大了擋次，使缺陷迅速暴露的同時無缺陷元件損傷甚小，這一理想的效應正是我們所需要的。

對于溫度循環(huán)則屬熱疲勞性質，S.Smithson先生在《效率與經(jīng)濟性》一文中也給出了類似的效果，若以兩個不同的溫變率為例，一個5℃/min,另一個強化到40℃/min，則它們的疲勞壽命效率比為4400∶1，對其他溫變率的情況見下表:

───────────────────────────

溫變率℃/min  5  10  15  20  30   40

循環(huán)數(shù)            400    55   17   7   2.2   1

min/每循環(huán)   66  33  22  16.5  11  8

總時間 h       440   30     6    1.9   0.4  0.1

────────────────────────────

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以看到RET的綜合效果是:大幅提高可靠性，高度壓縮時間，從而也降低了成本。

要實施強化應力必須要有相應和設備，沿用傳統(tǒng)的試驗設備進行RET也能取得某種程度的成功，但由于現(xiàn)有溫箱的溫變率偏低，多在5～10℃左右，振動臺只有單軸臺，試驗時需換向，價格也貴，無法滿足RET的要求。因此，一種嶄新的高效價廉設備的應時推出配合了RET技術的發(fā)展，新設備由高溫變率溫箱和氣動式3軸6自由度(6DOF) 振動臺組成，高溫變率用液氮致冷取得，這本非新技術，但由于過去人們誤對液氮成本過高的擔心，致使長期被擱淺，現(xiàn)經(jīng)全面比較，因RET的高效率的時間和高壓縮而反使成本有所降低，從而得以確認使用。

6DOF臺由氣動反復沖擊機發(fā)展而成，該機原用于模擬炮射沖擊環(huán)境，因其有6自由度空間和價廉的特點，被看中用來改裝模擬隨機振動，經(jīng)過不斷的改進發(fā)展獲成功，關鍵技術主要有二，一是錘頭擊打頻率f=30～50Hz和錘頭擊打力度可隨機調制(通過沖程)，這樣由若干個錘頭和一個臺面構成的氣動振動臺便可產(chǎn)生一種非高斯型的準隨機激勵。二是累積疲勞系數(shù)

(AFF)分析方法在該類激勵的成功應用。根據(jù)G.Henderson引用Lambert,R.G.的研究成果，累積疲勞損傷主要由大于2σ的應力峰所造成，而6DOF臺具有豐富的遠大于2σ的峰值概率分布，故具有極強的激發(fā)缺陷的能力，根據(jù)對AFF的計算結果，6DOF臺的效率與單軸振動臺比為2114∶1。