Ускоренные испытания на долговечность — это процесс тестирования продукта путем воздействия на него условий ( напряжение , деформация , температура, напряжение, скорость вибрации, давление и т. д.), превышающих его обычные эксплуатационные параметры, с целью выявления неисправностей и потенциальных видов отказов за короткий промежуток времени. [1] [2] Анализируя реакцию продукта на такие испытания, инженеры могут делать прогнозы относительно срока службы и интервалов технического обслуживания продукта. [3] [4]
В полимерах испытания могут проводиться при повышенных температурах для получения результата за более короткое время, чем это можно было бы получить при температуре окружающей среды. Многие механические свойства полимеров имеют зависимость типа Аррениуса относительно времени и температуры (например, ползучесть, релаксация напряжений и свойства растяжения). Если провести короткие испытания при повышенных температурах, эти данные можно использовать для экстраполяции поведения полимера при комнатной температуре, избегая необходимости проводить длительные и, следовательно, дорогостоящие испытания.
ALT в основном используется для ускорения тестов. Это особенно полезно в нескольких случаях:
Например, испытание надежности цепей, которые должны работать годами в условиях эксплуатации (высокая долговечность), должно было бы дать результаты за гораздо более короткое время. Если бы испытание хотело оценить, как часто цепи необходимо заменять, то категория низкого отказа также была бы применима. Кроме того, если бы цепи изнашивались в результате постепенного использования, а не экстремального использования (например, сильного внезапного удара), была бы задействована категория износа. Если внезапный удар был основной причиной отказа, более подходящим может быть высокоускоренное испытание на долговечность .
Разработка теста включает в себя рассмотрение того, какие факторы влияют на объект теста, что вы уже знаете о поведении объекта теста и что вы хотите узнать в ходе теста.
Все факторы, которые, как считается, влияют на объект испытания, должны быть включены, и испытания должны проводиться на разных уровнях каждого фактора. Более высокие уровни напряжения ускорят испытание, однако причина отказа или другой измеренный ответ не должны изменяться. Например, расплавление компонентов в цепи может изменить причину отказа цепи. Увеличение количества испытаний или количества объектов испытаний в каждом испытании обычно увеличивает точность вывода о поведении объекта испытания в рабочих условиях.
Модель — это уравнение, которое точно связывает характеристики тестируемого объекта с уровнями нагрузки на него. Это можно назвать моделью ускорения, а любые константы называются факторами ускорения. [6] Модель ускорения обычно связана с типами тестируемых материалов или компонентов. Несколько уравнений, используемых для моделей ускорения, — это уравнение Аррениуса для усталости при высоких температурах, уравнение Эйринга для температуры и влажности и модель Блаттау для циклического изменения температуры.
Когда модель известна заранее, тесту нужно только определить параметры для модели, однако необходимо убедиться, что используемая модель была хорошо проверена. Установленные модели должны демонстрировать согласие между экстраполяциями из ускоренных данных и наблюдаемыми данными по всему диапазону факторов стресса. [7]
Когда соответствующая модель заранее неизвестна или существует несколько принятых моделей, тест должен оценить, какая модель подходит лучше всего, основываясь на контексте теста и результатах тестирования. Даже если две модели одинаково хорошо соответствуют данным при высоких напряжениях, они могут отличаться на порядки при более низких напряжениях. [8] К этой проблеме можно подойти с помощью большего количества тестов при большем диапазоне напряжений, однако причина отказа должна оставаться неизменной. Возможный предэкспериментальный подход для минимизации этого заключается в оценке того, какие данные вы ожидаете от тестирования, подгонке модели к данным и определении того, можно ли сделать надежные выводы, если все пойдет так, как ожидалось. [9]
Вывод из результатов ускоренного испытания на долговечность требует возможности соотнести реакцию испытуемого объекта (срок службы, коррозия , эффективность и т. д.) с уровнями приложенных факторов напряжения с течением времени.
То, как человек учитывает влияние времени, во многом зависит от того, что он измеряет. Например, тест, который измеряет продолжительность жизни, может рассматривать только среднее время до отказа тестируемых объектов или может пытаться подогнать статистическое распределение к данным. Это обычно называется распределением срока службы, функция плотности вероятности которого представляет собой долю продуктов, вышедших из строя в заданное время. [10] Несколько распределений для этой цели - это экспоненциальное , Вейбулла , логнормальное и гамма- распределение. [11] В любом случае параметры будут связаны с испытуемыми и уровнями тестируемых факторов стресса.
В качестве упрощенного примера рассмотрим тестовый объект с распределением срока службы, которое примерно соответствует нормальному распределению. Тесты при различных уровнях напряжения дадут разные значения для среднего значения и стандартного отклонения распределения. (его параметров). Затем можно использовать известную модель или попытаться подогнать модель, чтобы связать, как каждый фактор напряжения влияет на параметры распределения. Это соотношение затем будет использоваться для оценки распределения срока службы в рабочих условиях.
ALT с ступенчатым стрессом — это вариант ALT, который проверяет компонент на нескольких уровнях стресса, один за другим. Компоненты, которые выдерживают один тест, немедленно подвергаются следующему. Они широко моделируются с предположением, что срок службы продукта зависит только от текущего уровня стресса и от того, сколько испытуемых не выдержали испытания до сих пор. [12] ALT с ступенчатым стрессом может увеличиваться от низкого к высокому, от высокого к низкому или через смесь уровней. Тест ALT с ступенчатым стрессом, который заинтересован в экстраполяции распределения срока службы на постоянные условия эксплуатации, должен быть способен связать распределение срока службы, наблюдаемое при изменяющихся напряжениях, с одним из постоянных напряжений. [13]