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1、环境温度度对飞机机导线失失效影响响的分析及计计算摘 要要飞机导线线是飞机机电气线线路互联联系统的的重要组组成部分分,它连连接着飞飞机的各各个位置置的电力力装置,一一旦失效效,将会会导致整整个飞机机电路的的运行受受到影响响。飞机机导线的的失效因因素主要要是由环环境温度度造成的的。本文文通过失失效物理理分析的的方法分分析环境境温度对对飞机导导线失效效的影响响,并建建立导线线寿命分分布模型型。分析析了飞机机导线在在温度作作用下失失效的阿阿伦尼斯斯方程的的推导及及相关参参数的计计算方法法,并对对加速寿寿命实验验数据的的分析方方法进行行了研究究。根据据加速寿寿命实验验数据,利利用maatlaab计算算得
2、到导导线寿命命模型相相关参数数,得到到了导线线失效率率随着温温度温度度的升高高而增大大的关系系。关键词:飞机导导线,环环境温度度,寿命命模型,失失效率Anallysiis aand callcullatiion ofpplanne wwiree faailuure by thee efffecct oof eenviironnmenntall teempeerattureeAbsttracctThe plaane connducctorr iss ann immporrtannt ppartt off aiircrraftt ellecttriccal cirrcuiit, powwer de
3、vvicee, tthe loccatiion of eacch cconnnecttingg fllighht ooncee faailuure, wiill cauuse thee enntirre aairccrafft ccirccuitt opperaatioon aaffeecteed. Faiilurre ffacttorss off aiircrraftt wiire is maiinlyy caauseed bby tthe envviroonmeent. Thhrouugh thee faailuure phyysiccal anaalyssis efffectt off
4、ennvirronmmenttal temmperratuure on thee aiirpllanee caablee faailuure, annd eestaabliish thee moodell off liife disstriibuttionn. TThe commputtatiion metthodd off paarammeteers undder temmperratuure Alllen nicce eequaatioon aanallysiis, ressearrch thee acccelleraatioon llifee teest datta aanallysii
5、s mmethhod. Acccorrdinng tto tthe accceleeratted liffe ttestt daata, caalcuulattionn off reelatted parrameeterrs aare obttainned by usiing MATTLABB wiire liffe mmodeel, reelattionnshiip bbetwweenn wiire faiilurre rratee inncreeasees wwithh inncreeasiing temmperratuure wass obbtaiinedd.Keywwordds: ai
6、rrcraaft wirringg; ennvirronmmentt teempeeratturee; liife moddel; faailuure ratte目 录录摘要iAbsttracctiii第一章引引言1第二章飞飞机导线线故障222.1 飞机导导线故障障综述222.2 环境温温度对飞飞机导线线的影响响32.2.1 温温度对导导线的影影响32.2.2 湿湿度对导导线的影影响32.2.3 冷冷热温度度冲击对对导线的的影响33第三章导导线失效效率的计计算方法法研究553.1 基于Brradlley-Terrry模模型导线线失效率率计算方方法53.1.1 导导线可靠靠性数据据模型553.1
7、.2 筛筛选专家家评判结结果63.1.3 模模型的修修正73.2 基于阿阿伦尼斯斯模型导导线失效效率计算算方法883.2.1 阿阿伦尼斯斯模型数数学推导导83.2.2 阿阿伦尼斯斯模型特特点100第四章加加速寿命命试验1104.1 产品寿寿命介绍绍114.2 加速寿寿命试验验介绍及及目的1114.2.1 加加速模型型介绍1114.2.2加速速寿命试试验的目目的1224.3加加速寿命命试验内内容1224.3.1 温温度加速速124.3.2 温温湿度加加速1334.3.3 温温差加速速134.3.4 高高温试验验134.3.5低温温试验1144.3.6 温温度冲击击144.3.7 冷冷热冲击击试验
8、与与温度循循环试验验的区别别154.3.8 应应力循环环冲击1154.4 飞机导导线加速速寿命试试验177第五章导导线失效效寿命分分布模型型195.1 寿命分分布模型型195.2 威布尔尔参数估估计2225.3 阿伦尼尼斯方程程参数的的计算2235.3.1 形形状参数数和尺度度参数2235.3.2 加加速寿命命方程224第六章总总结与展展望255参考文献献26致谢27728第一章 引 言言1.1 研究意意义飞机导线线是飞机机电路的的重要组组成部分分,作为为飞机的的神经系系统,导线系系统的重重要作用用之一是是担负着着电力、信信号的输输送和分分配的任任务。由由于飞机机结构的的特点,导线的的体积和和
9、重量受受到限制制,通常使使用直径径较小且且绝缘层层较薄的的导线。在在飞行过过程中,导线常常常遭受受到化学学污染、辐辐射、冷冷热、电电、振动动、摩擦擦、外力力等因素素的影响响,其绝缘缘层非金金属材料料会出现现磨损、腐腐蚀、老老化等缺缺陷,金金属材料料也会受受到腐蚀蚀、氧化化,最终终导致电电弧短路路或者断断路的故故障,同时其其电子设设备内部部电路特特性也会会随之退退化。其其设备和和线路的的抗振、防防潮和防防腐能力力均有所所下降,从从而使电电子系统统线路故故障有普普遍和多多发的特特点,并并且很难难发现,造成供供电中断断的严重重后果。飞机导线连接着飞机的各个位置的电力装置,所以一旦飞机导线失效,就会导
10、致整个飞机电路的运行受到影响。飞机及其部件导线故障是现代民用飞机常见的故障。由于厂家装配不适当的原因或者随着机龄的增长,导线老化、腐蚀、磨损等原因,导线失效的故障发生比较频繁。由于导线故障有隐蔽性的特点,因此这类问题严重威胁了飞行安全,影响了航班的正常运作,同时也给航空公司造成了较大的经济损失。本文针对对飞机导导线的失失效机理理进行细细致研究究,针对老老化机理理和影响响因素诸诸方面加加以分析析并采取取相应措措施以减减少故障障的发生生。通过过本文的的研究,可可以对航航空公司司及相关关飞机导导线生产产公司一一些技术术上的参参考,以以减少一一些经济济损失。1.2 影响导导线失效效的因素素据统计,20
11、02年,南方航深圳维修厂执管的10架A320飞机中,就出现过多次导线故障,如起动机导线束、P2/T2导线束和EEC导线束等故障,为此而安排飞机停场修理、更换导线达十多次,影响了该公司的正常航班运营。根据导线故障发生的规律和维修行业的运行特点,考虑到航空公司的成本、航班正常等因素,可以认为:对于新飞机和部件,故障发生率较高与制造和修理厂家的制造工艺和技术水平有关,属于航空公司不可控因素;机龄或使用时间较长的飞机和部件也因为一些自然的不可控因素,如长期的高温、污染、低压、高频振动等等,其故障发生率也同样处于一个较高的水平。飞机维修修和工程程人员要要尽量降降低导线线故障对对航空公公司的影影响,即即尽
12、快进进入平稳稳区和尽尽量延长长平稳区区的时间间。 根据据导线故故障发生生的规律律,可以以采取主主动预防防的方法法,在导导线故障障发生之之前就将将故障隐隐患进行行纠正。首首先,对对于新飞飞机和部部件进行行反复而而仔细地地检查,尽尽早发现现其中导导线装配配上的问问题并采采取正确确的方法法进行纠纠正来降降低导线线失效的的概率。1.3 内容安安排本文对一一下内容容进行安安排:1、 介绍影响响导线失失效的因因素;对对环境温温度影响响下阿伦伦尼斯模模型进行行推导。2、 对飞机导导线失效效的寿命命分布模模型进行行研究。3、 对环境温温度下飞飞机导线线加速寿寿命试验验进行研研究。4、 对加速寿寿命试验验得到的
13、的数据进进行处理理计算,得得到环境境温度与与导线失失效之间间的关系系。第二章 飞机导导线故障障2.1 飞机导导线故障障综述线路故障障在飞机机电气系系统故障障中是较较为常见见的一种种,其表表现形式式各有不不同,有有指示仪仪表不稳稳定,操操控机械械的不工工作,信信号不正正常等。军军用机和和民用机机的机龄龄超过110年之之后,深深埋在结结构之中中的总长长可达几几百千米米的电线线开始产产生裂纹纹和磨损损。人们们一度认认为这种种故障影影响不大大,长期期被忽视视,但这这种故障障可在一一架普通通的飞机机中出现现几百处处之多,而而且难检检测,其其所产生生的电弧弧和 电电磁辐射射可能是是致命 的。飞飞机电线线老
14、化或或绝缘层层磨损是是产生故故障主要要原因由由于飞机机本身的的结构限限制,布布线的空空间和线线路非常常有限,大大多数导导线穿梭梭于各金金属构架架之间。当飞机在在空中长长时间飞飞行,长长时间的的频繁振振动可使使电线互互相顶住住、顶在在连接点点处或任任何其他他硬表面面时会擦擦破绝缘缘层。飞飞机维修修时电线线可能会会被工人人的钳子子弄出缺缺口,或或使它们们 以超超过容许许的半径径弯曲都都会破坏坏电线绝绝缘层。绝绝缘层的的损坏可可使铜暴暴露,引引起电弧弧、短路路以及电电磁辐射射与干扰扰。飞机机导线的的绝缘层层通常厚厚0.552mmm由聚聚酰亚胺胺、聚氯氯乙烯、尼尼龙、聚聚酯或聚聚四氟乙乙烯等材材料构成
15、成。飞机机在航行行中,由由于高空空和地面面温差,机机内导线线周围会会凝结很很多湿气气,长期期在这种种湿气中中,绝缘缘层会变变脆,产产生小裂裂纹,从从而使更更多的湿湿气进入入。湿电电弧开始始沿这些些裂纹流流过,但但因所产产生的断断续的电电弧太小小,不能能使普通通的断路路器跳闸闸,甚至至不会对对沿电线线的信号号传递产产生干扰扰 。普普通的断断路器是是热敏双双金属元元件,只只有在大大电流通通过电路路时有足足够长的的时间使使该元件件加热时时才跳闸闸。这种种功率可可能为额额定电流流10000%,持持续0.35到到0.88秒。比比较起来来,单电电弧故障障可能只只持续11.255毫秒,而而一系列列故障事事件
16、可能能持续220330毫秒秒。这些些电弧故故障持续续时间太太短,不不能使断断路器跳跳闸,但但可使电电线产生生灾难性性的局部部故障,可可在未触触动断路路器的情情况下引引发火灾灾。而且且,小电电弧会使使绝缘炭炭化,而而炭又是是良导体体,一旦旦积累足足够的炭炭,就有有可能产产生大的的爆炸性性闪光,暴暴露的电电线也会会渗出熔熔化的金金属。Letrromeec公司司的工程程师们曾曾对一架架退役的的波音7747、AA 3000、LL- 110111和两架架DC-9的电电线进行行过测试试,这些些飞机的的机龄 都超过过20年年。测试试 结果果是:LL-10011 每 110000m电线线中有113个裂裂纹,而
17、而其中一一架DCC-9飞飞机的110000m电线线中有11.6 个裂 纹L-10111约有有2400km电电线,裂裂纹总数数超过330000个,每每个裂纹纹都可能能产生灾灾难性的的电弧。美美国运输输安全委委员会(NN TSSB )119966年对环环球航空空公司8800次次航班坠坠毁事故故漫长的的调查后后断定,事事故原因因是电线线短路火火花造成成其中心心机翼油油箱爆炸炸。某些些设计中中的飞机机,如美美国空军军使用的的B-552是11961119962年年制造的的,预计计可飞到到20445年7737飞飞机于119688年投入入航线运运营,传传统型波波音7337分 1000/2000/3300/4
18、000/5000型五五种,目目前均已已停止生生产。AA 3220系列列飞机119888年获适适航证并并交付使使用。我我国内地地正在运运营的民民航客机机中,波波音7337-3300和和A3220系列列占了很很大的比比例,部部分飞机机已渐渐渐进入老老龄化。更更新而不不是更换换老飞机机已成为为省钱的的普遍做做法。总的来说说,飞机机内部导导线会因因为机龄龄,或对对水、紫紫外线、温温度、振振动和过过载的暴暴露,以以及在正正常使用用和维修修期间所所受的应应力等而而老化。机机龄超过过20年年的飞机机肯定存存在电线线问题,其其中许多多问题是是在例行行维修期期间发现现的。更更换电线线系统也也是非常常花钱的的事情
19、,一一架典型型的飞机机 的电电线更换换费用为为1000万5500万万美元。飞飞机电线线的维修修成本也也相当高高,据估估计,美美国海军军每年在在飞机电电线系统统排故和和修理方方面 要要花费1180万万人时。由由此可见见,降低低飞机电电线故障障维修成成本的关关键在于于选用快快速多功功能的测测试仪表表对电线线故障进进行分析析定位,从从而减少少飞机故故障停场场时间。2.2 影响飞飞机导线线失效的的原因2.2.1 接接触失效效1、导线线的电接接触是由由接触对对来实现现的,接接触对又又是由插插孔和插插针组成成的,插插孔是弹弹性零件件,其质质量的优优劣对接接触是否否良好起起着决定定性的作作用。当当插针插插入
20、插孔孔时,插插孔产生生弹性变变形,对对插针产产生接触触压力,接接触压力力的大小小及其稳稳定性,对对电接触触产生直直接影响响。接触触压力的的不稳定定或减小小,引起起电接触触不稳定定。甚至至在一定定机械应应力作用用下造成成瞬断。插插孔插入入指针后后,孔给给针一个个接触压压力,而而针反过过来对孔孔产生一一个反作作用力,插插孔长期期受到这这反作用用力的作作用,会会逐渐产产生永久久变形出出现应力力松弛、弹弹性疲劳劳现象。在在长期高高温负载载的条件件下,插插孔也会会出现蠕蠕变现象象,其结结果使得得孔对针针之间的的接触压压力逐渐渐减小。当当接触压压力小到到一定限限度后,接接触电阻阻随接触触压力减减小而增增大
21、,最最后造成成接触不不良。2、为了了改善接接触对的的导电性性能,减减小接触触电阻,使使接触稳稳定。一一般要在在铜合金金加工的的接触对对的表面面镀银,接接触对的的镀银层层在贮存存和使用用过程中中,遇到到空气中中的有害害工业气气体再加加上空气气中一定定的潮温温度(相相对湿度度在655%以上上时),接接触对表表面镀银银层就会会产生化化学反应应或电化化学腐蚀蚀。在镀镀银层表表面生成成硫化物物(黑色色)或氧氧化物(棕黄色色)。4Ag+2H2S+O2=2AgS2+2H2O2Ag+SO22+2H2=AgS2+2H2O4Ag+O2=2Ag2O随时间的的增加,这这层化合合物膜层层也会增增厚,使使镀银层层表面逐逐
22、渐失去去光泽而而锈蚀变变色。接接触对受受到腐蚀蚀后,生生成的这这层化合合物电阻阻率很大大,覆盖盖到银层层表面。在在接触压压力小到到难以擦擦破这层层薄膜,或或接触对对工作在在低电平平场合,小小信号的的弱电流流或低电电压小到到难以击击穿这层层薄膜时时,就会会出现接接触电阻阻增大,电电接触不不良及接接触断开开,信号号通不过过的现象象。3、接触触对在长长期高温温作用下下,镀银银层硫化化或氧化化反应的的速度加加快,膜膜层蔓延延速度加加快。由由于接触触对镀银银层受到到腐蚀,接接触对表表面状态态发生了了改变。逐逐步由镀镀银层与与镀银层层的接触触,转变变到银的的化合物物(主要要是银的的硫化物物和氧化化物)与与
23、银的化化合物的的接触。随随着膜层层增厚,接接触状态态改变,使使接触电电阻产生生紊乱性性增加。4、为了了防止接接触对的的氧化和和硫化腐腐蚀造成成的接触触不良,往往往在接接触对表表面镀金金;黄金是是生成氧氧化物最最少的一一种金属属,通常常在金的的表面吸吸附了一一层氧,虽虽然第二二层氧化化物也随随之产生生,但强强度很弱弱,在轻轻微的接接触压力力作用下下就能去去掉,对对其导电电性能没没有影响响;另外,也也不会受受到H22S和SOO2等气体体的腐蚀蚀,在任任何恶劣劣的环境境中都能能保持良良好的化化学稳定定性。但但在我们们长期贮贮存和长长期工作作寿命试试验中,发发现镀了了金的接接触对表表面也会会变色发发黑
24、。这这是由于于镀金层层结晶成成一种网网状结构构,且镀镀金层很很薄,在在镀金过过程中不不可避免免地会在在镀金层层中出现现一些微微孔和裂裂纹。5、导线线插合分分开时,插插针与插插孔之间间在一定定的接触触压力作作用下,由由于相对对运动而而产生摩摩擦,摩摩擦力的的大小为为:F=接触触压力pp摩擦系系数u在摩擦过过程中,会会出现接接触表面面的光洁洁度损伤伤,几何何形状改改变、擦擦伤、粘粘连、产产生磨屑屑,材料料转移等等,同时时还伴随随有热量量产生。随随着插拔拔次数的的增加,插插针插孔孔的表面面镀层金金属被磨磨损,露露出基底底金属,在在周围环环境作用用下产生生腐蚀,形形成接触触不良。接接触对表表面磨损损的
25、程度度与接触触压力的的大小,接接触摩擦擦部位表表面光洁洁度,接接触对表表面镀层层品种、硬硬度、质质量、接接触对导导向部位位圆角是是否光滑滑以及插插孔接触触部位几几何形状状等因素素有关。在在接触压压力大,插插针头部部及插孔孔内孔口口部圆角角连接差差,接触触部位粗粗糙度高高,镀层层材料硬硬度低,镀镀层质量量差的情情况下,接接触对磨磨损更为为严重。电电连接器器的插拔拔寿命也也低,接接触稳定定性也差差。6、插针针由于结结构设计计不合理理,在冲冲制成形形时焊线线槽根部部圆角太太小,材材料变形形量大,产产生应力力集中,以以致在内内应力的的作用下下出现断断裂。2.2.2 绝绝缘失效效1、有的的导线的绝绝缘材
26、料料,如酚酚醛塑料料,其吸吸水性极极大,在在潮湿的的环境中中长期贮贮存和使使用时,水水分子不不仅附着着在绝缘缘材料表表面,而而且还能能沿材料料的毛细细孔渗透透到绝缘缘体内部部。在交交变潮热热的情况况下,再再加上毛毛细孔作作用,绝绝缘材料料吸潮更更为严重重。由于于绝缘体体表面和和内部都都有水分分子,使使得它的的表面电电阻和体体积电阻阻都下降降,从而而使整个个绝缘电电阻大大大下降。2、绝缘缘安装板板的原材材料中混混有金属属屑,磁磁选时未未清除干干净,在在压制成成形时金金属屑镶镶嵌在安安装板中中。3、产品品的结构构设计不不合理,造造成组装装后的产产品内有有金属多多余物,这这种金属属多余物物缩短了了绝
27、缘有有效距离离,降低低了绝缘缘电阻和和抗电强强度,最最易使绝绝缘体击击穿。4、导线线在插拔拔过程中中,接触触对被磨磨损后掉掉下来的的金属磨磨屑附着着在绝缘缘安装板板表面。此此外,电电连接器器在潮湿湿并加极极化电压压的情况况下,在在电位差差作用下下形成电电解场,产产生镀层层金属离离子迁移移现象,其其结果也也减少了了绝缘有有效距离离,降低低了绝缘缘电阻和和抗电强强度。5、导线线在生产产制造或或贮存使使用过程程中,由由于环境境清洁条条件差,使使灰尘及及其它污污物粘附附在绝缘缘安装板板表面,以以使接点点之间,接接点与外外壳之间间的绝缘缘电阻和和抗电强强度降低低。6、固定定绝缘板板的涨圈圈,受到到多次温
28、温度冲击击,镀锌锌层由于于急剧热热胀冷缩缩,引起起大块的的起泡或或脱落,严严重时形形成外壳壳与接点点之间的的短路,造造成绝缘缘失效。7、导线线的接触触对由绝绝缘安装装板固定定其相互互位置,接接触对之之间,接接触对与与外壳之之间由绝绝缘板和和空气隙隙组成,绝绝缘板的的绝缘抗抗电强度度一般比比空气隙隙高,因因此在正正常条件件和低气气压条件件下,电电击穿通通常首先先发生在在空气隙隙中,特特别是在在尖角棱棱边处空空气隙击击穿产生生电弧,由由于电弧弧的高温温将附近近的绝缘缘材料表表面烧焦焦碳化而而短路,造造成绝缘缘失效。2.2.3 机机械连接接失效的的主要原原因1、电连连接器在在使用连连接到位位后,还还
29、过力紧紧固,造造成部件件损坏,连连接卡死死,或者者使用中中不慎跌跌落,造造成外壳壳变形,螺螺纹损伤伤。连接接器头座座不能连连接。2、绝缘缘材料的的机械强强度差,特特别是抗抗冲击性性能差,安安装板的的台阶薄薄,内台台圆角半半径过小小,安装装板塑压压成形后后,卸模模冷却的的过程中中容易产产生应力力集中,在在运输过过程中受受到冲击击碰撞外外力作用用,而使使安装板板开裂掉掉块。3、导线线的针孔孔接触部部位长,在在连接螺螺帽旋开开后,插插针与插插孔还未未完全脱脱离接触触。为了了克服插插孔对插插针的分分离力,需需用人力力硬将插插头从插插座拨出出,在插插拔过程程中头与与座的中中心偏斜斜,插针针头部将将安装板
30、板孔周围围的塑料料崩落下下来,造造成安装装板掉块块。5、导线线在长期期潮湿条条件下,绝绝缘板吸吸潮膨胀胀,或在在过高的的温度下下,绝缘缘板软化化变形,几几何形状状和尺寸寸发生了了改变,使使得头与与座无法法配合或或分离,不不能插拔拔造成连连接失效效。6、导线线接触对对的可焊焊性差。2.2.4 环环境温度度对飞机机导线的的影响1、温度度对导线线的影响响当讨论产产品寿命命时,一一般采用用0规则则的表表达方式式。具体体应用时时可以表表达为“10规则”等,当当周围环环境温度度上升110时时,产品品寿命就就会减少少一半;当周围围环境温温度上升升20时,产产品寿命命就会减减少到四四分之一一。这种种规则可可以
31、说明明温度是是如何影影响导线线寿命(失失效)的的。高温对导导线的影影响:老老化、氧氧化、化化学变化化、热扩扩散、电电迁移、金金属迁移移、熔化化、汽化化变型等等。低温对导导线的影影响:脆脆化、结结冰、粘粘度增大大和固化化、机械械强度的的降低、物物理性收收缩等。2、湿度度对导线线的影响响高温高湿湿条件作作用试验验样品上上,可以以构成水水气吸附附、吸收收和扩散散等作用用。许多多材料在在吸湿后后膨胀、性性能变坏坏、引起起物质强强度降低低及其他他主要机机械性能能的下降降,吸附附了水气气的绝缘缘材料不不但会引引起电性性能下降降,在一一定条件件下还会会引发各各种不同同的失效效,是影影响电子子产品最最主要的的
32、失效环环境。湿度对导导线的影影响:腐腐蚀、离离子迁移移、扩散散、水解解、爆裂裂、霉菌菌、3、冷热热温度冲冲击对导导线的影影响高温和低低温的失失效都会会反映在在冷热温温度冲击击试验中中,冷热热冲击试试验只是是加速了了高温和和低温失失效的产产生。下下面归纳纳了实际际生产或或使用环环境中存存在的具具有代表表性的冷冷热温度度冲击环环境,这这些冷热热冲击环环境常常常是导致致导线失失效的主主要原因因。(1)设设备可能能在温度度较低的的环境中中连接到到电源上上,导致致设备内内部产生生陡峭的的温度梯梯度。在在温度较较低的环环境中切切断电源源可能会会导致设设备内部部产生相相反方向向陡峭的的温度梯梯度;(2)设设
33、备可能能会因为为降雨而而突然冷冷却;(3)当当航空器器起飞或或者降落落时,航航空器机机载外部部器材可可能会出出现温度度的急剧剧变化。2.3 基于阿阿伦尼斯斯模型导导线失效效率计算算方法2.3.1 阿阿伦尼斯斯模型数数学推导导产品的特特性退化化直至失失效,是是由于构构成其物物质的原原子或分分子因化化学或物物理原因因随时间间变化发发生了不不良的变变化(反反应)。这这种变化化或反应应的结果果使变化化积累到到一定程程度就发发生失效效。失效效就是产产品寿命命的终结结。所以以反应速速度越快快,寿命命越短。18899年阿伦伦尼斯在在研究温温度对酸酸催化蔗蔗糖水转转化反应应的基础础上总结结出:某某产品性性能退
34、化化速率与与激活能能的指数数成反比比。其表表达式为为: (2-12)式中,MM为产品品某特性性值的退退化量;M/t表示温温度在TT(热力学学温度)时的退退化速率率,退化化速率是是时间tt的线性性函数;玻耳兹兹曼常数数k=8.6177100-5 eVV/;T为绝对对温度;A0为常数数;t为反应应时间;E为失效效机理激激活能,以以eV为单单位,对对同一类类产品的的同一种种失效模模式为常常数。令产品初初始状态态的退化化量为MM1,对应应时间为为t1;另一一状态的的退化量量为M2,对应应时间为为t2。那么么,当温温度T为常数数时,从从t1t2的累积积退化量量: (2-13)得 (2-114)令t=t2
35、2-t1得t=(M2-M1)/A0exxp(DEE/kT)(2-115)当退化量量M2达到某某个值MMp时,则则认为该该器件失失效,而而影响到到由产品品构成设设备的性性能参数数或工作作。这时时的时间间差(t2-t1)就是产产品从tt1开始延延续的寿寿命L。即 (2-16)令A=lln(Mp-M1)/A0,B=DE/k,得lnnL=A+(B/T)。式中中,A,B是待定定参数;L为某寿寿命特征征,如中中位寿命命,平均均寿命等等。lnL=A+(B/T)是线性性化的寿寿命与温温度的关关系模型型,它符符合化学学反应器器件的寿寿命L与温度度T的关系系。该模模型表明明,寿命命特征的的对数是是温度倒倒数的线线
36、性函数数。当在不同同温度TT1,T2下,经经过时间间t1,t2后特性性值或退退化量相相同,可可利用(2-1)式推出出加速系系数公式式 (2-17)上式是基基于退化化量相同同导出的的。目前前,国内内外比较较成熟的的加速寿寿命试验验数据处处理方法法都是基基于失效效数据的的。对于于长寿命命产品,在在很长的的时间内内极少出出现失效效现象,因因此传统统的基于于失效数数据的试试验数据据处理方方法在应应用时会会遇到很很多困难难。2.3.2 阿阿伦尼斯斯模型特特点阿伦尼斯斯模型有有下述特特点:(1) 该模型型反映的的是产品品某特性性量与激激活能和和所施加加应力的的关系;(2) 阿伦尼尼斯模型型使用的的寿命与与
37、温度的的表达形形式及加加速因子子都是基基于退化化量相同同导出的的。这就为加加速寿命命试验提提供了另另外一条条途径,即即利用某某性能参参数或特特征量退退化数据据对产品品的可靠靠性进行行评定、推推断。第三章 导线失失效寿命命分布模模型在可靠性性研究中中,一般般都认为为电子元元器件在在工作过过程中产产生的失失效是偶偶然的,其其寿命服服从指数数分布,电电连接器器也不例例外,这这是因为为指数分分布:有时能能得出一一个尽管管粗糙但但有用的的结果:因长期期使用而而被神化化;仅有一一个分布布参数,而而且此参参数是常常用的可可靠性特特征值一一失效率率或平均均寿命;数据分分析处理理方法比比其它分分布都要要来得简简
38、单。但但是,在在工程实实际中,大大约仅有有15的电子子产品寿寿命可用用指数分分布恰当当地加以以描述。换换句话讲讲,约有有85的电子子产品其其寿命不不服从指指数分布布,其原原因是电电子元器器件的失失效分布布不仅与与失效模模式:失失效机理理和器件件结构有有关,还还与其承承受的应应力和工工作环境境等诸多多因素有有关,而而指数分分布仅含含一个参参数,就就难以在在各种条条件下恰恰当地刻刻画电予予元器件件的可靠靠性寿命命特征。3.1 寿命分分布模型型对于飞机机导线来来讲,环环境应力力作用下下,考虑虑其主要要失效模模式,只只要其中中有一根根导线失失效,就就会导致致整个线线路失效效,因此此,从功功能上看看,整
39、个个线路如如同一个个由一系系列导线线对组成成的串联联系统,其其寿命分分布是一一个最小小极值问问题。假假定整个个线路有有n条导线线,第ii条导线线的寿命命为Ti (i=1,22,n),每每条导线线的寿命命分布都都为Fe(t),即即Ti为服从从于Fe(t) (i=1,22,n)的随随机变量量,并假假设T1,T2,.,Tn是相互互独立的的。现记T(l)为为导线寿寿命T1,T2,.,Tn中的最最小值,即即: T(l)=miinTT1,T2,.,Tn (3-1)我们的目目标是求求得导线线的寿命命分布,而而整个线线路的寿寿命也就就是所有有导线中中性能最最差的导导线的寿寿命,也也就是TT(l),因此此,我们
40、们的目标标就转化化为求TT(l)的分布布。 先看T(l)t的概概率。事事件TT(l)t就是是T1tT2t.Tnt,这是是因为TT(l)是T1,T2,.,Tn中的最最小者,如如果最小小者T(l)t,则T1,T2,.,Tn中任何何一个都都应该大大于t,因此此,有: PT(l)t=P(T1tT2t.Tnt) (33-2)根据假定定T1,T2,.,Tn是相互互独立的的,则有有:PT(l)t=PT1tPT2t.PTnt (3-3)因为分布布函数FFe(t),有有:Fe(tti)=11 -PTit (i=1,22,n) (33-4)又因为TTi都服从从同一个个分布FFe(t),则Fe(tt)=11 -PT
41、it (i=1,22,n) (3-5)代入式PPT(l)t=PT1tPT2t.PTnt得PTiit=11 -Fe(t)n (3-6)因此T(l)的分布布函数为为: (33-7)式(3-24)称为最最小极值值分布函函数,也也就是导导线的接接触寿命命分布函函数。其次考虑虑导线的的寿命分分布Fe(t)。由由于接触触对随着着高温作作用时间间的增加加,磨损损腐蚀物物(为具具有可比比性此腐腐蚀物假假定为单单位面积积上的)的体积积逐渐增增大。令令Vi(i=l,22,n)表示第第i次磨损损循环后后的腐蚀蚀物体积积,显然然V1V2V3.0) (33-122)如果用vv表示磨磨损氧化化物的体体积量,即即退化量量(
42、或特特性值),t为时间间,K为反应应速度,即即退化速速度,则则有:式中,KK系反应应速度常常数,取取决于环环境温度度的大小小,与时时间无关关。通过过积分并并考虑边边界条件件可得腐腐蚀物体体积v与时间间t的关系系为:v=Ktt则v=KKt,代代入式(3-122),因因为v=Kt为为一严格格的单调调函数,所所以有 (33-133)再令,那那么上式式可写为为:(t00) (33-144)此式的物物理意义义为:当当时间为为t时腐蚀蚀物体积积v的概率率密度。由由于腐蚀蚀物体积积越大,接接触电阻阻越大,导导线产生生接触失失效的可可能性也也大,因因此,式式(3-14)即为导导线的失失效分布布概率密密度函数数
43、。由此此可得,导导线的寿寿命分布布函数为为:(t00) (3-15)然后,若若将式(3-300)代入入式(33-244),得得到严格格的导线线寿命分分布函数数表达式式,但难难以计算算。不过过,在式式(3-24)中,当当n时,若若Fe(t)左端端尾部无无界,趋趋向于II型极小小值分布布 (3-16)即通常所所说的极极小值分分布,式式中为位位置参数数,为尺尺度参数数;Fe(t)没有有有限矩矩,则趋趋向于III型极极小值分分布;若若Fe(t)左端端尾部有有界,且且满足 (cc, a0)时,趋向向于III型极小小值分布布: (3-17)即两参威威布尔分分布。式式中:mm为形状状参数,为尺度参数或特征寿命。3.2 威布尔尔参数估估计整理式(3-333),并并对方程程两边取取两次对对数后可可得: (3-18)令 (3-19)则有线性性方程: (3-20)利用恒定定应力TTi的试试验数据据,将失失效时间间tj按照从从小到大大的顺序序排列,累累积失效效概率FF(tj)按以以下中位位秩公式式计算: (jj=1,22,.,ni) (33-211)因此得到到一组实实验数据据: (jj=1,22,.,ni) (3-22)根据式(3-19),则式(3-20)可转化为: (33-233)采用最小小二乘法法对式(3-23)的数据进行直线拟合,拟合直线的系数ai,bi(i=1,2,.,n)分别为: (33
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