結合仿真與可靠性分析高加速應力篩選試驗剖面構造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于高加速應力篩選試驗技術領域，尤其涉及一種結合仿真與可靠性分析高加速應力篩選試驗剖面構造方法。
【背景技術】
[0002]產品的可靠性是設計出來、制造出來、管理出來的，產品制造過程中的各種不確定性，造成產品或多或少存在缺陷和隱患，使得生產出的產品的可靠性存在很大差異，因而需要對產品進行100%篩選，從而剔除由于原材料、不良元器件、工藝缺陷和其它原因所造成的早期故障，從而達到提高產品質量與可靠性的目的。高加速應力篩選(HighlyAccelerated Stress Screening，HASS)采用溫度循環和隨機振動等綜合應力以及比使用環境高得多的應力量值對產品進行加速篩選，是結合產品的實際情況，滿足既能夠快速、經濟、有效地激發出在使用環境下可能導致產品失效的各類缺陷，又不過量消耗產品的有效壽命要求的情況下，根據一定的設計準則而得到的。
[0003]HASS試驗剖面圖是由數個在兩個極限溫度之間的振動和溫度等環境應力綜合作用的循環周期構成的。高加速篩選試驗剖面制定的一般方法，首先根據高加速壽命試驗的結果制定初始剖面，再逐步對剖面進行調整確定最終剖面。高加速篩選試驗剖面的初始參數是在高加速壽命試驗確定的溫度與振動等環境應力的工作極限和破壞極限基礎上得到的，高加速壽命試驗在確定工作極限與破壞極限的過程中需要對試驗對象進行大量反復性的試驗，這一過程非常繁瑣且需要大量試驗樣件；其次，為了確定最終剖面，需要在初始剖面的基礎上不斷進行應力量級調整，每一次量級調整需要對試驗對象進行50次以上的剖面循環試驗，耗時耗力且精度難以保證；這些工作使得剖面的制定工作繁瑣、試驗樣本量大、耗時耗力，且難以保證精度。在HASS的剖面設計及產品的實際生產中，由于技術及經費的限制，一定程度上阻礙了 HASS的開展與進一步發展。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種結合仿真與可靠性分析高加速應力篩選試驗剖面構造方法，旨在解決現有高加速篩選試驗剖面制定工作繁瑣、試驗樣本量大、耗時耗力，且難以保證精度的問題。
[0005]本發明是這樣實現的，一種結合仿真與可靠性分析高加速應力篩選試驗剖面構造方法，該結合仿真與可靠性分析高加速應力篩選試驗剖面構造方法包括以下步驟:
[0006]步驟一，采用有限元分析軟件進行實體建模，按照自底向上建模，通過電阻、電容、電感、集成電路、電氣接插件、焊接點、導線連接、機械聯接、電路板及機箱，分別處理為線和體等幾何形體，并運用布爾運算工具對元器件與電路板、上下電路板間、電路板與機箱的聯接進行幾何建模；對于焊接在電路板上的元器件支腿進行了特殊處理，使用叉開式的線形模擬其與電路板的聯接，網格劃分時應依據實際HALT結果與對象特性對應力集中以及易失效部位細化，依據實際HALT結果對模型進行修正，對建立好的模型按照實際HALT的載荷加載方式分別進行仿真分析，通過對比試驗結果，找出哪些參數對分析結果影響較大，并分析參數變化對分析結果的影響變化趨勢，然后根據應力和變形分布以及應力集中點的應力數值對比，進行參數微調，對模型進行修正；
[0007]步驟二，對修正的模型按照HALT試驗的進行加載，分析試驗對象的失效形式及破壞部位，如已經大于屈服極限，在HALT試驗中則會表現為部件或組件的性能失效，以此確定試驗對象的破壞極限；
[0008]步驟三，對試驗對象失效模式進行整理統計與分析，選擇可靠性分析模型；
[0009]步驟四，對危險部位選用相應可靠性分析模型，進行可靠度計算，按照系統分配的可靠度，取對應的載荷為工作極限；
[0010]步驟五，初始剖面確定，HASS剖面參數包括:上下極限溫度、端點溫度滯留時間、溫變率、振動量級、振動時間長短，根據工作極限與破壞極限，參考HASS推薦剖面譜型，對剖面的上述各項參數進行設定，得到HASS初始剖面；
[0011]最終剖面確定，按照初始剖面的應力形式進行仿真加載，然后計算可靠度，對象各危險部位的可靠度在合格率范圍內，則確定為最終剖面；反之則調整應力值，重新進行仿真分析與可靠性計算。
[0012]進一步，在采用有限元分析軟件進行實體建模之前需要采用少數樣件進行高加速壽命試驗，通常包括低溫步進應力試驗，高溫步進應力試驗、快速溫變試驗，隨機振動試驗，綜合環境試驗，將試驗對象盡量加載至破壞，觀察并記錄試驗過程及結果，包括試驗對象的性能，失效形式。
[0013]進一步，所述可靠性建模包括:分布函數法、應力一強度干涉理論、名義應力法、應力應變法。
[0014]進一步，所述工作極限的溫度工作極限和振動工作極限；
[0015]溫度工作極限包括溫度上下極限和溫變率；
[0016]振動工作極限，包括隨機振動的量級及振動時間。
[0017]本發明的另一目的在于提供一種采用結合仿真與可靠性分析高加速應力篩選試驗剖面構造方法在機電組件的應用，所述在機電組件的應用具體包括以下步驟:
[0018]步驟一，采用5個樣件分別進行低溫步進應力試驗，高溫步進應力試驗、快速溫變試驗，隨機振動試驗，綜合環境試驗，結果表明機電組件的主要失效形式是元器件性能失效，導線斷裂，元器件管腳斷裂；
[0019]步驟二，仿真建模，采用有限元分析軟件一ANSYS對試驗對象進行實體建模，對管腳、焊點部位進行較細的網格劃分，并對比試驗結果，對模型進行修正，通過仿真加載在易失效的部位產生應力集中；
[0020]步驟三，環境試驗仿真，對仿真模型進行隨機振動試驗、溫度步進試驗、溫度循環試驗的仿真，通過仿真得到試驗對象的在隨機振動應力下的破壞極限為23Grms，溫度破壞極限為-100°C?1300C ；
[0021]步驟四，可靠性建模，通過試驗及仿真發現試驗對象的主要失效形式是電子元器件失效，纜線失效，元器件管腳失效，分別建立指數分布函數模型，三參數威布爾分布函數模型，應力-強度干涉理論模型；
[0022]步驟五，工作極限與破壞極限確定，通過仿真得到試驗對象的在隨機振動應力下的破壞極限為23Grms，采用步驟四中建立的可靠性模型，依據仿真分析結果對模型參數分別進行計算，然后計算可靠度；
[0023]步驟六，確定HASS剖面，按照工程中初始剖面的方法，取初始剖面參數如下:取溫度循環的范圍為_60°C?90°C，起始溫度為室溫20°C，溫變率為60°C /min，溫度循環為2次/循環，隨機振動的初始量級為5Grms，最高量級為lOGrms，滯留時間為1min ;分別計算可靠度為:電子元器件為0.95 ;電容管腳可靠度為0.99，壓線盒管腳可靠度為0.97 ;纜線可靠度為0.83。
[0024]進一步，在步驟五中，可靠度0.85對應的載荷為工作極限，則溫度工作極限為:范圍是-90°C?120°C，溫變率是60°C /min ;振動工作極限是20Grms。
[0025]進一步，在步驟六中，調整應力值確定最終剖面參數如下:取溫度循環的范圍為-50°C?80°C，起始溫度為室溫20°C，溫變率為60°C /min,溫度循環為2次/循環，隨機振動的初始量級為5Grms，最高量級為lOGrms，滯留時間為1min ;分別計算可靠度為:電子元器件可靠度為0.994，電容管腳可靠度為0.999，壓線盒管腳可靠度為0.993，纜線可靠度為 0.997。
[0026]本發明的方法與現有HASS的剖面確定方法對比具有以下的優勢:
[0027]1、實物試驗
[0028]現有HASS工作極限的確定方法是通過實物試驗反復進行應力加載得到；
[0029]而本發明的方法由可靠度直接計算確定，實物消耗量可減少70%以上；<