加速試驗
關(guān)注創(chuàng)建者：CAE仿真與工程實踐 創(chuàng)建時間：2021-07-02
加速試驗的視頻教程
基于workbench的焊點熱循環(huán)可靠性仿真分析，免費無聲音，操作細(xì)致，提供附件（需購買）練習(xí)。
這項技術(shù)有助于工程師加速預(yù)測熱試驗期間的失效時間。
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加速試驗的實例教程
試驗初始時刻測量線束阻抗并記錄，試驗過程中測量頻率間隔為10 s/次，試驗結(jié)束后再次測量并記錄。根據(jù)行業(yè)一般標(biāo)準(zhǔn)采用100 MΩ的阻抗作為失效判據(jù)，即認(rèn)為阻抗值超過這一標(biāo)準(zhǔn)即判定為產(chǎn)品失效。
按上述加速試驗方案對汽車線束進(jìn)行加速壽命試驗，分別為疲勞耐久試驗和高溫老化試驗。疲勞耐久試驗進(jìn)行到產(chǎn)品發(fā)生失效或者達(dá)到試驗時間停止，試驗時間為105s約為27.8 h，加速因子為105/20等于5 000，因此，疲勞壽命粗略估計為27.8 h×5 000，約為15.9年。高溫老化試驗在125 ℃試驗條件下進(jìn)行1 000 h，由于線束老化的失效機理模型為Arrhenius公式，故加速因子由加速應(yīng)力水平下Arrhenius公式參數(shù)對正常應(yīng)力水平下Arrhenius公式參數(shù)得到，如下式所示：
式中：AF—加速因子；
Tuse—正常使用環(huán)境條件下的溫度；
Tstress—加速條件下的環(huán)境溫度（單位為熱力學(xué)溫度K），
試驗中表觀活化能Ea取3.08（J/mol）；
R—摩爾氣體常量8.31 J/（mol·K），
Tuse=273+25= 298 K，Tstress=273+125=398 K，
代入加速因子計算公式得出加速因子AF約為22.76，由此可估算出線速老化壽命約為2.6年。
通過上述加速試驗結(jié)果，可得出進(jìn)行10萬次的疲勞耐久試驗可模擬汽車線束15.9年的疲勞壽命，進(jìn)行1 000 h的125 ℃高溫老化試驗可模擬汽車線束2.6年的老化壽命。在實際工程中，可根據(jù)不同種類的汽車線束和不同的使用環(huán)境要求進(jìn)行特定的加速壽命試驗，研究方法供汽車行業(yè)在進(jìn)行線束可靠性量化評價方面提供一定的借鑒和指導(dǎo)作用。
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展開 本試驗主要考慮線束材料疲勞及材料老化二種失效機理條件下的加速試驗方案，加速線束疲勞失效采用線束疲勞耐久試驗裝置，將線束三軸向運動位移范圍設(shè)置為±12 mm，頻率為1 Hz，即三軸同時運動一次時間為1 s，試驗時間設(shè)置為105 s，加速線束老化失效利用溫箱來實現(xiàn)，設(shè)置溫度為125 ℃，時間設(shè)置為1 000 h。
加速試驗設(shè)計關(guān)鍵性技術(shù)細(xì)節(jié)還有一點就是產(chǎn)品的失效判據(jù)及失效檢測方式。產(chǎn)品的失效判據(jù)及失效檢測方式不僅影響加速試驗結(jié)果，也影響最終產(chǎn)品可靠性評價結(jié)果。因此，產(chǎn)品的失效判據(jù)及失效檢測方式為加速試驗設(shè)計重要的環(huán)節(jié)。
本試驗主要考核的是線束的電線部分疲勞失效情況，電線失效往往發(fā)生于電線內(nèi)部斷絲而引起阻抗的增加。因此，選取線束的阻抗值作為失效的特征變量。通過高采樣頻率測量線束的阻抗值來監(jiān)測線束內(nèi)部的損傷情況，選取阻抗分析儀作為試驗儀器，并以1 kHz作為測試頻率，在線束二端施加交流電信號，測取不同時刻的阻抗值。
試驗初始時刻測量線束阻抗并記錄，試驗過程中測量頻率間隔為10 s/ 次，試驗結(jié)束后再次測量并記錄。根據(jù)行業(yè)一般標(biāo)準(zhǔn)采用100 MΩ 的阻抗作為失效判據(jù)，即認(rèn)為阻抗值超過這一標(biāo)準(zhǔn)即判定為產(chǎn)品失效。
3 疲勞壽命評估
按上述加速試驗方案對汽車線束進(jìn)行加速壽命試驗，分別為疲勞耐久試驗和高溫老化試驗。疲勞耐久試驗進(jìn)行到產(chǎn)品發(fā)生失效或者達(dá)到試驗時間停止，試驗時間為105 s 約為27.8 h，加速因子為105/20 等于5 000，因此，疲勞壽命粗略估計為27.8 h×5 000，約為15.9 年。
展開 加速模型中的應(yīng)力載荷因素是造成產(chǎn)品失效的根本原因，線束疲勞主要考慮線束長期進(jìn)行彎折耐久運動產(chǎn)生的疲勞累計損傷，因此，線束疲勞的應(yīng)力因素應(yīng)為對線束造成疲勞累計的各影響因素之和。線束老化主要考慮溫度對線束的老化影響，因此，線束老化的應(yīng)力因素應(yīng)為溫度
關(guān)于應(yīng)力載荷的參考條件，即加速試驗的一個參照點，所謂的參照點是指產(chǎn)品在正常工作環(huán)境條件下的應(yīng)力載荷水平。本文以汽車線束為研究對象，主要考核汽車線束長期彎折耐久運動的線束疲勞失效壽命，為了實現(xiàn)線束疲勞耐久運動，以達(dá)到加速的作用，采用了線束疲勞耐久試驗裝置（如圖2所示）模擬汽車線束在實際工作中的安裝狀態(tài)及彎折運動。
此外，溫度在這過程中加速了線束材料的老化失效，汽車線束老化的應(yīng)力載荷因素溫度，選取25 ℃作為參考基準(zhǔn)。溫度載荷的施加方式較為容易，直接將汽車線束連同工裝放置于可程式溫箱來模擬汽車線束在不同工作環(huán)境下的溫度條件。關(guān)于加速試驗量化參數(shù)的估計，主要包括加速試驗應(yīng)力水平的估計，加速試驗時間的估計以及加速因子的估計。本試驗主要考慮線束材料疲勞及材料老化二種失效機理條件下的加速試驗方案，加速線束疲勞失效采用線束疲勞耐久試驗裝置，將線束三軸向運動位移范圍設(shè)置為±12 mm，頻率為1 Hz，即三軸同時運動一次時間為1 s，試驗時間設(shè)置為105s，加速線束老化失效利用溫箱來實現(xiàn)，設(shè)置溫度為125 ℃，時間設(shè)置為1 000 h。加速試驗設(shè)計關(guān)鍵性技術(shù)細(xì)節(jié)還有一點就是產(chǎn)品的失效判據(jù)及失效檢測方式。產(chǎn)品的失效判據(jù)及失效檢測方式不僅影響加速試驗結(jié)果，也影響最終產(chǎn)品可靠性評價結(jié)果。因此，產(chǎn)品的失效判據(jù)及失效檢測方式為加速試驗設(shè)計重要的環(huán)節(jié)。本試驗主要考核的是線束的電線部分疲勞失效情況，電線失效往往發(fā)生于電線內(nèi)部斷絲而引起阻抗的增加。因此，選取線束的阻抗值作為失效的特征變量。
展開 加速模型中的應(yīng)力載荷因素是造成產(chǎn)品失效的根本原因，線束疲勞主要考慮線束長期進(jìn)行彎折耐久運動產(chǎn)生的疲勞累計損傷，因此，線束疲勞的應(yīng)力因素應(yīng)為對線束造成疲勞累計的各影響因素之和。線束老化主要考慮溫度對線束的老化影響，因此，線束老化的應(yīng)力因素應(yīng)為溫度
關(guān)于應(yīng)力載荷的參考條件，即加速試驗的一個參照點，所謂的參照點是指產(chǎn)品在正常工作環(huán)境條件下的應(yīng)力載荷水平。本文以汽車線束為研究對象，主要考核汽車線束長期彎折耐久運動的線束疲勞失效壽命，為了實現(xiàn)線束疲勞耐久運動，以達(dá)到加速的作用，采用了線束疲勞耐久試驗裝置（如圖2所示）模擬汽車線束在實際工作中的安裝狀態(tài)及彎折運動。
此外，溫度在這過程中加速了線束材料的老化失效，汽車線束老化的應(yīng)力載荷因素溫度，選取25 ℃作為參考基準(zhǔn)。溫度載荷的施加方式較為容易，直接將汽車線束連同工裝放置于可程式溫箱來模擬汽車線束在不同工作環(huán)境下的溫度條件。關(guān)于加速試驗量化參數(shù)的估計，主要包括加速試驗應(yīng)力水平的估計，加速試驗時間的估計以及加速因子的估計。本試驗主要考慮線束材料疲勞及材料老化二種失效機理條件下的加速試驗方案，加速線束疲勞失效采用線束疲勞耐久試驗裝置，將線束三軸向運動位移范圍設(shè)置為±12 mm，頻率為1 Hz，即三軸同時運動一次時間為1 s，試驗時間設(shè)置為105s，加速線束老化失效利用溫箱來實現(xiàn)，設(shè)置溫度為125 ℃，時間設(shè)置為1 000 h。加速試驗設(shè)計關(guān)鍵性技術(shù)細(xì)節(jié)還有一點就是產(chǎn)品的失效判據(jù)及失效檢測方式。產(chǎn)品的失效判據(jù)及失效檢測方式不僅影響加速試驗結(jié)果，也影響最終產(chǎn)品可靠性評價結(jié)果。因此，產(chǎn)品的失效判據(jù)及失效檢測方式為加速試驗設(shè)計重要的環(huán)節(jié)。本試驗主要考核的是線束的電線部分疲勞失效情況，電線失效往往發(fā)生于電線內(nèi)部斷絲而引起阻抗的增加。因此，選取線束的阻抗值作為失效的特征變量。
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高壓加速老化試驗箱(PCT)
PCT是pressure cooker test的英文簡稱，指高壓加速老化壽命試驗，也稱為壓力鍋蒸煮試驗或是飽和蒸汽試驗。最主要是將待測品置于嚴(yán)苛之溫度、飽和濕度(100%.H.飽和水蒸氣及壓力環(huán)境下測試,測試待測品耐高濕能力,針對印刷線路板(PCB/FPC),用來進(jìn)行材料吸濕率試驗、高壓蒸煮試驗等試驗目的,如果待測品是半導(dǎo)體的話。則用來測試半導(dǎo)體封裝之抗?jié)駳饽芰?待測品被放置嚴(yán)苛的溫濕度以及壓力環(huán)境下測試,如果半導(dǎo)體封裝的不好,濕氣會沿者膠體或膠體與導(dǎo)線架之接口滲入封裝體之中,常見的故裝原因:爆米花效應(yīng)、動金屬化區(qū)域腐蝕造成之?dāng)嗦贰⒎庋b體引腳間因污染造成之短路等相關(guān)問題。
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適用范圍
適用于航天、汽車部件、電子零配件、高分子材料、磁性材料、制藥、線路板（PCB）、IC半導(dǎo)體、LCD、燈飾、光伏組件等行業(yè)相關(guān)產(chǎn)品。
可以評估：
1）印刷線路板材料的吸濕率試驗、耐高濕能力；
2）半導(dǎo)體封裝之抗?jié)衲芰Γ?3）加速老化壽命試驗，提高環(huán)境應(yīng)力(如溫度)與工作應(yīng)力(施加給產(chǎn)品的電壓、負(fù)荷等)，使產(chǎn)品在設(shè)計階段快速暴露其缺陷和薄弱環(huán)節(jié)從而加快試驗過程，縮短產(chǎn)品或系統(tǒng)的壽命試驗時間，降低了試驗成本，提高產(chǎn)品的可靠性。
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常見失效原因
1）腐蝕失效與IC
腐蝕失效(水汽、偏壓、雜質(zhì)離子)會造成IC的鋁線發(fā)生電化學(xué)腐蝕,而導(dǎo)致鋁線開路以及遷移生長。
2）塑封半導(dǎo)體因濕氣腐蝕而引起的失效現(xiàn)象
鋁及鋁合金因其成本低廉且易于加工，常被選作集成電路的內(nèi)部互連材料。然而，自芯片塑封工藝啟動后，濕氣會通過環(huán)氧樹脂逐漸滲透，引發(fā)電化學(xué)腐蝕，造成鋁導(dǎo)線損壞甚至斷路，成為質(zhì)量管控中的主要難題。
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加速試驗的最新內(nèi)容
三、綜合評價模型與方法創(chuàng)新
1、貼近真實環(huán)境的復(fù)合測試--CCWC試驗
循環(huán)鹽霧腐蝕和紫外光加速老化綜合試驗（CCWC）由美國宣威公司開發(fā)，又稱“Skerry循環(huán)試驗”。
流程為：首周8小時UVA-340照射（60℃）+4小時冷凝（50℃），次周1小時鹽霧噴淋+1小時干燥（35℃），重復(fù)循環(huán)。
根據(jù)《GB/T 10125-2021/ISO 9227:2017》標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)型鹽霧試驗分為三種基本類型：中性鹽霧試驗（NSS），酸性鹽霧試驗（AASS）、銅加速酸性鹽霧試驗（CASS）：
試驗類型
簡稱
典型pH值
特點
適用范圍
?? 標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)：
《GB/T 10125-2021》《ISO 9227:2017》：連續(xù)型鹽霧試驗的通用標(biāo)準(zhǔn)。
根據(jù)《GB/T 10125-2021/ISO 9227:2017》標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)型鹽霧試驗分為三種基本類型：中性鹽霧試驗（NSS），酸性鹽霧試驗（AASS）、銅加速酸性鹽霧試驗（CASS）：
試驗類型
簡稱
典型pH值
特點
適用范圍
?? 標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)：
《GB/T 10125-2021》《ISO 9227:2017》：連續(xù)型鹽霧試驗的通用標(biāo)準(zhǔn)。
><p> 未來，神工坊<sup>?</sup>將繼續(xù)深化<strong style="color: rgb(15, 133, 214);">“數(shù)字孿生試驗”戰(zhàn)略</strong>研發(fā)與創(chuàng)新，<strong style="color: rgb(15, 133, 214);">以“超算+AI”的先進(jìn)計算技術(shù)為基礎(chǔ)支撐，引領(lǐng)行業(yè)最高保真度，面向高端裝備設(shè)計研發(fā)的“數(shù)字終試”需求，為加速試驗合格迭代過程賦能
“數(shù)字孿生試驗”將<strong style="color: rgb(15, 133, 214);">引領(lǐng)行業(yè)最高保真度，主要面向高端裝備設(shè)計研發(fā)的“數(shù)字終試”需求，大幅加速試驗合格迭代過程。
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6.疲勞定義：為了加速試驗階段的疲勞驗證，將托臂的隨機動態(tài)載荷等損傷轉(zhuǎn)化為橫幅載荷，載荷大小范圍9000N，平均載荷4500N，如下圖6所示，循環(huán)次數(shù)要求大于1萬次。通過軟件提供的SN Sequential fatigue分析方法計算托架的疲勞壽命，如圖7所示。
做仿真，除了自己信，別人都不信9個月前
這時往往要做加速試驗，在有限時間內(nèi)模擬產(chǎn)品整個生命周期的損傷累計過程。比如適當(dāng)增大壓力，適當(dāng)提高溫度，適當(dāng)增大振動的幅度，做到“試驗臺一天，抵實際一年”。
顯然，加速試驗也有偏差，有可能試驗臺一天只相當(dāng)于實際一個月，也可能相當(dāng)于實際兩年。
但這些因素外人并不知道——這試驗臺咣咣地振，還能騙我不成？
二、做仿真只有自己信
仿真能代表真實世界嗎？
（5）環(huán)境與耐久測試
- 道路載荷數(shù)據(jù)采集：用于車輛耐久性測試，結(jié)合虛擬迭代技術(shù)加速臺架試驗。
- 疲勞分析：預(yù)測結(jié)構(gòu)在長期振動下的壽命。
（6）報告與自動化
- 自定義報告生成：一鍵導(dǎo)出符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的測試報告。
- 腳本與API支持：可通過VB、Python等編程語言實現(xiàn)自動化測試流程。
2.
