老化壽命評估的案例
低場核磁在火炸藥交聯固化、老化性能評估中應用
導讀
低場核磁共振的弛豫機制對高分子聚合物鏈結構的變化具有高度敏感性，可通過監測體系中1H的T2，來表征含有高分子聚合物復合固體推進劑的固化過程和老化過程。
火炸藥是由含能材料與其它功能性材料組成的復合材料體系，作為武器彈藥動力和毀傷能源，其老化性能研究一直受到各國研究者和軍方的關注 。
對于含高分子黏合劑的復合固體推進劑及高聚物黏結炸藥（PBX），其黏合劑的結構與性能是影響其老化過程中力學性能、安全性能及結構完整性的關鍵因素 。
因此，高分子黏合劑體系結構與性能的快速、準確表征與評價,是研究復合固體推進劑和炸藥老化性能的關鍵 。
國高材分析測試中心
低頻核磁共振儀
能夠對溶液、凝膠、固體、顆粒等狀態樣品進行無損的快速分析。可定量檢測彈性體交聯密度、增韌劑/橡膠含量、軟硬段比例、玻璃態轉變溫度、活化能、氟含量等。可對硫化過程、固化、老化過程、降解過程、材料吸濕和干燥過程等過程進行過程檢測。可實現顆粒-聚合物相容性、顆粒表面改性程度、材料吸附性能評價、聚合物競爭性吸附、親疏水性表征等性能在線實驗研究和工藝評價。
咨詢電話：020-66221668
低場核磁共振技術可以通過監測聚合物體系中處于不同化學環境中的氫質子的橫向弛豫時間T2 , 來表征聚合物的固化程度、交聯網絡結構等，是一種簡 單、無損、快速、定量的含高分子黏合劑復合固體推進劑及炸藥老化性能變化關鍵參量評估方法。
低場核磁共振主要用于測定物質中1H的弛豫特性分析，具有以下優點:
1. 測試迅速、準確;
2. 測定樣品時不需要處理樣品和侵入樣品內部,對樣品不產生污染和破壞;
3. 測試過程不受樣品狀態、形狀的限制;
4. 能夠實時在線監測, 獲得樣品在時間上持續變化信息;
5.
展開 基于實驗設計的ABS樹脂老化原因與壽命預測方法
為了深入研究ABS樹脂在光、熱、氧、濕氣等環境下的老化行為，本文選取了典型的乳液法和本體法ABS樹脂，通過戶外暴曬、氙燈老化箱、鼓風熱烘箱和恒溫恒濕箱等實驗手段，系統評估其耐候性差異，為提升產品性能和延長使用壽命提供科學依據。
1 實驗部分
1.1 主要原料
涉及的 ABS 樹脂原材料信息見表 1。
表 1 實驗所用 ABS 樹脂信息
1.2 性能測試與表征
1.2.1 頂空氣相色譜分析
頂空加熱溫度 120℃，靜態恒溫 5h，頂空進樣針溫度 130℃，進樣量 0.3mL；色譜柱溫變化（程序升溫）：起始溫度為 40℃，保持 10min，然后以 5℃/min 的速率升至 200℃，保持 10min。
1.2.2 戶外暴曬實驗
按 GB/T 3681-2000《塑料大氣暴露實驗方法》進行戶外暴曬，暴曬地點為廣州，樣品與水平成 45°角固定，并朝南放置。
1.2.3 氙燈老化
按 ISO 4892.2：2006 進行氙燈老化試驗。試驗采用 cycle Ⅰ條件，即：持續光照；輻照度（300~400）nm 為（60±2）W/m2；黑標溫度（65±3）℃；箱體溫度（38±3）℃；相對濕度（65±5）%；噴淋周期：102min 不噴淋 /18min 噴淋。
1.2.4 熱老化
按 GB/T 7141《塑料熱空氣暴露試驗方法》進行熱老化試驗，試驗溫度為 60℃。
1.2.5 濕熱老化
按 GB/T 12000《塑料暴露于濕熱、水噴霧和鹽霧中影響的測定》進行濕熱老化試驗。試驗溫度為 50℃，濕度為 90%RH。
展開 技術研究 | 沒想到這種方法做拉伸測試，塑料老化壽命差異這么大
塑料在使用過程中會受到溫度、濕度等影響而逐漸老化，老化后拉伸強度是對塑料耐老化性能的評估的重要依據。塑料老化后通常會出現粉化、變形等變化，拉伸強度測試準確性降低，因此提升老化后拉伸測試的準確性很有必要。
二、 實驗設計
1 、實驗樣品
A（改性聚丙烯）和B（玻纖增強聚丙烯）
2.1樣品老化
將樣品放入到熱老化烘箱內，老化溫度為150℃，老化至樣品粉化，期間老化24h、48h、168h，264h、480h和600h取出進行拉伸測試。老化溫度為120℃，期間老化24h、48h和168h取出進行拉伸測試。
2.2測試與表征
拉伸測試和處理：拉伸測試速度50mm/min，夾具間距115mm。
三、 實驗探究分析
2.1 不同溫度和時間老化對拉伸強度的影響
實驗中對兩種樣品分別用120℃和150℃進行老化，并在固定時間取樣進行拉伸測試，測試結果如下：
圖1 不同溫度下老化后拉伸強度
從測試結果來看，A（普通改性）隨著老化時間的增加，拉伸強度越來越低，溫度越高，降低的速度和幅度越大；同時在老化168h內，斷裂伸長率變化不大。B(玻纖增強)在120℃老化168h內，拉伸強度在一定的范圍內（±5MPa）波動。老化后，斷裂伸長率無明顯變化，150℃老化比120℃老化后斷裂伸長率較低一些。
2.2 粉化樣條測試方法研究
2.2.1 粉化樣品測試強度測試
在150℃老化600h以后，兩種樣品均出現了分化現象，玻纖增強料B出現浮纖，但是表面較為平整；普通改性A出現了分層現象，樣條粉化嚴重，表面不平整，出現較多裂紋，樣品內部分層， 老化后樣條如圖2。
展開 如何評估總線閥島的使用壽命？
評估總線閥島使用壽命不能僅看標稱參數，而應綜合考量元器件品質、環境適應力、智能化水平及供應商實力，選擇如埃邁諾冠（IMI Norgren）這樣經驗豐富、技術領先的總線閥島供應商，是保障產線高效、穩定、長壽命運行的關鍵一步。
電子產品綜合壽命評估
產品的可靠性越來越得到人們的重視，而目前評估產品壽命的方法是通過常用的加速壽命測試，比如溫度加速壽命測試，運用阿倫紐斯溫度加速模型，推算出計算產品的MTBF或是是失效率（λ），然后宣稱產品的壽命。但是根據產品的壽命浴盆曲線和產品的失效模式，產品壽命需要考慮到不同浴盆曲線和各個種類的失效模式，如果有限的評估產品壽命需要對其各個失效模式和類型進行綜合評估，本文通過對電子產品的壽命分布曲線和失效模型特點，提出了綜合壽命評估是方法和具體實踐。
嘉賓簡介
李修鵬先生，在產品設計開發和可靠性工程領域有超過20年的經驗，先后就職與惠普、戴爾中國研發中心、飛利浦全球技術發展中心，先后擔任可靠性技術和管理職務，現任昕諾飛可靠性經理；美國質量協會認證可靠性工程師（ASQ CRE）；6Sigma黑帶；ISO9000 內部審核員；美國可靠性工程師學會（SRE）上海分會主席；對可靠性工程的各方面內容都有比較深入的了解和豐富的實踐經驗，特別是在企業可靠性流程建立、壽命數據分析、QFD、DFMEA、可靠性試驗設RDT，HALT/HASS等方面擁有豐富的實踐。
展開 汽車高壓線束的加速試驗設計與疲勞壽命評估
按上述加速試驗方案對汽車線束進行加速壽命試驗，分別為疲勞耐久試驗和高溫老化試驗。疲勞耐久試驗進行到產品發生失效或者達到試驗時間停止，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力水平下Arrhenius公式參數對正常應力水平下Arrhenius公式參數得到，如下式所示：
式中：AF—加速因子；
Tuse—正常使用環境條件下的溫度；
Tstress—加速條件下的環境溫度（單位為熱力學溫度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果，可得出進行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，可根據不同種類的汽車線束和不同的使用環境要求進行特定的加速壽命試驗，研究方法供汽車行業在進行線束可靠性量化評價方面提供一定的借鑒和指導作用。
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展開 Abaqus Anand UMTA 腳本，用于芯片焊點壽命評估 ￥10
傳統的壽命預測多依賴經驗曲線和統計公式，但在新材料體系、更復雜的器件結構以及多變工況下往往適用性不足。因此，行業逐漸轉向機理驅動的數值模擬：利用Abaqus平臺構建器件有限元模型，通過用戶子程序UMAT嵌入焊料真實的黏塑-蠕變本構行為，并結合ΔW（非彈性能量密度）、Δε（應變幅）等物理量作為壽命驅動參量，借助 Darveaux、Engelmaier或Coffin–Manson等壽命律建立“循環響應—失效壽命”的映射關系。這一方法不僅能揭示失效機理，還能在設計階段預測壽命分布，為結構優化與可靠性提升提供科學依據。
展開 零基礎如何通過仿真評估血管支架疲勞壽命 ￥19
醫療器械對產品的安全和穩定性要求非常嚴格，依據《YY/T 0663.2-2016血管支架》耐久性是一項最重要的需要嚴格評估的物理性能。但是通過測試驗證的周期非常耗時燒錢，疲勞測試需要累計振動3.8億次，一般至少也要耗時數月。如果在研發初期引入有限元方法對支架結構進行優化分析，可以減少不必要的疲勞測試大大降低研發投入縮短產品驗證的周期。另外在疲勞測試時也不可能對所有規格全部進行疲勞測試，依據《YY/T 0808-2010血管支架體外脈動耐久性標準測試方法》5.2和5.4要求，在規格選擇上需要充分說明選擇的依據，而有限元方法是一種非常高效的理論分析依據。
假如你只是一個普通的研發工程師而公司又沒有仿真工程師，你對材料力學、彈性力學、有限元等學科不甚了解，那么該如何完成上述工作呢？下面為你介紹整個血管支架的疲勞仿真流程，以及血管支架記憶合金的材料特性。
鎳鈦合金材料模型
用于評價疲勞壽命的Goodman曲線
stent.zip
1.軟件安裝
本項目使用ansys Workbench19.2完成，具體軟件包文件和安裝方法可以添加微信號Destiny_123D尋求獲得并免費安裝指導。
展開 汽車高壓線束的加速試驗設計與疲勞壽命評估
按上述加速試驗方案對汽車線束進行加速壽命試驗，分別為疲勞耐久試驗和高溫老化試驗。疲勞耐久試驗進行到產品發生失效或者達到試驗時間停止，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力水平下Arrhenius公式參數對正常應力水平下Arrhenius公式參數得到，如下式所示：
式中：AF—加速因子；
Tuse—正常使用環境條件下的溫度；
Tstress—加速條件下的環境溫度（單位為熱力學溫度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果，可得出進行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，可根據不同種類的汽車線束和不同的使用環境要求進行特定的加速壽命試驗，研究方法供汽車行業在進行線束可靠性量化評價方面提供一定的借鑒和指導作用。
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展開 汽車高壓線束的加速試驗設計與疲勞壽命評估
按上述加速試驗方案對汽車線束進行加速壽命試驗，分別為疲勞耐久試驗和高溫老化試驗。疲勞耐久試驗進行到產品發生失效或者達到試驗時間停止，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力水平下Arrhenius公式參數對正常應力水平下Arrhenius公式參數得到，如下式所示：
式中：AF—加速因子；
Tuse—正常使用環境條件下的溫度；
Tstress—加速條件下的環境溫度（單位為熱力學溫度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果，可得出進行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，可根據不同種類的汽車線束和不同的使用環境要求進行特定的加速壽命試驗，研究方法供汽車行業在進行線束可靠性量化評價方面提供一定的借鑒和指導作用。
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展開 汽車線束的加速試驗設計與疲勞壽命評估
高溫老化試驗在125 ℃試驗條件下進行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力水平下Arrhenius 公式參數對正常應力水平下Arrhenius 公式參數得到，如下式所示：
（ 4）
式中：
AF—加速因子；
Tuse—正常使用環境條件下的溫度；
Tstress—加速條件下的環境溫度（單位為熱力學溫度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果，可得出進行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，可根據不同種類的汽車線束和不同的使用環境要求進行特定的加速壽命試驗，研究方法供汽車行業在進行線束可靠性量化評價方面提供一定的借鑒和指導作用。
4 結 語
產品加速試驗設計的目的在于提供一個加速試驗方案，以滿足產品可靠性尤其是相關量化評價的要求。本文以汽車線束為研究對象，在明確汽車線束失效模式及失效機理的基礎上給出一個量化的加速試驗方案，來定量化的評估汽車線束的疲勞壽命及老化壽命，研究結果供汽車行業在評價汽車線束的可靠性量化特征方面提供一個一般性的研究思路。由于汽車線束實際工作環境的復雜性，失效存在多方面的影響因素，還需要對汽車線束在實際使用中發生的失效信息進行交叉校核來進一步量化汽車線束的可靠性壽命特征量。
展開 
CAE小記丨常用的機械疲勞壽命評估分析方法
但是機械系統的可靠性研究還很不成熟，況且用可靠性設計的方法也不能解決疲勞剩余壽命評估的問題。
G
概率斷裂力學
斷裂力學是基于確定性參數的估算方法。概率斷裂力學是將斷裂力學中裂紋尺寸、斷裂韌性、應力強度因子、裂紋擴展速率等參數作為隨機變量，進行可靠性分析。這樣就提高了斷裂力學工程分析方法的可靠性。但該種方法存在一定的缺陷：
一是其涉及到隨機變量和隨機數目前主要采用正態分布、三參數威布爾分布來產生，顯然不足以完全反映實際情況；
二是試驗數據不足。
故這種方法在實際應用中受到了一定的限制。
目前也有人利用模糊數學和統計模擬的方法對金屬結構的技術狀態進行綜合評價，并在此基礎上推算它的剩余壽命。這些方法是否可靠，不僅取決于數學方法，還取決于人的主觀因素。
H
金屬結構疲勞壽命評估理論基礎
試驗上側重于研究選擇適合于工程的金屬結構實際測量的方法，找到應用于實際的判斷依據，從而正確地評價其壽命。利用計算機的虛擬技術，提高對實測數據的處理，建立金屬結構件的專家系統，評定金屬結構的疲勞剩余壽命和其余的技術指標，進而研究金屬結構的設計、制造和技術改造等的人工智能系統。
展開 非金屬材料的高、低周壽命評估，受哪些因素影響？
另外在低頻率下，試樣溫度升高可通過熱傳遞與環境溫度達到熱平衡；而高頻率下，由于塑料的不良導熱性，致使內部溫度升高不能及時傳遞，熱能的積累促進了熱老化的進程和熱降解，必然降低循環次數。
加載頻率對高周疲勞壽命的影響
加載頻率與高周疲勞壽命的結果見表3。
表3 試驗條件
由表3可知，高周疲勞下試樣溫升與頻率的關系，材料循環次數與試樣溫升的關系，材料循環次數與頻率的關系與低周疲勞的規律是一致的。但是頻率對高周疲勞的疲勞壽命的影響要明顯高于低周疲勞。高周疲勞的疲勞壽命隨頻率的增加降低很明顯，數據間偏離的很嚴重。這是由于高周疲勞的應力低，低頻率下，循環速率慢，試樣溫度升高有足夠的時間通過熱傳遞與環境溫度來達到熱平衡，這也是為什么高周疲勞下試樣的溫升沒低周疲勞試樣的溫升那么明顯的原因。另外，低周頻率熱疲勞產生的熱量有時間傳遞，有時這部分熱量可以用來修補高分子的微結構損傷，使材料結構更縝密，反而提高材料的疲勞性能。
低周疲勞和高周疲勞的對比
由表2和表3可知，頻率對低周疲勞的影響要明顯高于對高周疲勞的影響，頻率的差異對低周疲勞的疲勞壽命影響還保留在一個數量級上，而對于高周疲勞的疲勞壽命的影響已經不是在一個數量級上的了。
展開 干貨 | ANSYS Ncode焊縫疲勞壽命評估方法簡介
若采用網格點力方法，依據網格點力數據去推導焊趾和焊根單元邊中間點的平均膜應力和彎曲應力，進而可以計算焊趾和焊根上下表面的法向應力，用于做法向方向的疲勞壽命評估。當需要對焊喉部位進行壽命評估計算時，Ncode將基于焊縫單元的兩個焊縫邊計算應力值，然后平均到中心位置。網格力方法要求采用線性單元。
7. Ncode焊縫疲勞壽命評估算法評估了彎曲應力對總應力的貢獻度，根據占比大小取確定，焊縫為剛性或柔性，不同的彎曲力占比，需要采用不同的S-N材料曲線，軟件會根據彎曲應力比重S-N曲線進行自動插值處理。
ANSYS Ncode Designlife焊縫疲勞仿真流程
展開 多軸隨機載荷下支撐構件疲勞壽命評估
借助隨機振動疲勞仿真分析技術，在產品設計階段就可預測產品壽命，并根據壽命分布云圖直觀判斷疲勞壽命大小及薄弱位置，快速判斷設計方案的優劣，避免反復多次的試驗，縮短產品開發周期。本文將以某支撐構件受隨機振動載荷作用下疲勞壽命評估為例，介紹多軸隨機振動載荷下疲勞分析方法和流程。
2022年5月24日-26日，安世亞太大咖慧推出電子行業疲勞壽命專題線上培訓，專題講座包含：隨機振動載荷下支撐構件疲勞壽命評估、PCB電路板中的焊點可靠性分析、PCB電路板疲勞壽命分析內容，不容錯過。
報名方式
分析流程
利用ANSYS Mechanical計算出各方向激勵下應力頻響函數，然后將應力頻響函數和載荷的PSD曲線導入ANSYS Ncode軟件，定義材料的SN疲勞性能曲線，應用其振動疲勞分析求解器計算出結構應力響應的PSD，進而完成應力循環計數并計算損傷值。整個流程可以在ANSYS Workbench平臺中完成，其流程圖如下：
圖片圖1多軸隨機振動疲勞分析流程圖
頻響分析
頻響分析分析時通常施加某方向的單位加速度激勵，得到單位載荷激勵下模型各階頻率上的應力分布。在計算應力頻響函數時，所分析的頻率范圍要覆蓋PSD曲線的頻率范圍，一般取載荷PSD最大頻率范圍的1.5倍。載荷單位一定要與PSD曲線統一。對于多軸激勵，則進行多方向的頻響分析，得到模型各方向的傳遞函數。
圖2 支架三個方向諧響應分析
圖3 應力響應曲線
多軸隨機振動載荷譜輸入
隨機振動載荷常用PSD功率譜密度來表達，針對不同的振動環境可以參考相應的標準查取。
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