溫度試驗(yàn)失效機(jī)理及壽命計(jì)算的研究

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1、溫度試驗(yàn)的失效機(jī)理與壽命試驗(yàn)高低溫試驗(yàn)高低溫試驗(yàn)主要驗(yàn)證產(chǎn)品在極值溫度條件下是否發(fā)生變形或功能影響，是否可以正常運(yùn)作。1高低溫試驗(yàn)的失效模式l高溫條件下試件的失效模式產(chǎn)品所使用零件、材料在高溫時(shí)可能發(fā)生軟化、效能降低、特性改變、潛在破壞、氧化等現(xiàn)象。高溫環(huán)境對(duì)產(chǎn)品的主要影響有：a.填充物和密封條軟化或融化；b.潤(rùn)滑劑粘度降低，揮發(fā)加快，潤(rùn)滑作用減??；c.電子電路穩(wěn)定性下降，絕緣損壞；d.加速高分子材料和絕緣材料老化，包括氧化、開裂、化學(xué)反應(yīng)等；e.材料膨脹造成機(jī)械應(yīng)力增大或磨損增大。l低溫條件下試件的失效模式產(chǎn)品所使用零件、材料在低溫時(shí)可能發(fā)生

2、龜裂、脆化、可動(dòng)部卡死、特性改變等現(xiàn)象。低溫環(huán)境對(duì)產(chǎn)品的主要影響有：a.使材料發(fā)硬變脆；b.潤(rùn)滑劑粘度增加，流動(dòng)能力降低，潤(rùn)滑作用減??；c.電子元器件性能發(fā)生變化；d.水冷凝結(jié)冰；e.密封件失效；f.材料收縮造成機(jī)械結(jié)構(gòu)變化。l產(chǎn)品的失效模式試驗(yàn)方法模擬的實(shí)際使用情況失效機(jī)理產(chǎn)品可能失效模式高溫存放（不帶載）夏季高溫環(huán)境，其他部件工作所產(chǎn)生的高溫環(huán)境。由于較高的氣溫或其他鄰近部件工作所產(chǎn)生的高溫使產(chǎn)品表面發(fā)生變形，熔化，位移，裝配位置改變，腐蝕速度加快等ZSK澆注環(huán)氧樹脂流動(dòng)高溫工作（帶載）（包括TEE，EKP熱油試驗(yàn)，熱啟動(dòng)等）由于自身工作發(fā)

3、熱所產(chǎn)生的高溫環(huán)境由于較高的環(huán)境溫度加上自身工作發(fā)熱使產(chǎn)品長(zhǎng)期工作后在局部產(chǎn)生極端高溫，使產(chǎn)品由內(nèi)部開始發(fā)生的變形，熔化，位移，裝配位置改變，腐蝕速度加快等，介質(zhì)高溫狀態(tài)變化影響性能EKP長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)后燒蝕ZSK長(zhǎng)期工作后局部短路EKP在熱油中流量下降EKP在熱油中啟動(dòng)時(shí)間增加低溫存放冬季低溫環(huán)境由于低溫使產(chǎn)品材料變脆，使產(chǎn)品表面發(fā)生開裂，韌性下降等低溫工作（帶載）（包括TEE，EKP冷啟動(dòng)等）冬季低溫環(huán)境KSZ低溫泄漏5由于低溫使產(chǎn)品材料變脆，零件工作時(shí)內(nèi)部發(fā)熱膨脹，使產(chǎn)品表面發(fā)生開裂，密封圈失效等2高低溫試驗(yàn)的試驗(yàn)參數(shù)確定l試驗(yàn)溫度的確定試件在

4、實(shí)際使用過程中的環(huán)境溫度最大值定為試驗(yàn)的高溫溫度，實(shí)際使用過程中的最小值定為試驗(yàn)的低溫溫度。l從常溫到試驗(yàn)溫度變化速率的確定在恒定高溫或低溫試驗(yàn)中溫度由室溫變化到試驗(yàn)指定溫度時(shí)，溫度變化速率應(yīng)不超過1℃/min，這樣可以保證試件不受到由于溫度快速變化而產(chǎn)生的影響。l試驗(yàn)持續(xù)的時(shí)間的確定在化學(xué)中一條常用的規(guī)律是在高溫下反應(yīng)的速度要快一些。這一規(guī)律被應(yīng)用到技術(shù)中，以便進(jìn)行加速試驗(yàn)，這也被稱為阿侖尼斯方程。阿侖尼斯關(guān)系從數(shù)學(xué)上的表示為：式中數(shù)值：AF=加速度系數(shù)Ea=激活能K=玻爾茲曼常數(shù)(8.65×10-5ev/K)T實(shí)際=在實(shí)際負(fù)荷下的溫度(絕對(duì)

5、溫度)T試驗(yàn)室=在試驗(yàn)室負(fù)荷下的溫度(絕對(duì)溫度)為確定加速度系數(shù)激活能必須是已知的，對(duì)于一般的電子元件經(jīng)常采用的值是：Ea=0.44Ev產(chǎn)品低溫或高溫試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間應(yīng)該在試驗(yàn)樣品達(dá)到溫度穩(wěn)定后再開始計(jì)算。t=t穩(wěn)定+toto由上述計(jì)算產(chǎn)生，一般情況下，汽車零部件產(chǎn)品的溫度試驗(yàn)繼續(xù)時(shí)間都是依據(jù)汽車的使用壽命計(jì)算確定的。如規(guī)定汽車的使用壽命為100000公里，實(shí)際工作時(shí)間為2500h。這樣就可以根據(jù)阿侖尼斯方程來確定高溫下的加速試驗(yàn)所需的時(shí)間。這樣的壽命加速試驗(yàn)適用于由于溫度造成產(chǎn)品腐蝕或影響化學(xué)反應(yīng)速度造成產(chǎn)品失效的情況。計(jì)算實(shí)例：油泵支架總成高

6、溫浸泡試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間計(jì)算：按上述公式取T實(shí)際=20T試驗(yàn)室=70計(jì)算可得AF=12.5626如果設(shè)計(jì)壽命為2500小時(shí)，則在70℃條件下進(jìn)行199小時(shí)（2500／12.5626）試驗(yàn)可以模擬實(shí)際10年的使用壽命。5即進(jìn)行220次溫度沖擊試驗(yàn)可以模擬實(shí)際10年的使用壽命。t穩(wěn)定試驗(yàn)樣品在某一環(huán)境溫度下達(dá)到溫度穩(wěn)定所需要的時(shí)間用以下方法確定：試驗(yàn)樣品在某一環(huán)境溫度中的溫度變化大致符合指數(shù)規(guī)律，試件樣品的溫度變化值其中：ΔTW－試件達(dá)到穩(wěn)定溫度時(shí)的溫度變化值，單位℃t－試驗(yàn)時(shí)間，單位s試驗(yàn)樣品在某一環(huán)境溫度下達(dá)到溫度穩(wěn)定的時(shí)間約為熱時(shí)間常數(shù)τ的3～5倍

7、，一般取4倍。t穩(wěn)定=4τ如果ΔTW為試件達(dá)到穩(wěn)定溫度時(shí)的溫度變化值，時(shí)間與試件樣品的溫度變化值的關(guān)系如下表：時(shí)間τ2τ3τ4τ5τ試件溫度變化值0.632ΔTW0.865ΔTW0.950ΔTW0.982ΔTW0.993ΔTW熱時(shí)間常數(shù)其中：G－質(zhì)量，單位gC－比熱，單位J/(g·℃)S－散熱面積，單位cm2λ—散熱系數(shù)，單位W/(cm2·℃)對(duì)于形狀比較復(fù)雜由多種材料組成的試件的散熱系數(shù)通過計(jì)算較難確定，一般情況下通過試驗(yàn)來取得。溫度變化試驗(yàn)溫度變化試驗(yàn)主要測(cè)試產(chǎn)品反復(fù)承受溫度極值的耐受力。1溫度變化試驗(yàn)的失效模式l溫度變化對(duì)試件的影響溫度變

8、化試驗(yàn)主要用于評(píng)定一次或連續(xù)多次溫度變化對(duì)試驗(yàn)樣品的影響。在儲(chǔ)存、運(yùn)輸或不工作狀態(tài)，外界環(huán)境溫度變化對(duì)內(nèi)部元件的影響較外部元件小，內(nèi)部元件所受到的溫度