第八章 可靠性试验

t ——失效时间随机变量。
根据上式，则测试时间 ti(i1,2,3) 可按下式得出：
ti
1 ln
1 F(ti )
上式中 F (ti ) 可按等间隔取值，例如2%，4%，6%，…。
对于预计累积失效概率较低时就停止的试验， F (ti ) 的间隔可
取密些，反之则取疏些。实际安排测试时间时，对平均寿命θ
二、环境试验
• 环境试验是指额定的负载条件下，考虑各种环境条件：温 度、湿度、振动、冲击、含沙量、电磁、辐射、腐蚀介质 等对产品可靠性的影响，然后确定产品可靠性指标的一种 试验方法。
比如：汽车在热带，寒带，雪地，高原，沙漠，含尘量大、 腐蚀介质、多雨潮湿等地区的试验，都属于环境试验。环 境条件也可是人造的，如在试验场增设盐水池等进行汽车 及其零件的耐腐蚀试验等。 例如：无人驾驶汽车高速公 路试验
【例8-1】已知某组样品寿命服从指数分布，估计它的平均寿命 约为3000h，希望1000h左右的试验中，能观测到r=10个失效， 试问应投试多少样本。
• 解：由指数分布失效概率计算式，令t=1000h，θ=3000h，得
F (t) 1 e x p t 1 e x p 1 3 0 0 0 0 0 0 0 .2 8 3 5
二、寿命试验分类
1条件下进行非工作状态的存放试验。 工作寿命试验
产品在规定的条件下作有负荷的工作试验。 加速寿命试验
加速寿命试验就是在既不改变产品的失效机理又不增加新 的失效因素的前提下，提高试验应力，加速产品失效因素的作 用，加速产品的失效过程，促使产品在短期内大量失效。根据 试验结果，可以预测正常应力的产品寿命。
• 按照试验性质，可靠性试验可分为寿命试验、环境试验和现 场使用试验等。
一、寿命试验
• 寿命试验是可靠性试验的主要内容。一般来说，可靠性试 验往往是指寿命试验，它是评价、分析产品寿命特征的试 验，一般是在实验室里模拟实际使用工况进行试验。虽然 具有一定的近似性，但试验条件稳定，容易获得良好的试 验结果，可以获得产品的寿命特征、失效规律，计算出产 品的平均寿命和失效率等可靠性指标，用来作为可靠性设 计、可靠性预测、改进产品质量的依据。因此，它是可靠 性设计的基础工作。例如：手机翻盖寿命试验
b.定数截尾试验 指试验进行到规定的失效数r时停止，r<n。即r和n是常数
，而失效时间t0是随机变量。 截尾寿命试验按照试验中是否替换失效样本又可分为有替
换和无替换试验两种情况。
综上所述，按照试验截尾方式、有无替换，可以把截尾寿 命试验分为以下四种类型。
无替换定时截尾试验，记作[n，无，t0]； 有替换定时截尾试验，记作[n，有，t0]； 无替换定数截尾试验，记作[n，无，r]； 有替换定数截尾试验，记作[n，有，r]；
三、现场使用试验
• 现场使用试验是指在使用现场对产品工作可靠性进行 的测量、试验。试验条件就是实际产品的使用条件， 它最符合实际。一般试验中要填写设备履历表，包括 使用环境条件、使用工作时间、维修保养记录、发生 故障记录与故障原因分析等。然后通过统计分析，就 可以得到产品的失效率、平均寿命与有效度等可靠性 指标，同时找出失效原因，采取改进措施，提高产品 的可靠性。 例：水稻收割机现场试验
2）获得产品的各项可靠性指标 通过寿命试验可以求得产品的失效率、失效密度、失效
概率、可靠度、平均寿命、寿命方差等指标，用来评价产品 的质量。
3）研究产品失效机理
通过寿命试验可以找到产品失效的原因，并在此基础上 建立产品失效的物理或数学模型，弄清楚其失效机理，并能 用模型进行可靠性研究和理论预测工作。
§8-1 概述
• 为分析、验证与定量评价产品的可靠性指标而进行的各 种试验统称可靠性试验。
• 通过可靠性试验，进行统计处理试验结果，可以获得产 品在各种环境下工作时真实的可靠性指标，如可靠度 R(t)，失效概率F(t)，平均寿命，失效率等，为使用、 生产、设计提供可靠性数据。
• 同时，还可以揭示产品在材料选择、制造工艺，设计等方面 存在的问题，通过对受试产品的失效分析，找出薄弱环节和 原因，采取相应的措施，达到提高产品可靠性的目的。所以 ，可靠性试验是研究产品可靠性的一个基本环节，也是机械 产品可靠性预测的基础。
2.按寿命试验的进行方式分类
完全寿命试验 是指试验进行到投试样本全部失效为止。一般机械零件的
常规疲劳试验就是这种试验。需要花费较长的试验时间。 截尾试验
又叫不完全寿命试验，指试验达到规定的失效数或达到规 定的试验时间就停止的试验。可分为两种： a.定时截尾试验
指试验进行到规定时间t0时停止，即投放样本数n及试验时 间t0是定值，而产品失效数r是随机变量。在规定的时间t0内要 保证产品失效数r小于规定值。
三、寿命试验设计
可靠性寿命试验应根据被试验产品的性质和试验目的 来设计试验方案。但无论试验是否加速，有无替换，定数 还是定时截尾，一般均应包括下列基本内容：
1）明确试验对象 2）确定试验条件 3）拟定失效标准 4）选定测试周期 当产品寿命为指数分布时，累计失效分布函数为：
F(t)1et/
式中 θ——平均寿命；
及其分布往往不了解，开始可将θ估计得略小些，以便使开始
的测试点前移，然后可根据实际情况适当调整。
5）确定投试样本数
投试样本数n可按秩的估计法由下式算出： 当n>20时，n值由下式估算
n r F (t)
当n≤20时，n值由下式估算
n r 1 F (t)
式中 r ——结束试验时的失效个数； F (t ) ——结束试验时的失效概率。
§8-2 寿命试验设计
一、寿命试验目的
寿命试验用来评价分析产品的寿命特征。它是可靠性 试验的一个重要项目，概括起来寿命试验的目的有三点。
1）弄清产品的寿命分布(失效时间概率分布） 通过寿命试验找出产品的寿命分布，这对设计和应用
都有重要意义。如轴承的寿命符合威布尔分布；单一电子 元件的寿命一般符合对数正态分布和威布尔分布；合金钢 的高温持久寿命则符合对数正态分布；由大量电子元件组 成的系统则符合指数分布等。