一种基于失效反应速率的多应力故障机理模型构建方法技术

本发明专利技术提供了一种基于失效反应速率的多应力故障机理模型构建方法，涉及产品可靠性评估技术领域。该方法包括：步骤1：确定产品应力类型。步骤2：建立基于失效反应速率的多应力故障机理模型。步骤3：基于产品应力对故障机理模型进行转换简化。步骤4：将产品应力代入模型，得到该产品的故障机理模型。本发明专利技术方法解决了考虑应力耦合关系的多应力故障机理模型建模难的问题，参照此模型构建方法可以用于构建两应力及以上应力类型的故障机理模型，弥补了现有多应力故障机理模型的空白。本发明专利技术用应力对失效反应速率影响的思路来构建故障机理模型，模型构建方法更具备通用性，可用于不同产品、不同应力组合的故障机理构建。不同应力组合的故障机理构建。不同应力组合的故障机理构建。

【技术实现步骤摘要】
一种基于失效反应速率的多应力故障机理模型构建方法


[0001]本专利技术提供了一种基于失效反应速率的多应力故障机理模型构建方法，涉及产品可靠性评估
，特别是涉及一种产品在综合应力作用下故障机理模型构建。

技术介绍

[0002]故障物理又称失效物理，是可靠性工程的一个重要领域和分支。故障物理方法与传统基于概率统计的可靠性研究方法不同，它以产品故障为核心，关注故障机理或故障的根本原因。故障物理方法是从本质上研究产品的可靠性因素，将可靠性研究由之前的对故障数据进行处理与研究发展为如今对故障过程与成因进行描述的科学，其分析过程中的定量分析和描述为产品研制和生产提供了更为科学的依据。用来描述产品故障影响因素及其关系的数学模型称为故障机理模型，其在可靠性工程中也越来越受到重视。
[0003]目前多数研究是基于单应力或两应力的故障机理模型，由于多应力间相互耦合关系复杂，鲜有三应力及以上多应力耦合机理模型的构建。从微观物理角度分析，产品的退化或失效是由在各种应力作用下产生的物理、化学反应所导致的结构及原子、分子变化，如电、热、机械等诸应力引起的材料内部发生化学反应、电化学反应、组分变化、晶体结构变化及结合力变化等。当有害反应或变化持续到一定程度时，失效随之发生。基于反应速率论的常见模型有阿伦尼斯模型和艾林模型。
[0004]现有技术存在的缺陷与问题：
[0005](1)最常用的阿伦尼斯模型只考虑单一温度应力的影响，没有考虑应力间的相互耦合影响，造成结果不准确；
[0006](2)艾林模型考虑包括温度在内的两种应力的影响。针对具体产品，可以根据其受到敏感应力的数量来选择不同的模型，在敏感应力数量大于两个时，目前已有模型就无能为力了；
[0007](3)现在很少有具备通用参考性的能支持三种及以上应力的故障机理模型。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种基于失效反应速率的多应力故障机理模型构建方法，突破目前故障机理模型应力数量的限制，解决考虑应力耦合关系的多应力故障机理模型建模难的问题，参照此方法可以构建两应力及以上应力类型的故障机理模型，弥补现有多应力故障机理模型的空白。
[0009]本专利技术提供了一种基于失效反应速率的多应力故障机理模型构建方法，它将产品失效过程构建为多种退化型失效的竞争，通过模型体现不同应力对失效反应速率的影响，是一种具备通用特性的多应力故障机理模型构建方法，解决了多种应力故障机理模型建模难的问题。
[0010]相较于传统的故障机理模型，本专利技术主要包括以下两个创新点：
[0011](1)提出了以一种基于失效反应速率的多应力故障机理模型构建方法。该模型构
建方法可以有效地阐述不同应力及应力组合对失效速率的影响，从而体现应力之间的耦合关系，解决了考虑应力耦合关系的多应力故障机理模型建模难的问题；
[0012](2)用应力对失效反应速率影响的思路来构建故障机理模型，模型构建方法更具备通用性，可用于不同产品、不同应力组合的故障机理构建。
[0013]本专利技术一种基于失效反应速率的多应力故障机理模型构建方法，步骤如下：
[0014]步骤1：确定产品应力类型。根据产品的应用条件确定所受到的各种应力，包括但不限于温度、湿度、振动、电应力等。进行故障机理分析的应力一般是指和产品故障相关的应力，并不是所有的应力都算。和产品故障相关的应力如何确认可以通过标准、统计或者经验获取，已在工程成熟应用，本专利技术不再详细描述。
[0015]步骤2：建立基于失效反应速率的多应力故障机理模型。
[0016]产品失效是其内在的各种单一失效机理与外部环境及工作应力相互综合作用的复杂过程，各种单一失效机理的反应速率和发展存在着竞争关系。从失效物理的角度来看，它主要体现在多种退化型失效机理的竞争。从数学模型的角度来看，它是指一种失效机制使得器件某一关键参数D增大，另一种失效机制使得器件关键参数减小或增大。此种情况下，器件关键参数D的退化模型可表示为：
[0017][0018]式中：
[0019]D：器件关键参数；
[0020]D0：器件关键参数的初始值；
[0021]t：时间
[0022]A0、B0、m1、m2：均为待定系数。
[0023]从上述模型构建方法中得到启发，假定每增加一种应力其对失效的反应速率是有影响的，且增加的反应速率为原反应速度的倍，那么可以得到下式：
[0024][0025]式中：
[0026]v：失效的反应速率；
[0027]v0：产品受单应力S0条件下失效的反应速率。
[0028]N
S
：产品受到应力的数量，N
S
大于等于2；
[0029]S
n
：除S0应力外其它第n个应力的值；
[0030]a
n
、m
n
：均为待定系数，其中n分别取1,2,3,...,N
s
‑1[0031]假定关键参数D的失效为产品关键失效模式，其达到D
max
时产品失效，产品寿命ξ与D
max
有下式关系：
[0032]D
max
‑
D0＝ξv
ꢀꢀꢀ
(3)
[0033]由公式(2)和(3)可得：
[0034][0035][0036]由公式(5)两边取对数，可得：
[0037][0038]式中：
[0039]ξ：产品的寿命；
[0040]ξ0：产品受单应力S0条件下的寿命；
[0041]步骤3：基于产品应力对故障机理模型进行转换简化。
[0042]由于温度应力最为普遍，且相应机理模型比较成熟，一般可用温度应力当作S0，此时ξ0就是产品只受温度应力下的寿命。根据阿伦尼斯模型，公式(5)可转换为：
[0043][0044]式中，a0为待定系数，E
a
为激活能，R为摩尔气体常量，T为温度值，其余参数定义同前。
[0045]步骤4：将产品应力代入模型，得到该产品的故障机理模型。
[0046]将产品受到的实际应力带入故障机理模型，最终得到可以应用的模型。本模型中的待定系数对于不同的失效机理、不同的应力组合具有不同的值，需要模型构建结后通过设计试验对进行求解和验证。
[0047]本专利技术的效果：
[0048](1)提出了以一种基于失效反应速率的多应力故障机理模型构建方法。该模型构建方法可以有效地阐述不同应力及应力组合对失效速率的影响，从而体现应力之间的耦合关系，解决了考虑应力耦合关系的多应力故障机理模型建模难的问题，参照此模型构建方法可以用于构建两应力及以上应力类型的故障机理模型，弥补了现有多应力故障机理模型的空白。
[0049](2)用应力对失效反应速率影响的思路来构建故障机理模型，模型构建方法更具备通用性，可用于不同产品、不同应力组合的故障机理构建。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于失效反应速率的多应力故障机理模型构建方法，其特征在于：该步骤如下：步骤1：确定产品应力类型；步骤2：建立基于失效反应速率的多应力故障机理模型；产品失效从数学模型的角度来看，是一种失效机制使得器件某一关键参数D增大，另一种失效机制使得器件关键参数减小或增大；此种情况下，器件关键参数D的退化模型可表示为：式中：D：器件关键参数；D0：器件关键参数的初始值；t：时间A0、B0、m1、m2：均为待定系数；假定每增加一种应力其对失效的反应速率是有影响的，且增加的反应速率为原反应速度的倍，那么可以得到下式：式中：v：失效的反应速率；v0：产品受单应力S0条件下失效的反应速率；N
S
：产品受到应力的数量，N
S
大于等于2；S
n
：除S0应力外其它第n个应力的值；a
n
、m
n
：均为待定系数，其中n分别取1,2,3,...,N
s

【专利技术属性】
技术研发人员：张永宽，
申请(专利权)人：北京华安中泰检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：