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面向型号任务的电连接器贮存寿命加速评估方法研究

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  • 【题名】:面向型号任务的电连接器贮存寿命加速评估方法研究
  • 【年份】:2019
  • 【作者】:钟立强
  • 【关键词】:电连接器  可靠性  加速退化试验  贮存环境
  • 【摘要】:电连接器是用于传递电力、电信号的重要接口元件,也是型号装备系统中的薄弱环节之一,准确评估其可靠性对型号装备的定寿延寿工作有重要意义。目前电连接器的贮存寿命的评估只考虑了库存环境,而忽略了型号任务剖面中维修、测试、运输、训练及战备值班等任务对电连接器贮存寿命的影响,导致评估结果不够准确。为了使得试验更加贴近实际贮存环境,本文考虑了任务剖面中插拔等因素的影响,建立了基于失效机理的电连接器接触性能退化模型,提出了基于连续应力与离散应力综合的加速退化试验设计方法,并以Y11P型电连接器为研究对象开展了加速退化试验,完成了电连接器在考虑任务剖面时的贮存寿命评估。第一章介绍了可靠性工程发展历史和加速寿命试验的发展概况,对现有的性能退化建模方法、加速退化试验设计方法以及电连接器可靠性方面的研究现状进行总结,阐述了目前加速退化试验方法及电连接器可靠性评估研究方面的不足,明确了本课题研究目标及研究内容。第二章为了探究贮存过程的导致电连接器性能退化的微观机制,对贮存环境条件下的应力剖面及电连接器的失效模式、原因及机理进行分析,结果表明:贮存环境中温度和插拔对电连接器性能退化影响显著;接触失效是主要的失效模式,失效机理归结为接触件基体材料的氧化腐蚀,温度应力条件下氧化腐蚀物增长规律为立方规律,而温度-插拔应力条件下为分段递增的曲线规律。第三章基于接触件表面氧化腐蚀物与接触斑点的位置关系,建立了氧化腐蚀物的几何概率模型,采用泛函中心极限定理分别推导出电连接器在温度应力、温度-插拔应力条件下接触性能退化统计数学模型,该模型为非线性Wiener过程,并且在考虑插拔时表现为含变点的非线性Wiener过程;通过利用几何圆等效替代氧化腐蚀物和接触斑点的方法,建立了计算机模拟模型,用于模拟接触电阻变化规律,模拟结果与试验结果具有非常相似的特点。第四章以阿伦尼斯方程作为失效物理方程,给出了加速应力的归一化方法,并建立了利用加速系数折算离散应力时间间隔的等效转换准则,实现了不同温度应力水平下的插拔时间间隔等效转换;提出了连续应力与等间隔离散应力综合时的加速退化试验设计方法,设计了分组序贯试验方案,建立了分别以P阶分位寿命渐近方差最小、Fisher信息量最大为设计准则的两目标分步优化方法;给定费用约束的条件下得到了最优试验方案,并通过将两组试验应力水平值相互错开的方式设计了折衷试验方案,分别与传统试验方案进行比较,结果表明最优试验方案估计精度好而稳健性差,折衷试验方案稳健性得以提高但估计精度有所降低。第五章利用极大似然估计和最小二乘估计,建立了先估计退化模型参数后估计失效物理方程参数的两步估计方法,并建立了添加数据的最小二乘估计方法用于估计温度-插拔应力条件下的失效物理方程参数,该方法能有效提高估计的稳健性;开展试验并对试验数据进行了统计分析,分别完成了正常的温度应力和温度-插拔应力条件下的寿命评估,对两组试验的评估结果进行比较,分析结果表明,插拔导致电连接器贮存寿命显著减少,并且贮存时间越长,则插拔对电连接器的贮存寿命影响越显著。第六章为了验证了所建模型和试验评价结果的正确性,设计了考虑温度和插拔两种应力的验证试验,分别采用箱线图、残差分析、方差分析对试验数据进行处理,建立了随机过程模型间接验证方法,结果表明数据的递增和扩散的特点与模型非常一致,数据的增量满足Wiener过程的独立增量的性质,验证了所建模型的有效性;采用接触件表面微观分析方法,对接触件的表面微观形貌及元素进行分析,结果表明插拔导致接触表面损伤,接触件表面未生成厚度均匀的氧化膜,而是以氧化腐蚀堆积物的方式附着于表面,验证了失效机理分析的合理性。第七章总结提炼了研究的结论、创新点,以及论文不足之处与进一步的研究展望。
  • 【会议名称】:博士
  • 【类别名称】:陈文华
  • 【载体】:浙江理工大学
  • 【会议地点】:2019
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