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1.6 寿命试验 |
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寿命试验的目的，一是发现产品中可能过早发生耗损的零部件，以确定影响产品寿命的根本原因和可能采取的纠正措施；二是验证产品在规定条件下的使用寿命、储存寿命是否达到规定的要求。
（1）型号研制合同中的有关规定。
（2）GJB 450A《装备可靠性工作通用要求》。
本节提出的方法适用于具有耗损特性的机械类产品等的使用寿命和储存寿命的试验与评估。有关大型装备结构（如飞机结构）的寿命试验与评估方法请见相关手册。寿命试验与评估工作适用于产品设计定型阶段、试用阶段和使用阶段。
产品的耐久性是指产品在规定的使用、储存与维修条件下，达到极限状态之前完成规定功能的能力，一般用寿命参数度量。极限状态是指由于耗损（如疲劳、磨损、腐蚀、变质等）使产品从技术上或从经济上考虑，都不宜再继续使用而必须大修或报废的状态。
产品主要的寿命参数如下。
（1）首次大修期限：在规定条件下，产品从开始使用到首次大修的寿命单位数，也称首次翻修期限。
（2）使用寿命：产品使用到无论是从技术上考虑还是从经济上考虑都不宜再使用而必须大修或报废时的寿命单位数。
（3）大修间隔期限：在规定条件下，产品两次相继大修间的寿命单位数，也称翻修间隔期。
（4）总寿命：在规定条件下，产品从开始使用到报废的寿命单位数。
（5）储存寿命：产品在规定的储存条件下能够满足规定要求的储存期限。
（6）可靠寿命：给定的可靠度所对应的寿命单位数。
对于不同的武器装备系统，根据上述参数可以派生出不同的寿命参数，应参照相关标准给以定义。
寿命试验是为了验证产品在规定条件下，处于工作（使用）状态或储存状态时，其寿命到底有多长，即要了解产品在一定应力条件下的寿命。根据工作状态、储存状态，产品寿命试验分为使用寿命试验、储存寿命试验。
除模拟正常使用状态或储存状态进行寿命试验外，对高可靠性产品而言，寿命试验时间很长。为了缩短试验时间，在不改变故障模式和故障机理的条件下，用大应力的方法进行寿命试验，这一试验称为加速寿命试验。按照增加应力的方式，加速寿命试验可以分为恒定应力加速寿命试验、步进应力加速寿命试验、序进应力加速寿命试验3种。
使用寿命试验就是在一定环境条件下加负荷，模拟使用状态的试验。其目的是验证产品首次大修期限或使用寿命指标。
一般采用工程经验法。
（1）试验条件：它是产品的环境条件、工作条件和维护条件的总称。进行设备寿命试验时，应尽可能模拟实际的使用条件。
（2）试验时间：对于航空装备的机载产品，一般取产品首次大修期限的1～1.5倍的时间作为试验时间；对于其他武器装备的产品，可根据其使用特点确定试验时间。
（3）受试产品的选择：对于新研制的产品，应选取具备定型条件的合格产品作为受试产品；对于已定型或现场使用的产品，应选取在现场使用了一定时间的产品作为受试产品。
（4）受试产品数量：一般不应少于两台（套）。
1.关联故障
对于可修复的产品，凡发生在耗损期内的并导致产品翻修的耗损性故障为关联故障。
对于不可修复的产品，发生在耗损期内的并导致产品翻修的耗损性故障和偶然故障均为关联故障。
2.数据处理
（1）如果受试产品寿命试验到T截止时，全部产品均未发生关联故障，则应按如下公式评估产品的首次大修期限或使用寿命T 0 。
式中，T为每台受试产品的试验时间；K为经验修正系数。
（2）如果受试产品寿命试验到t 0 截止时，有r个关联故障发生，则应按如下公式评估产品的首次大修期限或使用寿命T 0r 。
式中，t i 为第i个受试产品发生关联故障的时间；n为受试产品数量；r为发生的关联故障数；K 0 为经验修正系数。
（3）如果受试产品寿命试验到t n 截止时，全部受试产品先后发生关联故障，则应按如下公式评估产品的首次大修期限或使用寿命T 0n 。
式中，K 1 为经验修正系数。
当产品同时具备以下条件时，可以应用寿命与可靠性综合验证试验方法（简称综合验证试验法），通过一次试验给出产品的寿命值和可靠性验证值。
（1）该产品既有可靠性指标要求，又有寿命指标要求，且有关合同规定该产品要进行可靠性鉴定试验和寿命试验。
（2）经分析判定，所施加的试验条件（剖面）能够同时对产品的寿命和可靠性进行验证考核。
（3）经权衡分析判定，对该产品进行寿命与可靠性综合验证试验，比分别进行可靠性验证试验和寿命试验更为经济、有效。
用综合验证试验法对产品寿命指标的验证评估通常采用以下两种方法：一是工程经验法，该方法是目前国内航空产品用得最多的一种定延寿方法。这种方法通常采用定时截尾试验。二是分析法（定时截尾试验），在产品故障分布服从正态分布的假设前提下，可应用分析法。分析法给出的寿命评估结果较工程经验法精确，但所需的受试产品样本量较大（不少于5台），且要求70%的受试产品在试验截止时间前已发生耗损故障，故试验时间也较长。
综合验证试验法的试验条件（剖面）应符合以下要求。
（1）为了使试验结果能够真实地反映产品在现场使用的情况，其试验条件（剖面）应能模拟产品的主要使用环境，包括工作应力、环境应力及维护使用条件等。若通过分析能证明产品的寿命长短与可靠性高低主要取决于使用环境中的部分环境应力与工作应力，而与其他环境应力与工作应力不相关或关系不大，则试验条件（剖面）中应只保留对产品的寿命与可靠性影响较大的那些环境应力和工作应力。
（2）试验条件（剖面）应根据产品的寿命剖面（含任务剖面）来确定。
（3）优先选用产品在实际使用中的实测应力数据来制定试验条件（剖面）。若无实测应力，则可使用根据处于相似位置、具有相似用途的产品在执行相似任务剖面时测得的数据，经过分析处理后确定的应力。若实测应力和相似产品的实测数据均无法得到，则可以应用GJB 899《可靠性鉴定与验收试验》附录B中的数据、公式和方法导出相应的振动、温度、湿度等环境应力。
寿命与可靠性综合验证试验一般采用定时截尾试验，试验时间取决于受试产品的寿命与可靠性指标、产品的重要度及可靠性统计试验方案的参数等因素。
1.寿命试验所需的最少试验时间T L
（1）若采用工程经验法，则寿命指标验证所需的最少试验总时间T L 可按如下公式确定。
式中，n为受试产品数量；T 0 为受试产品规定的寿命；K为工程经验系数，由承制方与订购方视产品的重要度及相似产品的经验等因素共同确定。
（2）若采用分析法对寿命指标进行评估，为保证评估的精度，应将 70%的受试产品出现故障时的时间定为试验截止时间 T Z ，则寿命指标验证所需的最少试验总时间T L 可按如下公式确定。
式中，n为受试产品数量；T Z 为70%的受试产品出现故障时的时间。
2.寿命与可靠性综合验证试验总时间T LR
寿命与可靠性综合验证试验总时间T LR 应取T L 与T R （可靠性试验最少试验总时间）两者中的较大值。
（1）如果 T L ＞T R ，且大得较多，则可根据 T L ，重新调整可靠性统计试验参数值，选取更小的α、β或 d，适当增加 T R ，从而在不增加试验成本的前提下，进一步降低试验的风险，并提高可靠性估计值的置信度。
（2）如果T R ＞T L ，且大得较多，则可将寿命指标验证试验设计成两个阶段。
① 第一阶段，仍按原先规定的产品寿命值T 0 的要求进行试验，定时截尾试验时间为KT 0 （或T Z ）。该阶段试验结束后应给出产品能否达到规定的寿命值T 0 的结论。若所有受试产品在KT 0 （或T Z ）内均未出现关联故障，则可进行第二阶段试验。
② 第二阶段，将单台试验截止时间延至T R /n小时，则试验总时间最多为T R 小时。该阶段试验结束后，联同第一阶段的试验数据，可以对受试产品的寿命值进行评估，从而为该产品的延寿提供依据。
（1）受试产品数量一般不应少于两台。
（2）若用分析法对寿命指标进行评估，则受试产品失效数r应至少等于5，故受试产品数量亦至少为5台。
（3）在增加受试产品数量有利于降低总成本（受试产品价格+试验成本）的前提下，可适当增加受试产品数量，使T L =nKT 0 尽量接近T R ，但仍应保证每台受试产品的试验截止时间不得少于规定的KT 0 小时。
对产品寿命指标的考核与对可靠性指标的考核，其故障判据是不相同的。考核寿命指标的故障判据是：对于不可修复的产品，在寿命试验期间，凡引起产品更换的所有偶然故障和耗损性故障均判为产品故障；对于可修复的产品，其故障只计及引起产品翻修的耗损性故障，如磨损、老化、疲劳断裂等。
根据试验数据的特点，可用相应评估方法对寿命指标进行评估，其方法有工程经验法及分析法（定时截尾试验）。
在寿命与可靠性综合验证试验期间，只允许进行产品使用期间规定的和已列入经批准的试验程序中的预防性维修措施，如定时更换易损件，定时进行润滑、清洗、校准等。
（1）试验中发生故障，应立即停止试验，并将故障情况予以详细记录。
（2）撤出故障件进行故障分析。在此期间，其他试件是继续试验还是等故障件（可修复产品）修好后再同时进行试验，可视情况决定。但只要未发生关联故障，每台受试产品至少要试验到截止时间T Z （T Z =KT 0 ）才能终止。
（3）故障分析结果表明，若发生的故障属于关联故障，则该试件用于考核寿命指标的任务已经结束。如果因可靠性指标考核的需要，仍需将该试件修复并重新投入试验，则必须更换所有故障零部件，其中包括由其他零部件故障引起应力超出允许额定值的零部件。
（4）故障分析结果表明，若发生的故障属于非关联责任故障，则应将由于此非关联责任故障对试件所造成的影响予以消除，并经证实其修理有效后，才能继续试验。
（5）除非事先规定或经订购方批准，不应随意更换未出故障的模块或零部件。
产品作为有寿件，受试产品经试验后，不管是否发生过故障，一般不再交付使用。但对于价格昂贵的可修复产品，在进行充分论证的基础上，若认为有必要进一步挖掘其使用潜力，则可按规定的要求与程序对受试产品进行大修，使其恢复到规定的技术状态后，可作为该产品翻修间隔期寿命试验的受试产品，继续投入试验。