基于随机过程的电连接器温度循环下接触性能退化建模与验证

摘要

电连接器作为型号装备上一种必不可少的基础元件，主要用于实现型号装备上电能和信号的传递，在型号装备上使用十分广泛。如果一个电连接器出现失效，则可能会引起整个型号失效，无法按规定的要求完成任务，造成巨大的损失，因此准确评估电连接器的寿命，对型号装备可靠性设计和评估工作具有重要意义。　　电连接器的贮存寿命随着型号设计寿命要求的提高而不断提高，评估其寿命需采用加速退化试验。在开展电连接器的加速退化试验时，由于在线监测技术的不成熟，性能退化数据通常采用样品从试验箱中定时取出测试的方式获得，使得电连接器实际试验剖面变成了温度循环应力剖面，现有的恒定应力和步进应力等加速退化试验方法均无法有效评估其寿命。基于此，本文从温度循环加速退化试验技术研究的核心问题——建立产品性能退化模型出发，结合电连接器性能退化过程呈现随机性的特点，从失效机理层面开展了电连接器在温度循环应力下的随机过程建模与验证的研究。　　本文以Y11P-1419型电连接器为研究对象，确定了其在试验状态下的应力剖面为循环应力，分析了其在温度循环下的环境效应、失效模式和失效机理，从温度循环试验下电连接器接触对表面氧化膜层生成和微动磨损入手，分析了电连接器接触电阻在增大过程中呈随机波动的微观机理，并建立了基于Wiener过程的性能退化模型;基于化学反应论，建立了电连接器的加速退化方程。对电连接器开展了温度循环加速退化试验，获得了相应的性能退化数据。最后，在所获得的数据基础上，利用自相关法和D’Agostino D检验法对电连接器的性能退化模型进行了验证。利用线性回归分析方法验证了电连接器在温度循环应力下的加速退化方程;利用扫描电镜和能谱仪对试验件试验前后进行对比分析，从微观层面验证了失效机理理论分析的正确性，证明了从失效机理层面所建模型的合理性。　　本文包含六个章节，具体章节内容安排如下:　　第一章，首先提出了论文的研究背景和意义，其次针对加速退化试验技术、循环应力下产品的可靠性建模和电连接器的可靠性等几方面，综合阐述了国内外的研究现状，最后，针对不足之处给出了本文的研究目标和相关内容。　　第二章，确定了其在试验状态下的应力剖面为循环应力，根据电连接器的结构和功能，分析了电连接器在循环应力下的环境效应，确定了接触失效为其主要失效模式。最后从微观层面对其进行了失效机理的分析，确定其失效机理为温度应力下接触对表面氧化膜的增长和温循时接触对表面的微动磨损导致氧化物磨屑的堆积;接触电阻呈现波动性增长主要是由于接触对表面微孔随机分布且形状不同大小不一，以及微动磨损使接触斑点的位置发生随机改变和氧化膜随机进入和排出接触区域所引起的。　　第三章，基于电连接器在温度循环应力下的失效机理分析，综合考虑了接触电阻增长呈现随机波动的微观原因，建立了电连接器在温度应力循环下的基于Wiener过程的性能退化模型、加速退化方程和寿命分布模型。　　第四章，首先给出了Y11P-1419型电连接器具体的加速退化试验方案，包括各个循环应力下的最高温度、循环周期、投入的样本量、升温斜率、降温斜率以及具体的测试方法等;对电连接器实施了加速退化试验，获得了其在试验过程中的性能退化数据，通过Kruskal-Wallis检验法确定了所有性能退化数据可认为来自相同分布;最后基于所获得的性能退化数据，利用二步估计法估计了模型中的未知参数。　　第五章，基于电连接器在温度循环应力下的试验数据，通过自相关法和D’Agostino D检验法对电连接器的性能退化模型进行验证，利用线性回归分析方法验证了电连接器在温度循环应力下的加速退化方程，利用扫描电镜和能谱仪对试验件试验前后进行对比分析，从微观层面验证了失效机理的理论分析。　　第六章，总结了论文的研究工作，并对后续有待开展的内容做出了展望。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景及意义

1．2加速退化试验技术研究现状

1．2．1应力加载方式

1．2．2加速退化模型研究现状

1．2．3加速退化试验数据统计分析研究现状

1．3循环应力下建模研究现状

1．4电连接器可靠性研究现状及存在的问题

1．4．1电连接器可靠性研究现状

1．4．2存在的问题

1．5本文研究内容

1．5．1研究目标

1．5．2主要研究内容

第二章 电连接器温度循环下的环境效应和失效机理分析

2．1引言

2．2电连接器结构和功能

2．2．1 Y11P-1419型电连接器结构

2．2．2电连接器的功能

2．3电连接器的环境效应分析

2．3．1电连接器试验应力剖面分析

2．3．2温度循环应力下电连接器环境效应分析

2．4电连接器温度循环应力下失效机理分析

2．4．1电连接器温度循环应力下失效模式分析

2．4．2电连接器接触性能表征参数

2．4．3电连接器温度循环应力下失效机理分析

2．4．4电连接器接触性能退化过程的随机效应分析

2．5本章小结

第三章电连接器温度循环应力下性能退化随机过程建模

3．1引言

3．2电连接器温度循环应力下性能退化模型

3．2．1电连接器接触电阻表达式

3．2．2 Wiener过程建模

3．3加速退化方程

3．4性能退化模型

3．5电连接器寿命分布模型

3．6本章小结

第四章电连接器温度循环应力下蛉加速退化试验方案及试验数据统计分析

4．1引言

4．2电连接器温度循环应力加速退化试验方案

4．2．1各循环温度应力水平的确定及具体试验方案安排

4．2．2电连接器的接触电阻失效阈值及测试方法

4．3电连接器温度循环试验数据的统计分析

4．3．1数据形式

4．3．2相同循环温度下各电连接器的同分布检验

4．3．3模型参数估计

4．4本章小结

第五章电连接器温度循环下的随机过程模型验证

5．1引言

5．2性能退化模型的检验

5．2．1独立增量检验

5．2．2正态性检验

5．3加速退化方程的验证

5．3．1退化率分布检验

5．3．2加速退化方程的验证

5．4电连接器失效机理的验证

5．5本章小结

第六章总结与展望

6．1总结

6．2展望

参考文献

攻读硕士期间的研究成果

致谢