芯片互联结构断裂失效的试验研究与统计分析

针对电子芯片互联结构失效机理复杂、寿命数据难以获取且缺乏具有理论依据支撑的寿命分布模型等问题,开展了基于退化试验数据的统计分析研究,并提出了2种统计建模方法。首先,搭建了电子芯片可靠性评估试验台,利用菊花链测试芯片为试验对象获取了互联结构的退化数据和寿命数据;其次,基于断裂力学理论,分析了互联结构断裂失效的失效机理,给出了BGA封装形式的电子芯片互联结构寿命分布服从两参数威布尔分布的理论依据,由此建立了基于寿命数据的电子芯片互联结构寿命分布模型;再次,利用退化量的分布建立了基于退化量数据的电子芯片互联结构寿命分布模型;最后,对2种统计建模方法进行比较分析。结果表明,基于退化量数据的寿命分布模型与基于寿命数据的寿命分布模型吻合度良好,2种分析方法在结果上具有一致性。      

基于灰色理论的失效机理一致性检验方法

针对基于加速模型参数不变、基于统计方法及基于试验观察3种常见的失效机理一致性检验方法进行研究,发现3种方法均需要加速试验数据来对失效机理一致性进行检验,不能事先为加速试验提供理论指导;提出了一种基于灰色理论的失效机理一致性检验方法,该方法可用预试验数据进行失效机理一致性检验,为加速试验制定最高应力台阶提供理论指导;结合某型光电编码器预试验数据对该方法进行实例验证,得出175℃附近为失效机理变化点,并与基于统计的方法进行对比;最后,对产品进行失效机理分析,利用扫描电镜分析(SEM,Scanning Electron Microscope)结果验证该方法的正确性.     

加速度计加速退化机理模型建模方法

针对传统加速退化试验方案设计缺乏机理模型支持的问题,给出一种基于主机理层试验、关键部件仿真、参数解析和系统辨识于一体的加速退化机理模型建模方法.调研相关资料确定影响产品参数变化的主机理,通过主机理层试验得到有限元仿真输入参数,结合有限元仿真得到产品关键有限元输出参数,同时利用解析方法得到有限元输出参数和产品参数之间关系,根据系统辨识方法建立了加速退化机理模型.以加速度计为例,建立了加速度计标度因数稳定性加速退化机理模型,将模型结果与其在常温贮存条件下结果进行对比分析,结论显示该方法的有效性.     

基于比例失效率模型的退化数据分析方法

利用产品的性能退化数据进行可靠性评估是一个解决失效寿命数据不充分的重要方法.在分析产品的失效率与失效阀值具有紧密相关性的基础上,通过引入比例失效率模型描述产品可靠性与失效阀值的关系,并根据产品寿命分布与退化量分布之间的关系建立了退化分析模型.在不假定物理退化轨迹模型和退化量分布的情况下,利用产品的退化信息获得产品在不同检测时刻和失效阀值下的可靠度,通过分布拟合方法获得未知参数的估计值,进而对产品进行可靠性评估.该方法不仅放松了模型的假设条件,也适于处理一些具有非平衡数据结构的退化数据,具有较广的适应性.最后,通过实例进行了不同方法的比较,验证了该方法的有效性.     

引入失效情形下某型液压电机可靠性分析

针对直接使用无失效数据对装备进行可靠性分析而产生的“冒进”问题，通过引入失效信息对数据进行综合处理，从而对可靠性参数进行合理的估计。以寿命服从指数分布的某型导弹液压电机为例，在其失效率的先验分布为Gamma分布且超参数均服从均匀分布时，证明了失效率在无失效数据时的期望Bayes（E-Bayes）估计法，提出了改进型的截尾试验时间的确定方法，通过引进失效信息，推导了失效率的综合E-Bayes估计法，并给出了可靠度的综合估计法。结合液压电机无失效数据实例，计算得到失效率和可靠度的综合E-Bayes估计，与现有的方法相比，二者的极差分别减小了22.33%和38.02%，说明了所提方法的合理性与可用性。      

基于Wiener过程的载人飞船热控泵寿命预测

载人飞船热控制循环泵(以下简称热控泵)属于高可靠性航天产品,在试验和使用中出现的寿命失效数据极少,采用传统的基于大样本寿命数据的可靠性分析方法难以满足工程要求。首先根据热控泵的试验数据和退化失效机理,确定关键性能参数为扬程和功率,采用带有正向漂移的Wiener过程拟合这两项性能的退化数据,建立性能退化轨道模型,并用随机加权方法解决模型参数估计时的小子样问题;根据退化失效的定义确定热控泵的寿命分布模型,与传统寿命分布模型不同的是,分布模型中的参数具有明确的物理含义;最后根据试验数据对热控泵的寿命进行预测,验证方法的有效性。     

航天电子设备可靠性评估方法研究

建立了一种综合利用航天电子设备分系统可靠性信息和试验数据以及整机系统试验数据的Bayes可靠性评估方法.该方法利用最大熵方法融合分系统可靠性信息,推导了从分系统可靠性矩到系统可靠性矩的计算公式,然后建立了基于继承因子ρ的混合β先验分布,结合整机系统试验数据确定后验分布,最后,基于后验分布推断航天电子设备可靠性.采用该方法对航天电子设备可靠性进行了评估,当整机系统试验数据为240次时,航天电子设备在置信水平0.70的情况下可靠度可达到0.9991,所要求的整机系统试验次数比经典方法约降低了4/5.     

基于验前信息的测试性验证试验方案确定方法

针对目前测试性验证试验方案样本量过大、工程上实现困难的问题,提出了基于验前信息的复杂设备的Bayes测试性验证试验方案.首先,利用Beta分布对测试性验前信息的不确定性进行描述,运用不同来源的验前信息确定验前分布超参数;然后,定义了验前分布不确定性测度和支持度作为验前信息加权因子,设计了相应的融合算法;接着,利用融合后的验前信息建立成败型装备测试性验证试验方案的Bayes决策模型;最后,通过实例分析表明,与经典验证试验方案相比,新方案减少试验样本量40%左右,又克服了传统Bayes验证试验方案的冒进.      

基于专家信息的先验分布融合方法

运用Bayes方法进行复杂系统可靠性分析时 ,先验分布的获取与表示是一个关键问题。文章研究了利用专家信息进行先验分布融合的方法 ,对基于AHP方法和综合因子法的先验分布权重确定方法进行了分析 ;在给出各先验分布权重的基础上 ,对多源先验信息的融合后验分布进行分析     

知识与数据融合的可靠性定量模型建模方法

可靠性定量设计的关键是建立可靠性定量模型。现有的可靠性定量模型建模方法主要基于设计人员对产品对象故障规律的知识,包括故障模式、环境扰动、故障机理等。但知识固有的有限性和不完整性必然会给可靠性定量模型带来模型误差和输入参数的不确定性。针对这个问题,提出了基于贝叶斯理论融合知识和数据的可靠性定量模型建模方法,量化并更新模型误差和输入参数的不确定性。为此,首先说明了知识与数据融合的可靠性定量模型建模工作,建立了知识与数据融合的可靠性定量模型建模框架;接着阐述了基于贝叶斯理论的知识与数据融合原理;然后介绍了基于贝叶斯理论融合知识与数据的通用方法,并分别针对性能波动数据和性能退化数据2种常见数据类型进一步详细讨论了各自适用的贝叶斯融合方法;最后通过机载轴向柱塞泵的案例验证了前述方法的可行性和有效性。      

改进的风险优先数(RPN)分析方法

针对工艺故障模式影响分析(PFMEA,Process Failure Modes and Effects Analysis)中风险优先数(RPN,Risk Priority Number)分析方法存在的缺陷,在分析导致这些缺陷的原因的基础上,提出了一种基于费用及发生概率的定性与定量相结合的RPN分析方法.该方法中定性分析部分以传统RPN分析方法中的严酷度等级评价为基础,对工艺故障模式的严酷度等级进行评价;定量分析部分以故障模式发生后导致的费用损失的期望值作为RPN值.改进后的RPN分析方法中,定量化的数据使得风险排序更为客观、准确.最后,使用改进后的RPN分析方法对相控阵雷达中某组件的滤波器装配工艺进行了PFMEA分析,取得了良好的效果.      

考虑人及组织因素的航天工程项目风险分析模型

针对人及组织因素是造成航天工程项目风险的重要原因,在揭示了人及组织因素产生航天工程项目风险的机理基础上,构建了考虑人及组织因素的航天工程项目风险分析模型。模型首先评价人及组织因素对航天工程元器件建造工作质量的影响,接着测度工作质量与不同缺陷类型之间的一致性概率,并应用Poisson分布计算缺陷严重性,最后根据贝叶斯定理对元器件先验失效率进行修正,通过一个经过数据处理的航天工程项目对所构建的模型和方法进行了验证。     

系统安全性分析与设计方法研究

简述了系统安全性分析与设计的发展现状,指出了其4个重要组成部分的内在逻辑关系;阐述了系统安全性设计的定性分析方法,提出了新的功能危害性分析(FHA)、故障模式和影响分析(FMEA)中对二次故障、多重故障及隐蔽故障的处理方法;建立了用于底事件定量分析的秩统计法,利用不完全寿命数据平均秩,导出了不完全寿命分布参数估计公式;建立了一整套更为合理、更为精确的系统安全性设计与分析技术.该技术已成功应用某机型襟翼操纵系统安全性设计与分析.     

空间索杆铰接式伸展臂故障树分析

结合空间索杆铰接式伸展臂的应用环境, 在分析空间索杆铰接式伸展臂组成和展开原理的基础上, 建立以伸展臂展开失效为顶事件的故障树, 分别对其进行定性及定量分析, 获得各底事件的失效概率、概率重要度和关键度结果, 确定引起伸展臂展开失效的主要因素. 结果表明驱动力不足、 角点滚轮卡死、精度失效是影响伸展臂正常展开的主要因素, 据此提出了相应的改进措施, 为空间索杆铰接式伸展臂的展开可靠性分析提供了依据.      

多机理下的卫星寿命预测方法与应用

针对卫星寿命预测的需求和以往方法未考虑突发故障及退化失效的不足,提出了综合多种机理进行寿命预测的方法。归纳了星上产品的寿命特征和卫星到寿原因,指出了卫星随机失效的分布特征;针对随机失效,建立随单星工作时间和系统结构变化的剩余寿命预测模型,给出了利用动态的在轨工作状态数据求解多阶段分布参数的算法,从而实现剩余寿命的动态分析;综合随机失效、退化、消耗及其在轨变化规律,提出了适用于多机理的、竞争性的寿命预测方法。案例分析表明,综合考虑突发故障、退化失效和消耗,可以得到更合理的寿命预测结果,在星座维持策略中提高备份星计划的可信性。     

双剪连接件及双耳连接耳片疲劳寿命估算的逐次累计求和算法

为了研究复杂连接件疲劳失效机理和估算其裂纹形成和扩展寿命,在双剪连接件和双耳连接耳片疲劳试验的基础上,首先,通过扫描电子显微镜（SEM）分析,研究了其破坏模式和机理,并利用断口定量反推技术判读了疲劳裂纹形成与扩展寿命。然后,根据应力严重系数法,建立了复杂连接件疲劳性能S-N-L（疲劳应力-寿命-应力严重系数）曲面;利用该曲面,发展了复杂连接件疲劳裂纹形成寿命估算算法;基于断裂力学理论,推导出裂纹扩展长度与扩展角度公式,建立了疲劳裂纹扩展寿命估算的累计求和算法。最后,运用寿命估算方法,估算了双剪连接件的疲劳裂纹形成寿命、双剪连接件和双耳连接耳片的裂纹扩展寿命,预测结果与断口判读结果吻合良好。本文寿命估算方法为复杂连接件疲劳定寿提供了理论依据。      

基于危害度航空发动机可靠性评估模型及应用

针对航空发动机可靠性指标评估的需要,提出了基于危害度故障统计分析模型.该模型考虑各故障样本对发动机危害性的影响,将出现的故障按照对发动机安全、性能、任务及维修等指标的影响进行等级分类,从故障的失效机理出发建立相应的分布模型,采用分布计算和二次分布等算法进行整体可靠性指标评估.应用该模型对英产和国产的2种同类型航空发动机进行了故障统计分析,计算了2种发动机的可靠性指标,并进行了对比分析.最后以累积工作时间和日历工作时间进行了故障的时间变化分析,提出了故障样本的时效性.      

腹板开口对复合材料梁腹板剪切承载性能的影响

针对平面编织复合材料梁腹板结构剪切载荷作用下的面内剪切屈曲失稳和后屈承载能力问题,采用实验与有限元方法进行了研究。结合实验所得应变分布规律与有限元分析所得失稳模态分析了梁腹板结构剪切失稳特点。后屈曲承载分析中引入了平面织物复合材料Hashin失效准则,获得的结构主要失效模式包括纬向纤维压溃和经向纤维拉断,与实验结果符合良好。基于经实验结果验证的有限元模型进行了参数化研究,分析了腹板开口尺寸和开口形式对平面织物复合材料梁腹板剪切稳定性、承载能力和破坏模式的影响。研究结果可为复合材料结构设计和强度评估提供参考。