Методы ускоренных испытаний

Ускоренные испытания – испытания, методы и условия проведения которых обеспечивают получение необходимой информации о характеристиках свойств объекта в более короткий срок, чем при нормальных испытаниях или, что то же самое, при проектных условиях эксплуатации. Ускоренные испытания подразделяются на сокращенные и форсированные.

Сокращенные испытания – ускоренные испытания без интенсификации процессов, вызывающих отказы или повреждения. Проведение сокращенных испытаний оправдано в случаях, когда возможен обоснованный прогноз поведения объекта при наработке, превышающей длительность проведенных испытаний.

Форсированные испытания – ускоренные испытания с интенсификацией процессов, вызывающих отказы или повреждения. Результаты форсированных испытаний представительны для нормальных условий эксплуатации объекта тогда, когда имеются однозначные зависимости между воздействующим фактором и показателем надежности. Такие зависимости называю базовыми зависимостями.

Ускорение испытаний характеризуется коэффициентом ускорения – числом, показывающим, во сколько раз продолжительность ускоренных испытаний меньше продолжительности нормальных испытаний (по наработке или по календарному времени). Форсируемый в испытаниях параметр называется ускоряющим фактором испытаний.

На практике применяются различные методы ускоренных испытаний:

Метод линейного возрастания нагружения – метод испытаний, в котором ускорение достигается при линейном повышении нагрузки во времени. Метод применим при линейной зависимости определяющих параметров от времени и постоянной скорости деградационных процессов в условиях эксплуатации.

Метод экстраполяции по нагрузке – метод испытаний при нескольких повышенных уровнях нагрузки и последующей экстраполяции результатов на нормальный уровень нагрузки. Метод применим, когда имеется однозначная зависимость определяемого показателя надежности от нагрузки.

Метод экстраполяции по времени – метод испытаний при нормальных нагрузках в течение времени, за которое накапливаются сведения о накоплении повреждений, достаточные для их экстраполяции на заданную наработку или до наступления отказа. Экстраполяцию нежелательно распространять на интервалы времени, превышающие время испытаний более чем в 1,5 раза.

Метод одноступенчатого нагружения («доламывания») – метод испытаний, в котором объект подвергается повышенной нагрузке после длительной работы при нормальной нагрузке. Применение этого метода правомерно при условии корректности принципа суммирования повреждений. На практике этот режим реализуется следующим образом: после нормальных испытаний объект подвергают форсированным испытаниям до исчерпания ресурса работоспособного состояния. Оценивают остаточный ресурс при форсированном режиме. Сравнивают его с полным средним ресурсом объекта в форсированном режиме. Если этих сведений нет, то проводят испытания новых объектов в форсированном режиме для оценки среднего ресурса. Сравнение полного и остаточного ресурса позволяет оценить степень исчерпания ресурса в проведенных нормальных испытаниях объекта и его полный ресурс в условиях эксплуатации.

Метод интенсификации приработки – метод испытаний, в котором форсируется период приработки. Применим, когда объекту присущ длительный период приработки.

Метод эквивалентных испытаний – метод, в котором испытания проводятся при повышенных нагрузках с анализом влияния на надежность каждого вида нагружения.

Методы уплотнения графика испытаний – методы, в которых сокращаются промежутки между циклами испытаний или увеличивается скорость нагружения. В этом методе есть вероятность получить консервативную оценку показателя надежности.

Метод усечения спектра нагрузок – метод испытаний, в котором исключаются режимы нагружения, характерные для условий эксплуатации, но слабо влияющие на надежность. Применение этого метода правомерно, когда есть полная уверенность относительно слабого влияния на надежность исключенных из графика испытаний режимов.

Метод сравнения с аналогами – метод испытаний в форсированных режимах со сравнением результатов испытаний с результатами, полученными на аналогичных объектах. Выводы по результатам сравнения могут распространяться на эти же режимы или на нормальные условия, в зависимости от объема и полноты имеющейся информации по аналогам.

Результаты ускоренных и нормальных испытаний должны быть сопоставимы, т.е. при идентичной природе отказа получаемые в этих испытаниях значения показателей надежности должны быть одинаковы. Например, равенство вероятности безотказной работы, получаемой в ускоренных (индекс «у») и нормальных (индекс «н») испытаниях, при экспоненциальном законе ее распределения означает выполнение равенства: ехр(-λ_нt_н)=ехр(-λ_уt_у). Получив в ускоренных испытаниях значение интенсивности отказов, можно оценить интенсивность отказов в нормальных условиях из соотношения λ_у=λ_нk, полагая при этом, что коэффициент ускорения испытаний по времени k=t_н/t_у при выбранных нагрузках эквивалентен коэффициенту ускорения испытаний по показателю надежности (вероятности безотказной работы).

Основной вопрос планирования ускоренных испытаний заключается в наличии базовой зависимости, отражающей влияние воздействующего фактора или нагрузки на показатель надежности. Источниками базовых зависимостей могут быть доступные сведения об аналогах. Если таковых нет, то для нахождения базовой зависимости проводятся исследовательские испытания в требуемом диапазоне изменения параметров испытаний. Следующий шаг – выбор ускоряющего фактора и режима ускоренных испытаний. В любом случае при планировании и проведении ускоренных испытаний учитываются результаты всех видов испытаний, проведенных при разработке и постановке на производство данного изделия.

Основное условие при выборе ускоряющего фактора – неизменность по сравнению с нормальными условиями физико-химических процессов, влияющих на надежность. Ускоряющий фактор должен хорошо контролироваться, легко меняться и воспроизводиться. Чаще всего этим требованиям удовлетворяет повышенная температура. Например: При отказах под воздействием термоактивируемых процессов средняя интенсивность отказов (и средняя наработка до отказа тоже) зависит от температуры по закону Аррениуса: λ=λ₀ехр(-Е/kТ). Или, общепринятая зависимость длительной прочности от температуры Т и напряжения σ при сроке службы более 100 тыс. часов имеет вид: Т_р=аТ²σ^-nехр(b-сσ).

Планирование ускоренных контрольных испытаний основывается на проверке гипотез по критерию Неймана – Пирсона. При абсолютной уверенности в правильности и достоверности базовой зависимости нормативы в ускоренных испытаниях можно найти простым пересчетом установленного норматива (для нормальных условий) на условия форсированных по определяющему параметру испытаний. Однако это идеальный случай, не реализующийся на практике. Неабсолютная точность базовой зависимости увеличивает неопределенность результата ускоренных испытаний с точки зрения рисков неправомерного принятия гипотез. Существуют процедуры вычисления рисков в ускоренных испытаниях, соответствующих нормативным для нормальных условий. В объеме настоящего курса они не рассматриваются.