金铝键合界面行为分析与寿命模型研究

随着电子封装技术的飞速发展,金铝键合工艺作为一种重要的金属间连接方式,在电子器件的制造过程中得到了广泛的应用。然而,在高温环境下,金铝键合界面的寿命会出现退化现象,直接影响整个电子系统的稳定性和寿命。设计不同温度下的高温加速寿命试验,对比分析不同时间条件下的金铝键合界面行为,研究金铝键合焊点的机械性能退化规律。同时,利用Arrhenius模型构建了金铝键合焊点的特征寿命与绝对温度的寿命应力模型,并根据寿命应力模型分别预测了焊点在非工作状态与工作状态下的特征寿命。

多应力下电子引信薄弱部件加速寿命模型研究

目的给出海岛环境下某电子时间引信的寿命分布规律,研究引信的薄弱部件位置和引信寿命的影响因素。方法通过引信的工作原理,初步筛选出引信的薄弱部件,分析海岛环境下影响引信贮存可靠性的环境因素,根据引信的敏感环境应力,设计相应的加速试验,来验证引信的薄弱部件位置。提出一种将腐蚀动力学模型和Peck模型结合的多应力加速模型,通过加速试验结果,估计出模型未知参数,得到引信的寿命分布规律。最后通过加速模型,预测实际海岛贮存环境下的引信寿命。结果根据恒温、湿热、盐雾加速试验的加速结果,得到电子时间引信的薄弱部件为电路中的电子开关器件和时间装定环,引信的寿命分布规律服从威布尔分布函数。通过将腐蚀动力学和湿热加速模型相结合的加速模型,多应力加速模型预测得到海岛环境下的引信贮存寿命为10.13 a,更符合实际情况,预测精度为1.4%。结论多应力加速试验更符合引信的实际贮存环境,基于湿热应力和盐雾应力的加速模型能准确预测海岛环境多应力影响下引信的贮存寿命。

高速动车组制动盘疲劳寿命模型研究及应用

为掌握制动盘实际服役状态下的疲劳特性,从高速动车组铸钢制动盘材料本身的疲劳性能切入,对国内某厂家铸钢制动盘材料在不同温度、不同应力状态下进行了有限寿命疲劳试验研究,建立了制动盘材料温度—应力—疲劳寿命模型。基于研究建立的制动盘疲劳寿命模型,为制动盘在不同服役工况提供可用次数参考。以坡道线路上进行一次紧急制动工况为算例,对铸钢轴装制动盘温度和热应力进行仿真分析,获得该工况下制动盘可用次数。

油纸绝缘电-热联合老化寿命模型的比较与分析

绝缘材料的寿命模型一直是国内外学者研究热点之一。本文对油纸绝缘进行电热联合加速老化,利用Weibull分布对多次试验得到的击穿寿命进行统计分析,求出平均寿命。并对国际上几种主要电?热联合老化寿命模型进行多元回归分析,估计出各模型的参数,计算理论预测寿命。最后比较各模型的理论预测寿命与用Weibull分布求出的平均寿命的误差,深入分析各数学模型产生不同误差的原因,得出FALLOU寿命模型是最适合本文所述油纸绝缘分析的寿命模型。

基于空间电荷效应的绝缘老化寿命模型的研究进展

电力设备用绝缘材料在使用过程中承受电、热、机械等多种因素的应力作用,电气性能逐渐下降,研究绝缘材料的老化机理和寿命模型对材料寿命评估具有重要的意义。首先从传统的绝缘材料宏观老化模型出发,总结了电、热、机械应力作用以及联合作用下的绝缘材料老化寿命模型,其次从微观角度总结归类了由于空间电荷效应导致绝缘材料微观缺陷的几种绝缘老化寿命模型。最后探讨了未来绝缘材料老化寿命模型的研究方向和发展趋势。通过对比分析了不同宏观老化模型的优缺点,并从微观角度分析了空间电荷效应及其引发的其他效应(材料内部微孔的形成、局部放电的发生、电树枝的引发与生长等)对绝缘材料的老化破坏作用。基于空间电荷效应的绝缘老化寿命模型有望用于评估直流下的绝缘老化寿命,今后对于绝缘材料寿命模型的研究应该由宏观转向微观,并且应借助各种先进的宏观微观观测分析手段,将仿真和实验紧密结合,采用动态分析方法建立物理意义明确、失效时间准确的绝缘老化寿命模型。

填充橡胶材料单轴拉伸疲劳试验及疲劳寿命模型研究

对由汽车橡胶隔振器常用的橡胶材料制作的试件(哑铃形试片和哑铃形试柱),进行单轴拉伸疲劳试验。基于哑铃形试片的试验数据,分别以最大主应变量峰值、八面体切应变峰值和应变能密度峰值为损伤参量建立橡胶单轴疲劳寿命预测模型。结果表明,最大主应变量峰值、八面体切应变峰值和应变能密度峰值为损伤参量的寿命预测模型均能很好地以幂法则来建立损伤参量与疲劳寿命之间的关系,预测寿命与实测寿命的相关系数均达到0.9以上。其中以最大主Green-Lagrange应变峰值为损伤参量的寿命模型预测效果最佳,并以此最佳寿命模型预测哑铃形试柱的拉伸疲劳寿命。结果表明预测的哑铃形试柱拉伸疲劳寿命分布在实测寿命2倍分散因子之内,最大相对误差不超过28%。因此,为了节省试验成本和缩短试验周期,可用成本较低的哑铃形试片来代表哑铃形试柱进行橡胶材料的拉伸疲劳试验。

综合应力加速寿命模型验证方法的研究

针对产品加速寿命模型适用性无法定量评估的问题,将加速寿命模型转化成更具一般性的线性模型,并从三维空间角度将加速寿命模型适用性的验证问题转化为空间数据点共面性的检验问题,从加速寿命试验数据的统计检验角度出发,对综合应力加速寿命模型进行多元线性回归拟合,并以表征空间数据点和拟合值的垂直距离平方和与空间数据点本身的离差平方和相对大小的统计量作为检验指标,提出定量评估加速寿命模型适用性的多元线性回归拟合检验的验证方法,并对Y11P型航天电连接器基于失效分析得出的温度和振动综合作用下的广义Eyring模型进行验证,验证结果表明广义Eyring模型能确切描述电连接器寿命特征在温度和振动综合应力作用下的变化规律。

油纸绝缘电—热老化寿命模型的选择研究

为准确评估油纸绝缘的老化程度和剩余寿命,对油纸绝缘电热联合老化试验后利用Weibull概率分布统计分析多次试验得到的击穿寿命,求得平均寿命,并对多种电热联合老化寿命模型多元回归,估计参数,验证与比较,得出FALLOU多因子模型为最适合油纸绝缘的寿命模型。

绝缘材料老化寿命模型的研究进展

对绝缘材料在单应力及多应力作用下的多种老化寿命模型进行了分类和评述 。

高压交流套管的油纸绝缘热老化特性及寿命模型研究

为研究高压交流套管的油纸绝缘热老化特性,用套管用绝缘油、绝缘纸及铝箔纸自制成样品并分别在90℃、100℃、130℃三种温度下进行加速热老化。对热老化过程中反映油纸绝缘材料样品老化状态的理化特征参数进行测试与分析。同时,对套管缩比模型在100℃进行电热联合老化实验,测试分析其在老化过程中相应的介电响应曲线,测试套管在绝缘失效并解体后的绝缘电气/理化参数。结果表明:对于套管的多层油纸屏障结构,最外层油纸绝缘是套管绝缘特性的薄弱点。油纸材料样品与套管缩比模型在老化过程中最外层绝缘纸的聚合度下降速率均最快,内层较慢,分析认为水分和油酸在各层间的分布规律是导致该现象的主要原因;相比传统的工频电容值,低频段对应的电容值对绝缘状态变化反映更为灵敏。以油纸绝缘材料样品最外层绝缘纸的聚合度随温度与时间变化数据为依据,建立了套管油纸绝缘热寿命模型,并初步验证了该模型的有效性。

应用时–温–水分叠加方法改进油纸绝缘热老化寿命模型

为改进现有的油纸绝缘热老化寿命模型,使模型的预测结果更为准确,研究初始水分含量及温度对油纸绝缘试品的加速热老化特性影响。首先,对4种初始水分含量的油纸绝缘试品分别在3个温度下开展加速热老化试验,以绝缘纸聚合度作为表征老化程度的特征参量,引入纤维素累积损失动力学方程研究其在老化过程中的变化规律;其次,在时温叠加方法基础上提出一种时间–温度–水分叠加的新方法,并改进了热老化寿命评估模型。结果表明,与之前的寿命模型相比,改进的模型不但考虑了温度对绝缘纸热老化速率的影响,而且考虑了不同初始水分含量对油纸绝缘热老化的加速作用,有助于对油纸绝缘的热寿命进行更为合理的评估。

估计三种常用疲劳应力-寿命模型P-S-N曲线的统一经典极大似然法

拓展经典极大似然法到Langer模型，提出了估计三参数、Langer和Basquin三种常用疲劳应力-寿命模型P-S-N曲线及其置信限的统一方法。方法用于处理极大似然法疲劳试验得到的S-N数据。该试验在特别关注的参考载荷试验一组试样，其余试样在不同载荷下试验。以参考载荷试验数据的统计参量为基础，按照每个模型中材料常数协同处于相同概率水平原则，将曲线表示为对数疲劳寿命均值和均方差线的广义形式，至多4个材料常数。曲线中的材料常数按极大似然原理采用数学规划法求出。45＃碳钢缺口试样(kt＝20）对称循环加载试验数据的分析说明了方法的有效性。分析还揭示合理模型有必要通过比较拟合效果、预计误差和应用安全性来确定。三参数模型的拟合效果最好，Langer模型稍差，Basquin模型较差。从拟合效果、预计误差和应用安全性角度，Basquin模型不适于描述该套数据。此外，经典极大似然法估计结果可能因受局部统计参量影响而给出非安全估计，有必要发展改进的可以最大限度减小这种影响的方法。

自润滑关节轴承磨损寿命模型

自润滑关节轴承寿命的计算和预测对于提高装备的运行安全性具有重大的意义。针对自润滑关节轴承磨损寿命计算和预测的需求,从自润滑关节轴承的磨损机理出发,依据材料摩擦磨损理论,采用组合磨损计算方法分别建立了自润滑推力关节轴承和向心关节轴承的磨损寿命模型。该模型综合考虑了影响自润滑关节轴承寿命的磨损机理、结构特点、工作特性以及零部件功能要求等因素,特别是将结构参数和功能要求显式地在模型中表示,可直接反映结构变化和功能要求对自润滑关节轴承磨损寿命的影响。计算实例和分析结果表明:相对目前使用的自润滑关节轴承经验计算公式,本文模型计算结果准确,理论依据更充分,对于特殊结构和功能的特种自润滑关节轴承适用性更好。

考虑需求响应与储能寿命模型的火储协调优化运行策略

针对大规模新能源并网带来的系统调峰和消纳难题,以及已有优化调度策略对储能寿命成本考虑不足的问题,提出了一种考虑需求响应与储能寿命模型的火储协调优化运行策略。上层通过分时电价引导用电,以净负荷波动性最小为目标得到优化后的负荷曲线,旨在减轻火储的调峰压力、提高新能源消纳量;下层以系统总调度成本最低为目标协调优化风光火储运行,考虑火电深度调峰并在优化调度中嵌入储能寿命模型,求解得到各电源以及储能的最优运行方式。以某区域实际系统为例进行仿真,结果表明所提策略可以有效改善系统的调峰压力,提高新能源消纳能力,同时合理反映了储能的寿命成本,提高了系统运行的经济性。

高压方波脉冲下的电热老化绝缘寿命模型

采用一种高压脉冲绝缘老化试验系统,模拟变频器对变频调速牵引电机定子绕组绝缘材料——聚酰亚胺薄膜进行脉冲电压幅值-温度、频率-温度和频率-电压联合老化试验,利用一元二参数Weibull分布统计分析了3种老化条件下的绝缘寿命试验数据,提出了脉冲下绝缘材料的电热联合老化寿命模型。

估计三种常用应力-寿命模型概率设计S-N曲线的统一方法

提出了适于三参数、 Langer和 Basquin三种常用应力-寿命模型称为广义极大似然法的估计概率设计 S- N曲线及其置信限的统一方法。方法将概率设计 S- N曲线表示为对数疲劳寿命均值和均方差曲线的广义形式。与现有常规和经典极大似然法方法不同，考虑所有试验数据的统计特征，应用最小二乘法先估计出均值曲线中的材料常数，然后利用极大似然原理和数学规划法估计出均方差曲线中的材料常数。有效性采用拟合相关系数、拟合误差均方值和置信限综合评价。对反应堆不锈钢管道焊接头虚拟应力幅-裂纹萌生寿命数据及 45＃碳钢成组法和极大似然法疲劳试验应力-寿命数据的分析说明了方法的有效性。一般来说，三参数模型的拟合效果最好， Langer模型次之， Basquin模型最差。本文方法的拟合效果好于现有方法，并尽量避免了现有方法受试验数据局部统计特征影响而可能给出偏于非安全估计的缺陷。

谐波减速器黏着磨损失效加速寿命模型研究

针对空间润滑谐波减速器黏着磨损失效的加速寿命试验方法问题,首先基于Johnson-Williamson的粗糙表面接触模型建立了混合润滑状态下的黏着磨损模型,模型表明磨损速率主要由粗糙表面微凸体接触承担的载荷比例决定.然后,对磨损部位进行考虑粗糙表面真实形貌与润滑剂流变特性的混合润滑数值分析表明,转速与载荷对微观界面接触与润滑分布状态的影响显著,温度的影响有限,因此传统提高转速并升高温度以保持油膜厚度一致的加速寿命试验方法已不适用.最后以增大转速、载荷并保持或增大混合润滑状态下微凸体接触承担的载荷为加速寿命试验准则,以微凸体承担载荷为加速应力建立了黏着磨损的加速寿命模型,并以不同工况的加速寿命试验与寿命分布统计对其准确性进行了验证.

环氧/纸复合材料直流耐压寿命模型的估计方法

针对适用于干式套管的环氧/纸复合材料的绝缘耐压性能进行了研究。首先运用蒙特卡 罗仿真方法对耐压试验方法的选择进行研究,分析并对比不同参数估计方法、不同大小样本、无 截尾耐压试验和截尾耐压试验下各种参数估计方法的误差,建议选用截尾耐压试验方法进行试验, 采用加权最小二乘法进行参数估计。然后,对环氧/纸复合材料的长期绝缘性能 耐压特性进行 试验研究。试验结果表明,环氧/纸复合材料试样的耐压试验结果符合 Weibull分布,该文建立的 环氧/纸复合材料的寿命模型可为套管绝缘材料结构设计提供技术支持。

基于行驶工况的磷酸铁锂电池寿命模型研究

针对电动汽车在行驶过程中电池的放电电流不断变化,采用恒流充放电条件下建立的电池寿命模型来估计电池的寿命将带来较大误差的问题,本文中在对某一现有磷酸铁锂电池恒流充放电容量衰减模型进行实验验证的基础上,推导了电动汽车行驶工况条件下,磷酸铁锂电池的循环工况寿命预测模型,并采用NEDC循环工况对该模型进行了实验验证。结果表明,采用该模型能较准确地对电动汽车行驶过程中的寿命进行估计。

电动汽车电机驱动系统寿命模型

针对电动汽车电机驱动系统在运行过程中承受剧烈的热应力容易导致系统出现故障的问题,从热应力疲劳失效的观点出发,分析了系统寿命影响因素及其薄弱环节的失效机理,提出了一种以电动汽车电机驱动系统运行工况和电机输出扭矩为输入建立系统寿命模型的方法。建立了100/160 kW纯电动大客车电机驱动系统寿命模型,并以北京121电动公交车的实际运行工况为模型输入预计了系统寿命。