环境可靠性试验环境参数课件.pptx

1、环境可靠性试验环境参数MIL-STD-810F 2006年5月15日环境参数的定义 n环境参数表征环境条件的一个或几个物理、化学和生物的特征参数（如温度、湿度、加速度等）。环境参数n环境试验与环境试验设备经常遇到的环境参数 序号环境参数常用单位序号环境参数常用单位1温度12盐雾浓度mg/m2温度变化率/min13含沙量g/m3相对湿度%R.H14尘沉积率mg/m.h4绝对湿度kg/m15振动频率Hz5海拨高度M16冲击峰值加速度m/s6大气压kPa17峰值位移mm7太阳辐射w/m18加速度频谱密度m/s8照度Lx19噪声dB9风速m/s 10水的含盐量g/kg 11盐雾沉降率ml/(h.80c

2、m) 环境引起的影响 n1971年，美国对机载电子设备全年的故障进行剖析，得出故障的原因如下：n由温度引起的故障占22.2%n由振动引起的故障占11.38%n由潮湿引起的故障占10%n由沙尘引起的故障占4.16%n由盐雾引起的故障占1.94%n由冲击引起的故障占1.11%n由其他原因引起的故障占47.3%n由上述情况可以看出，50%以上的故障是由各种环境引起的，而温度、振动、湿度三项环境造成电子设备43.58的故障率。温度、振动、湿度三项环境显得尤为重要。哪些地方、哪些时候要应用环境参数 n叙述环境时要应用环境参数；n制定环境试验与环境试验设备标准时要应用环境参数；n采购、制造环境试验设备时要

3、应用环境参数；n进行环境试验时要应用环境参数。环境参数的不同量值意味着什么？ n以温度参数值（如-80、+20、+60、+300、+800）的不同为例，可以说明：n 它意味着温度环境的不同；n 它意味着对人、对产品的影响机理及影响程度的不同；n 它意味着相应的环境试验设备产品的不同；n 它意味着试验方法的不同；n 它意味着测试仪器、测试方法的不同。n 我们在研究环境试验与环境试验设备标准，用户采购或厂家承接环境试验设备产品，进行环境试验、研究它对人或产品的影响时，都必须非常注意各种环境参数量值的不同，所带来的一系列问题。 高温环境的影响高温环境的影响 n由于高温会改变构成装备的材料的物理性能或

4、尺寸，因此会暂时或永久地损害装备的性能。下面是与受试装备有关的高温暴露后可能出现的问题的例子。考虑这些典型问题，有助于确定本方法是否适用于受试装备。 高温环境的影响高温环境的影响n不同材料膨胀不一致使得零部件相互咬死。n润滑剂粘度变低；润滑剂外流造成连接处润滑剂减少。n材料尺寸全部或局部地改变。n包装、衬垫、密封、轴承和轴发生变形、咬合和失效，引起机械或者完整性故障。n衬垫出现永久性硬化。n外罩和密封条损坏。n固定电阻阻值改变。n温度梯度不同和不同材料的胀差使电子线路的稳定性发生变化。n变压器和机电部件过热。高温环境的影响高温环境的影响n 继电器以及磁作动或热作动装置的吸合、释放范围变化。n工

5、作寿命缩短。n固体药柱或装药分离。n密封壳体（炮弹、炸弹等）内产生高压。n爆炸物或推进剂的加速燃烧。n爆炸物在其壳体内膨胀。n炸药熔化和渗漏。n有机材料退色、裂解或龟裂纹。n合成材料的放气。 低温环境的影响低温环境的影响 n低温几乎对所有的基本材料都有不利的影响。对于暴露于低温环境的装备，由于低温会改变其组成材料的物理特性，因此可能会对其工作性能造成暂或永久的损害。所以，只要装备将暴露于低于标准环境的温度下，就要考虑做低温试验，并且要考虑以下典型问题，以帮助确定本试验方法是否适用于受试装备。 低温环境的影响低温环境的影响n材料的硬化和脆化。n由于温度瞬变的响应，不同材料产生不同程度的收缩，以及

6、不同零部件的胀差，引起零部件相互咬死。n由于粘度增加，润滑油的润滑作用和流动性会降低。n电子器件（电阻、电容等）性能改变。n变压器和机电部件的性能改变。n减振架刚性增加。n固体爆炸药丸或药柱（如硝酸铵）产生裂纹。n破裂和开裂、脆裂、冲击强度改变，强度降低。n受约束的玻璃产生静疲劳。n水的冷凝和结冰。n穿防护服的操作人员灵活性、听力和视力降低。n燃烧率变化。 温度冲击环境的影响温度冲击环境的影响 n温度冲击通常对装备靠近外面的部分影响更严重。离表面越远（当然，与有关装备特性有关），温度变化越慢，影响越不显著。运输箱、包装等更能减小温度冲击对密闭装备的影响。急剧的温度变化可能暂时地或永久地影响装备

7、的工作。下面是可能与受试装备相关的温度冲击暴露可能引发的问题的例子。考虑以下典型问题，有助于确定本方法是否适用于受试装备。 温度冲击环境的影响温度冲击环境的影响 n 物理影响n（1） 玻璃小瓶和光学仪器的碎裂。n（2） 运动部件的卡紧或松驰。n（3） 爆炸物中固态装药或药柱产生裂纹。n（4） 材料的收缩/膨胀率不同或诱发应变率不一致。n（5） 零部件的变形或破裂。n（6） 表面涂层开裂。n（7） 密封舱泄露。n（8） 绝缘保护失效。温度冲击环境的影响温度冲击环境的影响n化学影响n（1） 各组分分离。n（2） 化学试剂保护失效。n电性能影响n（1） 电气和电子元器件的变化。n（2） 快速冷凝水或

8、结霜引起电子或机械故障。n（3） 静电过大。 湿热环境的影响湿热环境的影响 n湿度会影响装备的物理和化学性能；温度和湿度的变化还能在装备中引起凝露。考虑以下典型问题可以帮助确定本试验方法是否适用于受试装备。 湿热环境的影响湿热环境的影响n表面影响，例如：n（1） 金属的氧化和/或电蚀；n（2） 加速化学反应；n（3） 表面有机涂层和无机涂层的化学或电化学破坏。n（4） 表面潮气与外来附着物相互作用，产生腐蚀层。n（5） 摩擦系数的变化，引起粘合或粘附。湿热环境的影响湿热环境的影响n材料特性的变化，例如：n（1） 由于吸附作用引起材料膨胀。n（2） 其他特性变化。n（a） 物理强度降低；n（b）

9、 电气绝缘和隔热特性变化；n（c） 复合材料的分层；n（d） 弹性或塑性改变；n（e） 吸湿材料性能降低；n（f） 由于吸湿引起的炸药和推进剂性能降低；n（g） 光学元件成像传输质量下降；n（h） 润滑剂性能降低。 湿热环境的影响湿热环境的影响n凝露和游离水，例如：n（1） 电气短路；n（2） 光学器件表面模糊；n（3） 热传递特性变化。 霉菌环境的影响霉菌环境的影响 n霉菌生长会改变装备的物理性能，因而影响装备的功能或使用 对材料的直接侵蚀a、对材料的直接侵蚀 不抗霉材料容易被霉菌分解并作为食物而直接受到破坏。这种影响会导致材料物理性能的破坏。不抗霉材料的例子有：n（1） 天然材料 天然有机

10、材料制品最容易受到直接侵蚀。n（a） 植物纤维材料（如木材、纸张、天然纤维纺织品和绳索）n（b） 动物基和植物基粘合剂；n（c） 油脂、油和许多碳氢化合物。n（d） 皮革。n（2） 合成材料n（a） 含聚氯乙烯的组分（如含有脂肪酸酯的增塑组分）；n（b） 某些聚氨酯类（如聚酯和某些聚醚）；n（c） 作为层压材料有机填料的塑料；n（d） 含有易长霉组份的颜料和油漆。对材料的间接侵蚀n对材料的间接侵蚀 当出现下列情况时，抗霉材料会受到间接侵蚀而破坏：n（1） 生长在积有灰尘、油脂、汗迹和其他污染物的表面的霉菌（人们发现这些污染物是在装备制造期间或使用期间堆积在装备上的），能够损坏底材，甚至可能通过

11、底材直接侵蚀抗霉材料；n（2） 由霉菌分泌代谢的产物（有机酸）能腐蚀金属的、蚀刻玻璃、引起塑料或其他材料的发暗或降解；n（3） 与易长霉材料相邻的霉菌的生成物会直接侵蚀抗霉材料。 可能出现的物理影响a、 电气系统或电子系统 直接或间接侵蚀均可导致电气或电子系统的损坏。霉菌生长能越过绝缘材料形成不希望有的电气通路，例如，它能对关键调整电路的电气特性产生有害的影响。nb、 光学系统 光学系统的损坏主要由间接侵蚀引起。长霉能影响光线通过光学系统的传输，阻塞精密活动件，并将不潮湿的表面变为潮湿表面而导致性能下降。 健康和审美的因素n装备上长霉能引起生理上的问题（如过敏）或在审美上使人不愉快，进而使用户

12、不愿意使用该装备。 盐雾环境的影响盐雾环境的影响 n盐是世界上最普遍的化合物之一。在海洋、大气、陆地表面、以及湖泊和河流中均发现有盐。因此，要避免暴露在盐雾中是不可能的。通常，在沿海地区的影响最严酷。装备暴露于腐蚀大气环境的影响主要分为三类：腐蚀影响、电气影响和物理影响。考虑下列典型问题有助于确定本方法是否适用受试装备。 盐雾环境的影响盐雾环境的影响n 腐蚀影响na、 电化学反应引起的腐蚀。nb、 加速应力腐蚀。nc、 盐在水中电离后形成的酸/碱溶液。n电气影响na、 由于盐沉积引起电子装备的损坏。nb、 导电层的产生。nc、 绝缘材料和金属的腐蚀。n物理影响na、 机械部件和组件的活动部分的

13、阻塞或粘连。nb、 由电解作用导致漆层起泡。砂尘环境的影响砂尘环境的影响 n尽管吹砂和吹尘环境通常与干热地区有关，但在其它大多数地区也季节性地存在这种环境。自然界产生的砂尘暴是装备使用中要考虑的一个重要因素，但随着军事行动机械化程度的增加，砂尘暴带来的问题要比与人类活动有关的砂尘带来的问题少。为了帮助确定该方法是否适用于受试装备，需要考虑下列典型问题。 砂尘环境的影响砂尘环境的影响n表面的磨蚀和磨损；n密封渗漏；n电路性能降级；n开口和过滤装置的阻塞/堵塞。n对配合件的物理影响；n活动部件卡死/阻碍；n热传导性降低；n干扰光学特性；n由于通风或冷却受限引起过热和着火危害。加速度的影响加速度的影

14、响 n加速度产生安装硬件上的载荷和装备内部的载荷，应注意到装备的所有单元都被加载，包括液体。以下是高量级加速度造成的有害影响的部分清单。 加速度的影响加速度的影响 n结构挠曲而妨碍装备的工作；n永久变形和裂纹，使装备失效或毁坏；n坚固件和支撑的断裂导致平台内装备松动；n固定支架的断裂导致装备内部件的松动；n电子线路板的短路和断路；n电感和电容值发生变化；n继电器打开或闭合；n传动装置或其它机构被约束；n密封泄漏；n压力和液体调节器值发生变化；n泵出现气穴；n伺服阀上的滑阀移位引起涡游戏和控制系统的危险响应。噪声环境的影响噪声环境的影响 n噪声环境由能够导致大的空气压力脉动的任何机械或机电装置产

15、生。通常，这些压力脉动在一个大的幅值范围内（5000Pa到84000Pa）和从10Hz到10000Hz的宽频带内是完全随机性的。有时，可能存在很高幅值的离散频率压力脉动，称之为“纯音”。当压力脉动冲击装备时，通常发生周围空气中的能量（以脉动压力形式）与装备应变能之间的能量转换。这一能量转换将导致装备振动，在这种情况下，振动的装备可能现辐射压力能，装备的阻尼吸收能量，或把能量传给装备内部的部件或空腔。由于脉动压力的大幅值和宽频带，装备响应的测量是重要的。 噪声环境的影响噪声环境的影响n导线磨损；n部件声和振动疲劳；n部件连接导线断裂；n印刷线路板开裂；n波导部件失效；n电触点断续工作；n小型仪表

16、板和结构零件的破裂；n光学失调；n小颗粒脱落，可引起回路和机构卡死；n过量的电噪声。振动环境的影响振动环境的影响 n振动导致装备和装备内的动态位移。这些动态位移和相应的速度、加速度可能引起或促进结构疲劳，结构、装备和零件的机械磨损。另外，动态位移还能导致元器件的碰撞和功能的损坏。 振动环境的影响振动环境的影响n导线的磨损；n紧固件/器件的松动；n断续的电气接触；n电气短路；n密封失效；n元器件失效；n光学或机械上的失调；n结构裂纺或断裂；n质点和失效器件的移动；n松开的质点或元器件引起系统回路或机械的卡塞；n强电气噪声；n轴承摩擦腐蚀。机械冲击的影响机械冲击的影响 n施加在一个多模态装备系统的

17、机械冲击一般会导致装备对以下频率的响应n（1）由外部激励环境施加到装备上的强迫频率n（2）在激励施加期间或之后装备的共振频率。 机械冲击的影响机械冲击的影响n零件之间摩擦力的增加或减少、或相互干涉而引起的装备失效；n绝缘强度改变，绝缘电阻下降，磁场和静电场强度变化；n装备电路板失灵，电路板损坏，电接头失效。（有时，装备在冲击响应下，电路板污染物移动可能会导致短路。）；n由于装备结构和非结构元件的过应力引起装备的永久机械变形；n由于超过强度极限导致装备机械零件破坏；n材料加速疲劳（低循环次数疲劳）；n装备潜在的压电活动；n由于晶体、陶瓷、环氧树脂或玻璃封装破碎引起装备失效。爆炸性大气环境的影响爆

18、炸性大气环境的影响 n像袖珍晶体管收音机一样简单的装置产生的低能量的放电或电弧可以点燃燃气和空气的混合气体。气密装备壳体一种明显惰性的装备壳体表面的“热点”都能点燃燃油空气混合气体。在狭窄的空间中的燃气可以由诸如短路闪光电池、开关触点和静电放电的火花等一类低能量的放电点燃。 酸性大气环境的影响酸性大气环境的影响 n对酸性大气的关注越来越多，特别是对那些工业区附近或者靠近燃料燃烧装备排气口的装备。下面列出的是装备暴露在酸性大气中可能会发生的一些问题的例子。 酸性大气环境的影响酸性大气环境的影响n对表面处理层和非金属材料的化学侵蚀。n金属腐蚀。n陶瓷和光学器件的斑蚀。炮击振动的影响炮击振动的影响

19、n一般来说，炮击环境可以认为是一个重复冲击或瞬态振动。它可以引起：n由于增加或减少两部件之间或两部件接口之间的磨擦造成的装备故障。n装备介电强度变化，绝缘电阻下降，磁场和电场强度变化。n装备电路板故障，电路板损坏，电连接器失效。（有时，在装备对炮击环境响应时，电路板上有可能引起短路的杂质被移动）。n当结构件和非结构件过应力时装备产生的永久机械变形。n当超过元部件的极限强度时装备的机械部件断裂。n装备加速疲劳（低周期疲劳）。n装备潜在的压电作用。n由于晶体、陶瓷、环氧树脂或玻璃封装的破裂、断裂造成的装备失效。爆炸分离冲击的影响爆炸分离冲击的影响 n通常，爆炸分离冲击可能对所有电子装备产生不利影响

20、。不利影响的程度一般随着爆炸分离冲击的量级和持续时间而增大，并且随着到爆炸分离冲击源（火工装置）的距离而减小。当爆炸分离冲击的持续时间使其产生的材料应力波的波长与装备与微电子器件固有频率的波长一致时，会增强不利影响。通常，结构构型仅传递弹性波，并且不受爆炸分离冲击的影响。 爆炸分离冲击的影响爆炸分离冲击的影响n微电子芯片结构完整性破坏所导致的装备失效；n继电器抖动所导致的装备失效；n电路板故障、电路板损伤和电连接器失效所导致的装备失效。有时，爆炸分离冲击可使电路板的多余物迁移，从而可能造成短路。n晶体、陶瓷、环氧树脂或玻璃封装中的裂纺和断裂所导致的装备失效。温度、湿度、振动、高度综合温度、湿度、振动、高度综合环境的影响环境的影响 n温度、湿度、振动和高度可以综合叠加产生以下故障，这些例子并不打算包括所有情况：n玻璃瓶和光学设备破裂（温度/振动/高度）n运动零部件的卡死或松动。（温度/振动）n部件分离。（温度/湿度/振动/高度）n参数漂移引起电子元件性能下降。（温度/湿度）n快速形成水或霜引起光电变得模糊或者机械故障。（温度/湿度）n爆破器材中固体小球或颗粒破裂。（温度/湿度/振动）n不同材料的不同收缩或膨胀。（温度/高度）n部件变形或破裂。（温度/振动/高度）n表面涂层开裂。（温度/湿度/振动/高度）n密封舱泄漏。（温度/振动/高度）n散热不充分引起故障。（温度/振动/高度）