Analisando os Dados de um Ciclo Térmico com um Teste de Vida Acelerado Quantitativo

Quebrar o Ciclo em Estresse Constituinte

Para compreender porque é necessário quebrar o ciclo térmico em estresse constituinte ao invés de tratá-lo como um único estresse variando com o tempo, nós precisamos considerar como o estresse foi realizado para torná-lo matematicamente relativo a aplicação física. Considere a função do ciclo térmico mostrado na Figura 1.

Figura 1: Estresse de Ciclo Térmico Senoidal

A Figura 1 ilustra um estresse com ciclo térmico senoidal. Durante o ciclo, a temperatura cai abaixo do eixo-x, mas o que isso implica realmente? Se a temperatura ao longo do eixo-x for ambiente, quando a temperatura cai abaixo do eixo-x o componente que está no teste, está sendo forçado por uma temperatura menor do que a ambiente (temperatura fria).  Em geral, um menor estresse implica em uma vida maior, mas quando consideramos uma temperatura mais fria, essa suposição não pode ser tomada como válida. É muito possível que um estresse com uma temperatura mais fria possa realmente ter um efeito adverso maior na vida do que altas temperaturas. Assim um ciclo térmico precisa ser representado de uma outra maneira. Uma vez que, olhando para Figura 1 para identificar algumas das propriedades da função você pode ter algumas forças. A amplitude, ou mais especificamente, a diferença entre as altas e baixas temperaturas são uma daquelas propriedades. O período, que representa o tempo para completar o ciclo é outro. Em particular, você quer saber o tempo no qual leva para ir de alta temperatura à temperatura baixa ou versa vice. Em outras palavras, há dois estresses neste caso que impactaria na vida do produto: a diferença entre a alta e baixa temperatura e o tempo que demora para ocorrer a diferença. Um exemplo disso é mostrado na Figura 2, onde T_H e T_L são a alta e baixa temperatura, respectivamente, DT é a diferença entre a alta e a baixa temperatura e CT é o tempo que demora para passar da alta para baixa ou da baixa para alta temperatura.  

Figura 2: Ciclo Térmico definido com dois estresses constantes

Conseqüentemente, enquanto o tempo do ciclo aumenta, a freqüência do ciclo térmico diminui. Definindo um ciclo térmico nesta maneira, a pessoa estará representando corretamente o efeito que o estresse tem na vida do componente, não implicando que o componente se torne melhor enquanto o estresse diminui. Note que, nesse caso, ambos os estresses são estresses constantes. Deve-se indicar que isto poderia também ser expandido se variáveis adicionais estivessem presentes ou o perfil fosse diferente.  

Exemplo com Ciclo Térmico e Voltagem 

Vamos considerar um teste de vida acelerado com 72 unidade testadas até a falha com o tempo medido em horas. O ciclo térmico (temperatura medida em Kelvin) e voltagem (V) são aplicadas no estresse, onde o estresse de ciclo térmico é uma função senoidal com amplitude e período constante. As 72 unidades são divididas em 4 grupos de 18 unidades em cada grupo em diferentes compartimentos com condições de estresse diferentes. As condições dos testes para cada compartimento são mostradas na Tabela 1.

Tabela 1: Compartimentos com as condições dos testes

Os dados de falhas são apresentados na Tabela 2.

Tabela 2: Dados do Teste Acelerado

Para o primeiro nível do estresse, a diferença entre a maior e menor temperatura é 40k e o ciclo tem duração de 12 horas (da maior para menor temperatura ou vice-versa). O segundo, terceiro e quarto níveis de estresse  podem ser interpretados da mesma forma. O conjunto de dados são inseridos no ALTA 6 PRO e os parâmetros são estimados usando e distribuição de vida Weibull e a relação estresse-vida Log-Linear Geral (com uma transformação recíproca na temperatura, nenhuma transformação no tempo do ciclo e uma transformação logarítmica na tensão), como mostrado na Figura 3.

Figura 3: Entrada dos Dados do Teste de Vida Acelerado no ALTA 6 PRO
(Note que nem todos os pontos são visíveis)

Como pode-se ver, há três colunas de estresse na janela dos dados, junto com a coluna de tempo até a falha. O primeiro estresse define o ciclo térmico e a última coluna com estresse representa a voltagem aplicada. O gráfico de Vida x Estresse pode ser utilizado para determinar qual estresse apresenta o maior impacto na vida dos componentes. O gráfico de Vida x Estresse para as três variáveis de estresse é mostrado na Figura 4-6.

Após ter examinado os gráficos, você observará que a tensão tem o efeito total mais grande na vida do componente. Porém, no que diz respeito ao estresse dando um ciclo térmico, a diferença entre a alta e baixa temperatura não tem basicamente nenhum efeito em todos. Como o tempo do ciclo aumenta, aumenta a vida dos aumentos componentes. Mas como isso pode ser? A vida aumenta com o estresse? Ou a estresse está realmente aumentando? Um aumento do ciclo indica uma freqüência mais lenta, que significa que a temperatura está mudando em uma taxa muito mais lenta. Conseqüentemente, mais lenta a taxa de mudança na temperatura, menor é o choque no componente. De modo que o tempo do ciclo aumenta, o estresse que o componente está tendo realmente diminui. Outros resultados, incluindo o "uso dos resultados nivelados", podem também facilmente serem obtidos uma vez que o seus parâmetros tenham sido estimados e o modelo tenha sido ajustado.

Quando o teste todo mencionado é concluído, um conjunto de dados de um teste acelerado com um ciclo térmico foi analisado e tratado como um ciclo térmico com dois estresses constantes. Analisando os dados desta maneira dando-lhe as informações detalhadas a respeito de como o componente sob o teste está sendo afetado pelas totais condições do teste. As condições do teste podem então ser melhoradas para conduzir um teste acelerado mais eficiente e agora você tem informações específicas para indicar que o estresse está fazendo com que o componente falhasse.

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