Физика отказов

Заказать курсовую, контрольную работу, реферат, эссе по физике отказов

Физика отказов в слое оксида обусловлена развитием во времени следующих механизмов: инжекцией носителей заряда в диэлектрик и захватом электронов ловушками; ударной ионизацией в дефектных местах с повышенной напряженностью внутреннего поля; электрохимического разрушения диэлектрика под действием протекающего тока утечки и нарушения стационарного состояния в системе делокализованных электронов аморфного диэлектрика. Для большинства диэлектриков, используемых в качестве затвора в полевых приборах, реализуется смешанный механизм отказа.

Физика отказов, как это указано выше, настолько сложна, что еще не полностью завершен даже первый этап расчетов — отыскание закономерностей процесса разрушения материалов. Только для таких процессов разрушения, как усталость и для некоторых простейших видов износа и коррозии являются закономерности, описывающие протекания процесса во времени.

Физика отказов изучает необратимые процессы, приводящие к потере материалом начальных свойств при эксплуатации изделий. При этом основной особенностью этих исследований является рассмотрение всех явлений во времени.

Знание физики отказов позволяет при конструировании заложить необходимую (возможную) надежность изделия.

С точки зрения физики отказов нестабильность трения определяется несколькими группами факторов: окислением смазочного материала, его реологические свойства, растекания масла по поверхности, износом деталей, химическими превращениями подшипниковых материалов и т.

Особое внимание уделено физике отказов, определяющей необходимые конструктивные, технологические и эксплуатационные мероприятия по повышению, обеспечению и поддержанию надежности устройств и элементов, входящих в системы.

Заканчивая главу, посвященную физики отказов, следует еще раз подчеркнуть, что знание временных зависимостей, описывающих процесс повреждения и применение показателей, оценивающих степень повреждения материала изделия, является необходимым условием для решения задач надежности.

Исследование старения объектов МН на базе физики отказов позволяет оценивать долговечность линейной части МН на основе данных о долговечности труб и долговечности МН на этапе проектирования; управлять долговечностью МН в эксплуатационный период (например, путем профилактической замены труб и других элементов); оперативно повышать качество профилактического обслуживания объектов МН.

Испытания на надежность основываются на знании физики отказа. Для сокращения времени испытания на надежность находят применение ускоренные методы с форсированными режимами. Из механических испытаний на прочность наиболее универсальными ускоренными методами являются испытания на вибрационном режиме и ударом.

В то же время, если изучения физики отказов влияет на обоснование общесистемных мероприятий по обеспечению надежности (например, регламентацию ремонтов, диагностики, обслуживания), то соответствующие исследования могут быть включены в состав работ по системной надежности.

Вид закона распределения выбирают на основе анализа физики отказов объектов и (или) опыта обработки информации о надежности объектов. По опыту обработки многократно цензурированных выборок из генеральных совокупностей объектов, наиболее часто встречаются законами распределения: экспоненциальный, Вейбулла, нормальный и логарифмически нормальный. В книге приводятся сведения из теории надежности, физики отказов. Особое внимание уделено физике отказов, определяющей необходимые конструктивные, технологические и эксплуатационные мероприятия по повышению, обеспечению и поддержанию надежности устройств и элементов, входящих в системы.

Задачи исследования ставится в следующем виде: на базе физики отказов изучить влияние физических, химических, механических процессов на старение, найти зависимость между параметрами, характеризующими скорость изменения пластичности и вязкости сталей, и параметрами, определяющими долговечность объектов МН, например, линейной части. Результаты исследования должны использоваться для принятия обоснованных и конкретных мероприятий, направленных на повышение долговечности конструкций — системы МН при заданных условиях эксплуатации.

Ограничение области применения этого подхода связано с недостаточной изученностью физики отказов. Имеющиеся результаты позволяют построить такие модели, когда есть только одно изолированное или, по крайней мере, доминирующее влияние. В то же время в условиях эксплуатации на изделия часто одновременно действует несколько различных зависимых факторов. Представляет также сложность определения характеристик случайного процесса изменения внешних воздействий. Несмотря на это первый метод имеет ограниченное применение, однако в некоторых случаях, особенно, когда есть одно доминирующее влияние, связь между этим влиянием и время безотказной работы простая, а характеристики влияния как случайного процесса легко поддаются определению, его можно с успехом применять.

При определении вида и режимов нагрузки необходимо четко представлять физику отказов. Так, если при испытании германиевого транзистора увеличить температуру до 200 С, то в результате химического распада соединений состоится внезапный отказ всей выборки, не имеет места при низкой температуре. Обычно все виды испытаний в условиях форсированных режимов основанные на интенсификации физико-химических процессов, вызывающих отказы.

Второе направление, возникшее в машиностроении, связанное с изучением физики отказов (износа, усталостной прочности, коррозии), с разработкой методов расчета на прочность, износ, теплостойкость и др., С применением технологических приемов, обеспечивающих необходимую надежность машины.

Информация о сроках службы может быть получена либо аналитически с использованием закономерностей физики отказов (гл. Тр (см. Рис. 73), который значительно меньше всего периода эксплуатации машины. Полученные сроки службы должны быть скорректированы с учетом системы ремонта (см. Гл.

В § 4 был описан метод построения модели потока отказов, который использует знания физики отказов.

Седьмая, восьмая и девятая главы посвящены расчета надежности систем методами, известными в теории надежности как Физика отказов. в седьмой главе рассмотрена модель расчета надежности параметр поле допуска, а в восьмой — модель погрузки-несущая способность. В этих главах подробно рассказано о принципах, положенные в основу определения характеристик надежности, математических зависимостей для расчета надежности, преимущества и необходимых исходных данных моделей. Девятая глава содержит методы оценки и прогнозирования долговечности объектов.

В основу решения задачи управления долговечностью могут быть положены методы базируются на некоторых физических моделях теории надежности (физика отказов), аппарате статистической физики (при описании термодинамических процессов в материалах трубопровода) и физики твердого тела, позволяющие адекватно описать процессы старения металла трубопровода.

Естественно, что такая (система контроля качества должна базироваться на комплексе методов разрушающего и неразрушающего ющих испытаний при обязательном исследовании физики отказов. Теория надежности является комплексной дисциплиной и состоит из таких разделов, как математическая теория надежности, надежность по отдельным физическим критериям отказов ( физика отказов), расчет и прогнозирование надежности, мероприятия по повышению надежности, контроль надежности (испытания, статистический контроль, организация наблюдений) и техническая диагностика, теория видно влення, экономика надежности.

Если до сих пор, как правило, в основе разработок были статистические методы, то для ближайших десятилетий будет характерна более интенсивная разработка методов прогнозирования надежности на основе физики отказов и возрастает роль механики и технологии для создания работоспособных машин и приборов. Выход параметров качества за допустимые пределы является наиболее характерным видом отказов современных машин.

Одним из перспективных подходов к решению задачи обеспечения оптимальной надежности систем высокой безотказности, к которым относится МН, информация о надежности которых имеет низкую достоверность, является подход, основанный на положениях физики отказов.

Помещено работы по общим вопросам теории надежности сложных систем (взаимосвязь надежности, долговечности и точности; эффективность функционирования сложных систем; оптимальные методы управления случайными процессами), приводятся методы расчета сложных систем (оптимальные методы поиска неисправностей, оценка канальной надежности, автоматизированные пред-рабочие проверки, оптимальные границы для контрольных допусков, асимптотический метод оценки надежности сложных систем, оценка надежности методами статистического моделирования, побудо а нижней доверительной границы для вероятности безотказной работы системы по результатам испытаний ее компонент), рассмотрим также вопросы физики отказов и ускоренных испытаний.

Весь расчет может производиться в следующем яоряд-ке. На основании изучения физики отказов, развитого в работах [24-28], определяется зависимость закона распределения времени безотказной работы от постоянных во времени воздействий. Далее находится закон распределения этой случайной величины при детермин-ров меняются во времени воздействиях. Затем строится поток отказов при детерминированных воздействиях, определяются его характеристики.

В книге приводятся сведения из теории надежности, физики отказов. Особое внимание уделено физике отказов, определяющей необходимые конструктивные, технологические и эксплуатационные мероприятия по повышению, обеспечению и поддержанию надежности устройств и элементов, входящих в системы.

Книга является учебным пособием для вузов. Основное внимание уделено физике отказов, определяющей необходимые конструктивные, технологические t эксплуатационные мероприятия по повышению и сохранению надежности устройств и элементов, входящих в системы. Приводятся элементарные сведения о расчете надежности невосстанавливаемых систем и об оценке их по результатам испытаний.

необходимо трансформировать общие решения для отдельных категорий машин, учитывая их специфику. Надо активнее использовать достижения физики отказов и стимулировать получение таких зависимостей, которые могут быть основой при построении моделей отказов. Следует шире использовать возможности ЭВМ при прогнозировании надежности. Разработки, связанные с созданием комплексных программ обеспечения надежности, технологическим аспектом надежности, испытанием на надежность, и другие требуют своего развития и совершенствования.

Эта гипотеза базируется на положениях физики отказов объектов МН и, как показала проверка ее по принципу Гёделя, непротиворечивая.

Можно установить, что, с одной стороны, МН является технологической системой, эксплуатируется в сменном режиме с зависимыми от режима условиями функционирования элементов. С другой стороны, в соответствии с положениями физики отказов, рост дефектов зависит (определенным образом) от уровня загрузки объектов МН, малоцикловая режимы (которые можно связать с вариабельностью загрузки) также усиливают рост дефектов. Эти механизмы воздействия (невлияния) загрузка на надежность следует учитывать при постановке общей задачи.

Аналогично вводится коэффициент нагрузки и при расчете вероятности безотказной работы. Интенсивно проводятся в настоящее время исследования физики отказов, связывающие характеристики надежности с условиями работы, дают все больше исходных данных для таких расчетов. Надежность тепловозов зависит от большого количества факторов, действие которых может привести к отказам. Изучение таких факторов, называемое анализом физики отказов [2], необходимо и обязательно для эффективного управления надежностью. Результаты таких анализов нужны на всех стадиях создания и использования новых типов тепловозов, а также при модернизации серийных локомотивов и элементов их оборудования. При этом под причиной отказа тепловоза следует понимать явления, процессы, события и состояния, обусловивших возникновение отказа, а под следствием — обусловлены возникновением отказа.

Эта книга есть опыт построения учебного пособия по курсу — Основы теории и расчета надежности для инженерных специальностей. В ней излагаются необходимые сведения по математическим вопросам теории надежности, физики отказов, особенностям отказов наиболее часто встречающихся видов электрических компонентов, основные сведения по структурной надежности, методам испытаний и оценки надежности по результатам эксплуатации.

Иногда лучшие результаты достигаются тогда, когда все испытания проводятся строго и независимо от степени ухудшения образцов в результате испытаний. Прошедшие испытания образцы передаются в подразделение надежности для проведения предельных испытаний или испытаний к разрушению с целью изучения физики отказов или других факторов, относящихся к надежности. Частота отбора проб для оценочных испытаний производственного процесса изменяется в широких пределах, но она, как правило, устанавливается такой, чтобы элементы каждого типа испытывались по крайней мере один раз в месяц. Если выпуск элементов данного типа длится долго, то этот срок постепенно увеличивается до двух месяцев, при условии что производственный процесс будет стабильным и хорошо контролируемым. Как проверяются параметров и используемых внешних факторов берутся те,

Функциональная зависимость, хотя и абстрагирует действительность и только с определенной степенью приближения отражает физическую сущность процесса, но позволяет прогнозировать возможный ход процесса при различных ситуациях. Так, например, подстановка в уравнение (1) средних значений аргументов дает представление о математическом ожидании случайной функции, описывающей процесс, а по дисперсии случайных аргументов можно оценить и дисперсию случайного процесса (см. Гл. Поэтому Физика отказов, которая изучает закономерности изменения свойств материалов в условиях их эксплуатации, является основой для изучения и оценки надежности машин.

Приводятся методы расчета и экспериментальной оценки надежности радиоэлектронной аппаратуры, работающей в циклическом и непрерывном режимах работы. Рассматриваются влияние включений и приведены некоторые рекомендации по защите от воздействия переходных процессов в устройствах. Излагаются вопросы физики отказов радиоэлектронной аппаратуры.

Приведенный пример, а именно описание одной из подсистем ПГА — затвора, свидетельствует о необходимости привлечения к решению задач обеспечения надежности смежных научно-технических дисциплин и их приложений для создания действительно надежных и экономичных изделий. Изучение физических (физико-химических) закономерностей, лежащих в основе причинно-следственной цепочки событий, приводящих к отказам, дает возможность использовать эту информацию как эффективный инструмент в работах по обеспечению надежности. При этом необходима такая методология изучения физики отказов, которая помогла: построить целостную картину изучаемых объектов, конструктивных исполнений и эксплуатационных условий; учитывать зависимость состояния объекта (ПГА) от состояния его частей и наоборот; учитывать связь исследуемого ‘ объекта (ПГА) с внешней средой [наряду с системным понятием внешняя среда далее будут применены термины рабочая и окружающая среда; рабочая среда (поток материалов) является внешней средой по отношении к ПГА как системе, управляющей средой; окружающая среда — это также внешняя среда, соприкасающаяся с ПГА с наружной стороны], имея в виду под этим термином комплекс внешних воздействий, включая полезную функцию, выполняемую ПГА.

Однако растущая функциональная сложность микроелек-тронной аппаратуры, различные области применения микросхем, повышение степени интеграции элементов требуют повышения надежности микросхем. Технические пути повышения надежности могут быть различными: развитие научных основ проектирования изделий (аппаратуры) с целью обеспечения заданных требований к надежности и долговечности и принятие ряда мер по совершенствованию методов конструирования, улучшение технологии, применение более надежных (материалов и комплектующих изделий, использование специальных приемов, исследуемых теорией надежности (например, резервирование) и др. Результаты испытаний микросхем на надежность и прогнозирования надежности показывают, что полезным ин трументом для повышения надежности микросхем, особенно тех, которые должны иметь высокую надежность, является анализ отказов.

Это направление является ключевым для решения основных задач, связанных с оценкой надежности на стадии проектирования и наличии опытного образца машины. для различных категорий машин необходимо дальнейшее развитие и воплощение идей о прогнозировании надежности на основе моделей отказов, основанные на закономерностях процессов повреждения (физики отказов) с учетом их вероятностной природы. Перспективным является использование методов статистического моделирования, когда учитываются возможные характеристики режимов и условий работы машины, внешних воздействий и протекающих процессов старения. Особенно актуальны еще недостаточно разработаны методы прогнозирования надежности с учетом процессов износа, которые являются основной причиной отказов многих машин. Особую проблему представляет изучение надежности комплексов машина — автоматическая система управления,

Для количественного описания отказов вводятся математические модели — функции распределения вероятностей различных интервалов времени, отражающие процессы функционирования изделий и их элементов. В настоящее время используется небольшое число математических моделей отказов, внезапных и постепенных (износовые), которые не охватывают всех, иногда даже и основных взаимосвязей (с точки зрения надежности), имеющих место в аппаратуре. Однако без таких моделей построение содержательной и конструктивной теории вообще невозможно. Пригодность модели отражает уровень наших знаний о физике отказов.

В то же время, как доказано экспериментально, функциональная сложность ИМС слабое влияние — — ет на их надежность, что обусловлено интегрально-групповой технологии изготовления микросхем. Этого также не учитывают рассмотрены методики расчета. И наконец, статистические методы расчета базируются на статистике фиксации отказов отдельных элементов ИМС без анализа механизмов и причин отказов. Поэтому они нуждаются в совершенствовании по мере изучения физики отказов ИМС. В настоящее время статистические методы расчета надежности применяются для сравнительной, ориентировочной оценки надежности альтернативных решений при выборе варианта проектируемой ИМС, а также для сравнения надежности проектируемой ИМС с имеющимися аналогами. При таких расчетах абсолютная ошибка расчета не играет большой роли и не пред ‘

На этапе производства обеспечивается применение прогрессивных методов технологии операционного и выходного контроля и отбраковочного испытаний, автоматизации производства и контроля. На этапе испытаний применяют более совершенные методы ускоренных и долгосрочных испытаний и анализа информации. На этапе эксплуатации основным фактором повышения надежности является правильное применение микросхем и организация периодической профилактики радиоэлектронной аппаратуры. Важнейшим средством обеспечения и повышения надежности на всех перечисленных этапах является изучение физики отказов.