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1. 簡介

加速壽命試驗的統一定義最早由美羅姆航展中心于1967年提出，加速壽命試驗是在進行合理工程及統計假設的基礎上，利用與物理失效規律相關的統計模型對在超出正常應力水平的加速環境下獲得的信息進行轉換，得到產品在額定應力水平下的特征可復現的數值估計的一種試驗方法。簡言之，加速壽命試驗是在保持失效機理不變的條件下，通過加大試驗應力來縮短試驗周期的一種壽命試驗方法。加速壽命試驗采用加速應力水平來進行產品的壽命試驗，從而縮短了試驗時間,提高了試驗效率,降低了試驗成本。

進行加速壽命試驗必須確定一系列的參數，包括(但不限于)：試驗持續時間、樣本數量、試驗目的、要求的置信度、需求的精度、費用、加速因子、外場環境、試驗環境、加速因子計算、威布爾分布斜率或β參數(β < 1表示早期故障，β> 1 表示耗損故障) 。用加速壽命試驗方法確定產品壽命，關鍵是確定加速因子，而有時這是最困難的。一般用以下兩種方法。

2. 方法

（1）現有模型。現有模型有：Arrhenius模型、Coffin-Manson模型和Norris-Lanzberg模型等。使用現有模型比用試驗方法來確定加速因子節省時間，并且所需樣本少，但不是很精確，且模型變量的賦值較復雜。

（2）通過試驗確定的模型(需要大量試驗樣本和時間) 。若沒有合適的加速模型，就需要通過試驗導出加速因子。先將樣本分成3個應力級別：高應力、中應力、低應力。制定試驗計劃確保在每一個應力級別上產生相同的失效機理。這是確定加速因子較精確的方法,但需要較長的時間和較多樣本。

3. 類型

按照試驗應力的加載方式，加速壽命試驗通常分為恒定應力試驗、步進應力試驗和序進應力試驗三種基本類型，如圖所示。它們分別表示了三種基本加速壽命試驗的應力加載歷程。

（1）恒定應力試驗(Constant-Stress Testing: CST)其特點是對產品施加的“負荷”的水平保持不變，其水平高于產品在正常條件下所接受的“負荷”的水平。試驗是將產品分成若干個組后同時進行，每一組可相應的有不同的“負荷”水平，直到各組產品都有一定數量的產品失效時為止。恒定應力試驗的應力加載時間歷程見圖 1(a)。

（2）步進應力試驗(Step-Up-Stress Testing: SUST)此試驗對產品所施加的“負荷”是在不同的時間段施加不同水平的“負荷”，其水平是階梯上升的。在每一時間段上的“負荷”水平，都高于正常條件下的“負荷”水平。因此，在每一時間段上都會有某些產品失效，未失效的產品則繼續承受下一個時間段上更高一級水平下的試驗，如此繼續下去，直到在最高應力水平下也檢測到足夠失效數(或者達到一定的試驗時間)時為止。步進應力試驗的應力加載時間歷程見圖 1(b)。

（3）序進應力加速壽命試驗(Progressive Stress Testing:PST)序進應力試驗方法與步進應力試驗基本相似，區別在于序進應力試驗加載的應力水平隨時間連續上升。圖 1(c)表示了序進應力加載最簡單的情形，即試驗應力隨時間呈直線上升的加載歷程。

4. 條件

若加速壽命與實用壽命的失效模式相同，即可運用加速壽命試驗。但實際上，有時失效模式相同，失效機理(Mechanism)卻不同，或即使失效機理亦相同，但失效判定條件或使用條件變動的話，加速性就變化。在長期的研發改進過程中，產品的設計或制造方法都可能發生變化，顧客的使用條件方可能發生變化；或是以規定的技術方法所生產的產品，也因存在無法控制的因素影響，造成失效機構的改變，這些都可能造成無法利用加速壽命試驗。例如，電子管的壽命滿足Arrhenius的關系式，所以可提高陰極溫度，實施加速壽命試驗。

例如，電視機用布朗管若使陰極溫度成為額定值的100%，可實施加速因子為2.2倍至3倍的加速壽命試驗。但不論是陰極溫度低于額定，或不從陰極取電流而使用電子管時，都會顯著減短壽命。兩者之失效模式都是電子放射不良，但其間的差異在于失效機理不同。電子管常因陰極活性物質的減少而使電子放射特性劣化，但陰極溫度減低的話，管內不純氣體的作用亦會使電子放射特性劣化;若不取電流而動作的話，陰極內部生成的中間層化合物電阻增大，亦使電子放射特性劣化，所以即使判定壽命的失效模式相同，失效機理也不同。故電子管須檢討實際使用時陰極溫度的偏差、間歇動作等條件，才能決定實施加速壽命試驗之方法。

5. 范圍

除了以上所提的問題外，在規劃加速壽命試驗時須綜合考慮下列問題，才能選定加速壽命試驗的條件，以決定其適用的范圍:

（1）施加應力之大小不同可能形成不同的失效模式，在此種情形下，應力加速法之使用受到限制。

（2）失效發生時間與施加應力強度之間，可能因應力大小之不同或因機械操作條件不同而有不同的關系，放在加速壽命試驗規劃之初，就應該注意到此種應力加速適用范圍的問題。

（3）可在若干不同的試驗方法及不同的失效分析基準之中，選用加速因子較大的方法，以較短試驗時間評估壽命的效用。

（4）產品在實地使用狀況下，應力的變動大，失效發生的條件方可因使用者不同而異;或即使是反應機構相同的失效，分散亦頗不均勻，因此利用實驗數據推定實際使用壽命時，應盡量指定累積失效率加以推定，以避免因數據不充足造成錯誤的分析。

6. 工程示例

某廠制造一種新型絕緣材料，為了獲得平均壽命的估計值，預計正常應力（工作溫度150℃）壽命試驗要進行兩萬小時左右，相當于要兩年多時間，一般工廠是承受不了的。從該絕緣材料的物理性能可知，適當地提高試驗溫度可以加速絕緣材料的老化，從而使擊穿時間提前到來，達到縮短試驗時間的目的。經研究選190℃，220℃，240℃和260℃等四個溫度水平作為加速應力水平，各獲得一組失效數據，然后再用統計方法估計各應力水平下的平均壽命，各應力下平均壽命如下表所示。

加速模型選為著名的阿倫尼斯模型：

該模型表示，隨著溫度水平的下降，平均壽命按指數上升。用最小二乘法對表中的數據進行擬合，不難得到其加速方程為
Lnθ=-3.6975+5675/T用T=150+273=423帶入上式可算得在150℃下的平均壽命θ為16624小時。 

7. 高加速壽命試驗和加速壽命試驗的比較

高加速壽命試驗不用于確定產品的壽命。因為我們關心的是使產品盡可能提高可靠性，可靠性量值的測定并不重要。然而，對于具有耗損時間的機械產品，盡可能準確地知道其壽命是非常重要的。高加速壽命試驗比起加速壽命試驗來，一個重要優勢就是在找尋影響外場使用的缺陷方面的速度較快。完成一個典型的高加速壽命試驗僅需2-4天，而且我們找尋的最終將變成外場使用問題的缺陷的成功率非常高。加速壽命試驗比起高加速壽命試驗的一個優勢是，我們不需要任何環境設備。通常，臺架上試驗就足夠了。并且許多情況下，在用戶的設施上就能進行該試驗。另一個好處就是試驗能同時確定產品的壽命，而這一點對高加速壽命試驗來說卻做不到。