МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ
ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Тимошенков С.П.
Учебно-методические разработки для самостоятельной работы студентов по курсу:
“Испытание микросистем ”
Москва 2007 г.
Аннотация.
В данном пособии представлены современные методы и средства испытаний микросистем, приведены основные понятия и определения в области испытания, систематизации видов испытаний, структуры программ и методик. В состав пособия входят также вопросы для самостоятельной проработки материала.
Содержание:
Введение. 4
1. Общие сведения об испытаниях и контроле; их особенности и различия. 5
2. Виды испытаний. Испытания физические и модельные. 10
2.1 Систематизация видов испытаний по основным признакам 12
2.2 Программа и методика испытаний 14
2.3 Испытания на различных стадиях жизненного цикла изделия 15
2.3.1 Испытания на стадии проектирования 15
2.3.2 Испытания на стадии доводки 16
2.3.3 Производственные испытания 17
2.3.4 Испытания на стадии эксплуатации 17
2.3.5 Испытания после ремонта 18
3. Основные виды внешних воздействующих факторов 20
4. Механические испытания конструкционных материалов. 25
4.1 Испытания на растяжение, сжатие, изгиб и кручение. 25
5. Испытания изделий на воздействие вибрационных нагрузок. 33
5.1. Действие вибрации на технические объекты. 33
5.2. Основные цели и особенности проведения вибрационных испытаний 34
5.3. Основные методы вибрационных испытаний 37
6. Испытания изделий на воздействие ударов. 48
6.1 Действие механических ударов на изделия. 48
6.2. Основные характеристики ударных процессов. Понятие об амплитудном и ударном спектрах 48
6.3. Методы испытаний на воздействие ударов 51
6.4. Средства испытаний изделий на удар. 54
7. Методы и средства акустических испытаний. 58
7.1. Действие акустических нагрузок на технические объекты. 58
7.2. Виды и порядок проведения акустических испытаний 59
7.3. Оборудование для акустических испытаний. 61
8. Средства измерения, анализа и регистрации вибрационных, ударных и акустических процессов. 64
Введение.
В данном курсе представлены современные методы и средства испытаний микросистем. Приведены основные понятия и определения в области испытания, систематизации видов испытаний, структуры программ и методик.
Представлены статистические методы контроля надежности с использованием оперативных характеристик и планов испытаний, особенности проведения контрольных испытаний на надежность. Предложена классификация и особенности внешних возмущающих факторов.
При создании современных изделий и материалов необходимо четко представлять основные факторы, воздействующие на них в процессе эксплуатации. Эти сведения необходимы при моделировании внешних воздействий как в процессе создания новых материалов и изделий, так и при испытаниях и оценке качества готовой продукции. Задача испытательной техники состоит в том, чтобы максимально приблизить условия испытаний к экстремальным условиям эксплуатации и количественно определить изменение в этих условиях основных свойств и характеристик изделий и материалов.
1. Общие сведения об испытаниях и контроле; их особенности и различия.
На всех этапах создания и эксплуатации любой продукции обязательными являются испытания и контроль как единицы продукции в целом, так и ее составляющих (деталей, узлов, агрегатов). Например, без многократных испытаний и контроля разработка изделия не выходит на следующий этап. Все расчетные оценки, как правило, подтверждаются данными испытаний [1].
Испытания есть экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него, при его функционировании, при моделировании объекта и (или) воздействий. Определение характеристик включает оценивание и (или) контроль и выполняется с использованием методов испытаний (test methods), содержащих принципы и средства испытаний и правила их применения. Здесь и далее в скобках даны эквиваленты основных терминов на английском языке.
Разработка и развитие методов испытаний направлены на решение двух укрупненных задач:
совершенствования методов и средств экспериментального определения стандартных характеристик свойств объектов, используемых для их сравнительной оценки;
изучения методов и средств испытаний для определения критериальных (предельных) значений характеристик поведения объектов, используемых при расчетных оценках их состояния.
Методы и средства испытаний определяются видом испытаний, в частности видом воздействий (механические, термические, электрические, химические, климатические и т.д.) И определяемыми характеристиками объектов (надежность, безопасность, транспортабельность и др.).
Испытания могут проводиться путем использования измерений, анализов, диагностирования или органолептически (т.е. c помощью органов чувств), а также путем регистрации определенных событий при испытаниях (отказы, повреждения, разрушение) и т.д.
Важными признаками испытаний являются принятие на основе их результатов определенных решений и задание определенных условий испытаний (реальных или моделируемых), под которыми понимается совокупность воздействий на объект испытаний и режимов функционирования этого объекта.
Объект испытаний (item under test) - различные виды продукции, которые можно разделить на материалы и изделия (машины, конструкции, приборы, аппараты или их детали и элементы). Важнейшим признаком объекта испытаний является то, что по результатам его испытаний принимается решение (пригодность или непригодность для последующих испытаний или эксплуатации, серийного производства и др.).
Объектом испытаний может быть либо единичное изделие, либо партия изделий, подвергаемая сплошному или выборочному контролю. Например, испытаниям подвергается выборка объемом n из партии, состоящей из N изделий (N > n) и результаты испытаний распространяются на всю партию. В этом случае объектом испытаний является вся партия объемом N изделий.
Испытываться может макет или модель изделия, тогда решение по результатам испытаний может относиться непосредственно к макету или модели. Однако если при испытаниях какого-либо изделия некоторые его элементы заменяются макетами, то объектом испытаний остается само изделие. Например, при испытаниях изделий на прочность и долговечность взрыво- и пожароопасные элементы, как правило, заменяются их массогабаритными макетами, а сами элементы испытываются отдельно по специальным программам.
Определение характеристик объекта испытаний может проводиться как при его функционировании, так и при отсутствии функционирования, при наличии воздействий, до или после их приложения.
Принято различать испытания изделий и материалов.
Испытания материалов - определение свойств материалов с помощью специальных машин, приборов, приспособлений при различных температурах, влажности, уровнях облучения, наличии агрессивных сред и т.д. Испытания материалов различают по видам - механические, физические, химические, структурные.
Механические испытания состоят в определении характеристик жесткости, прочности, усталости, ползучести, износа, длительной прочности, ударной вязкости, трещиностойкости и других при различных видах деформаций (растяжении, сжатии, изгибе, кручении, сдвиге), в условиях статического, ударного или вибрационного нагружения.
Физические испытания - определение электрической проводимости, теплопроводности, магнитных свойств и др.
Химические испытания - определение химического состава, коррозионной стойкости и др.
Структурные испытания - определение макро- и микроструктуры, кристаллической структуры и т.д. Наиболее перспективными здесь являются неразрушающие методы испытаний.
Испытания изделий (машин, конструкций, приборов, аппаратов или их деталей и элементов) состоят в экспериментальном определении конструктивных и эксплуатационных свойств для установления их соответствия техническим требованиям или для опытного изучения процессов, происходящих в изделиях.
Возможные виды испытаний принято группировать по их признакам. Испытания могут иметь два и более признаков, тогда наименование испытаний включает перечисление этих признаков видов испытаний.
Среди признаков видов испытаний следует отметить следующие:
назначение (исследовательские, контрольные, сравнительные, определительные);
условия и место проведения (лабораторные, стендовые, полигонные, натурные, эксплуатационные);
продолжительность (нормальные, ускоренные, сокращенные);
вид воздействия (механические, термические, электрические, химические, биологические, радиационные, климатические и др.);
результат воздействия (разрушающие и неразрушающие, на * прочность, стойкость, устойчивость);
определяемые характеристики (на надежность, безопасность, транспортабельность и др.).
Перечисленные признаки целиком относятся к испытаниям изделий и частично к испытаниям материалов.
Если характеристики свойств объекта при испытаниях не оцениваются, а только контролируются, то испытания сводятся к контролю.
Основы современных систем контроля были разработаны в 20-е - 30-е годы XX в. Были разработаны статистические методы контроля, введены такие основные понятия, как риск поставщика, риск заказчика, вероятность приемки партии изделий, допустимый процент брака в партии изделий, оперативная характеристика контроля.
Основные термины и определения, относящиеся к контролю, установлены стандартом ГОСТ 16504-81. Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Применение терминов-синонимов стандартизованного термина - недопустимо. В данном стандарте приведены также эквиваленты терминов на английском и французском языках.
Контроль (inspection) - установление соответствия характеристик объекта заданным требованиям. Обычно этим термином определяют технический контроль, т.е. Проверку соответствия изделий установленным техническим требованиям.
Объектами технического контроля являются предметы труда (материалы, изделия, техническая и технологическая документация и т.п.), средства труда (инструменты, приборы, оборудование), технологические процессы разработки, производства, применения, транспортирования, хранения, технического обслуживания и ремонта продукции. Примером здесь является контроль точности изготовления детали по размерам.
Другим, более общим, видом контроля является контроль качества продукции, состоящий в контроле количественных и (или) качественных характеристик свойств продукции и ее составных частей в соответствии с ее назначением. Качество продукции определяется при одновременном рассмотрении и оценке технических, экономических, эксплуатационных, конструкторско-технологических параметров, норм надежности, художественно-эстетических, эргономических и экологических свойств. Например, контроль качества бытовых товаров с точки зрения пожаробезопасности, безвредности.
Контроль качества осуществляется специальными производственными подразделениями.
Вопросы для самопроверки:
Какова цель проведения испытаний?
Как могут проводиться испытания?
Что понимают под объектом испытаний?
Что понимают под испытанием материалов?
Какие существуют виды испытания материалов? Дайте определения каждого вида.
Что понимают под испытанием изделий?
Что такое контроль?
Что является объектом технического контроля?