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研究生： 石逸群
Yi-Xiung Shen
論文名稱： 累積失效與可靠度關係之探討
指導教授： 王國雄
Kuo-Shong Wang
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 機械工程學系
Department of Mechanical Engineering
畢業學年度： 88
語文別： 中文
論文頁數： 74
中文關鍵詞： 累積失效模式 、韋伯模式 、初始可靠度
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    • 而在研究可靠度問題時，可將可靠度問題分為二類：1.可靠度在設計規格方面的問題2.可靠度在壽命方面的問題。所謂在設計規格方面的可靠度問題，為考慮系統某部分之設計參數為隨機變數，造成可靠度之行為產生變化，如產品設計參數及製程設計參數等，其規格影響可靠度之退化行為。而在可靠度的壽命問題上，則可由供需觀點，根據應力(需求)-強度(供給)的改變，而造成可靠度行為變化，如系統強度隨著應力的作用時間增長而減弱，而使可靠度退化。傳統上在分析上述二類可靠度問題時，可以常態分佈、韋伯分佈或其他分佈形式描述。本文則以累積失效模式分析此二類可靠度問題，即以累積的觀點建立之可靠度模式描述可靠度退化，並分析累積失效模式與韋伯模式之異同。
    在可靠度的分析中，韋伯模式現已為各界廣泛的應用，但以可靠度做為失效率函數之獨立變數，建立可靠度之失效模式乃屬少數，由於本研究室所發展出之累積失效模式在描述系統可靠度退化時，其失效率函數之累積效應有明顯之優點，故本文將闡述累積失效模式與韋伯模式之異同，冀望假以時日，此累積失效模式能廣泛被應用於學術及工程各界。

    目錄 摘要………………………………………………………………..………………………I 目錄………………………………………………………………………..……………...II 表目錄…………………………………………………………………………………IV 圖目錄…………………………………………………………………………………VI 符號說明………………………………………………………………………………VIII 第一章 緒論…… ………………………………………………………………………..1 1.1研究動機與背景………………………………………………………………………1 1.2文獻回顧………………………………………………………………………………2 1.3研究範圍………………………………………………………………………………2 第二章 可靠度計算方法及失效率理論…………………………………………………4 2.1可靠度計算方法………………………………………………………………………4 2.1.1應力-強度干擾理論……………………………………………………………4 2.1.2二次矩法……………………………………………………………………….7 2.1.3蒙地卡羅法…………………………………………………………………….8 2.2失效率理論……………………………………………………………………………8 第三章 可靠度壽命問題之探討………………………………………………………13 3.1浴缸型失效模式之討論……………………………………………………………13 3.2可靠度退化模式………………………………………………………………….….14 3.2.1韋伯可靠度退化模式……………………………………………………...…14 3.2.2韋伯模式的應用……………………………………………………………...15 3.2.3累積失效模式………………………………………………………………17 3.2.4累積失效模式在壽命問題上之應用範例…………………………………...19 3.3可靠度曲線之正規化………………………………………………………………..20 3.3.1累積失效模式之正規化……………………………………………………20 3.3.2韋伯模式之正規化…………………………………………………...………20 3.4以累積失效模式嵌合韋伯模式……………………………………………………21 第四章 與設計規格有關之初始可靠度問題…………………………………………..45 4.1實例驗證……………………………………………………………………….…….45 4.1.1範例一…...……………………………………………………………………45 4.1.2範例二…….……………………………………………………………..……47 4.1.3範例三…...……………………………………………………………...…….49 第五章 結論與建議……………………………………………………………………..61 參考文獻……………………………………………………………….. ………….……63 附錄………………………………………………………………………………………66 表目錄 表3.1 平均壽命預估公式參數表………………………………………………………26 表3.2 平均壽命預估公式誤差值(e=1e-12)……………………………………………27 表3.2(續) 平均壽命預估公式誤差值(e=1e-12)………………………………………28 表3.3 平均壽命預估公式誤差值(e=1e-10)……………………………………………29 表3.3(續) 平均壽命預估公式誤差值(e=1e-10)……………………………………….30 表3.4 平均壽命預估公式誤差值(e=1e-8)……………………………………………..31 表3.4(續) 平均壽命預估公式誤差值(e=1e-8)………………………………………..32 表3.5 一組汽車受腐蝕因素所造成失效的原始數據[4]…………………………….33 表3.6 一組汽車受腐蝕因素所造成失效經過計算後之可靠度與失效率[4]……….33 表3.7 固定c/e=1000,n=1時，不同狀況下之參數值與其平均壽命…………………33 表3.8 固定m值時，不同的尺度參數與其平均壽命…………………………………33 表3.9 對應正規化後韋伯曲線之累積失效模式參數(e值固定1e-8)………………34 表3.10 對應正規化後韋伯曲線之累積失效模式參數(e值固定1e-5)………………35 表4.1 平面二軸彈性試片在不同表面狀況下的強度特性[15]………………………52 表4.2 平面二軸彈性試片試驗數據(STS)[15]…………………………………………52 表4.3 圓柱中心彈性試片試驗數據(STS)[15]…………………………………………52 表4.4 圓柱中心彈性試片經第二次等向性蝕刻後之試驗數據………………………53 表4.5 圓柱中心彈性試片試驗結果[15]………………………………………………53 表4.6 文獻[15]之Weibull參數與其對應之累積失效模式參數……………………54 表4.7 在不同製程下，累積失效模式嵌合參數值……………………………………54 表4.8 文獻[16]中各隨機變數之平均值………………………………………………54 表4.9 因煞車失效，在不同路況影響下累積失效模式嵌合參數值…………………54 表4.10 因滑動失效，在不同迴轉半徑下累積失效模式嵌合參數值…………………55 表4.11 因傾覆失效，在不同迴轉半徑下累積失效模式嵌合參數值…………………55 表4.12 在不同隨機參數公差下由數值模擬計算之可靠度數據[17]………………55 表4.13 在不同隨機參數公差下累積失效模式嵌合參數值…………………………56 圖目錄 圖2.1應力-強度干擾示意圖一………………………………………………………10 圖2.2應力-強度干擾示意圖二………………………………………………………10 圖2.3應力-強度干擾示意圖三………………………………………………………11 圖2.4應力-強度干擾示意圖四………………………………………………………11 圖2.5簡化變數域中失效區域與可靠度指標示意圖………………………………12 圖3.1區分成三個時期之浴缸型曲線…………………………………………………36 圖3.2區分成二個過程之浴缸型曲線…………………………………………………..36 圖3.3(a)汽車底部腐蝕範例之可靠度行為[4]………………………..………………37 圖3.3(b)汽車底部腐蝕範例之失效率行為[4]………………………..………………37 圖3.4不同參數下之累積失效模式可靠度曲線………………………………………38 圖3.5不同參數下之累積失效模式經正規化後可靠度曲線…………………………38 圖3.6不同尺度參數下之韋伯模式可靠度曲線………………………………………39 圖3.7不同尺度參數下之韋伯模式經正規化後可靠度曲線…………………………39 圖3.8(a)兩模式之可靠度曲線性質比較………………………………………………..40 圖3.8(b)兩模式之失效率函數曲線性質比較………………………………………….40 圖3.9不同形狀參數下之韋伯模式經正規化可靠度曲線……………………………41 圖3.10不同e值下嵌合m=10之韋伯模式可靠度曲線所得之累積失效模式可靠度曲線…………………………………………………………………………………………41 圖3.11不同e值下嵌合韋伯模式可靠度曲線所得之累積失效模式可靠度曲線…….42 圖3.12 AE模式與累積失效模式對應韋伯模式正規化後可靠度曲線(m=2)之嵌合情形…………………………………………………………………………………………42 圖3.13 AE模式與累積失效模式對應韋伯模式正規化後可靠度曲線(m=5)之嵌合情形…………………………………………………………………………………………43 圖3.14 AE模式與累積失效模式對應韋伯模式正規化後可靠度曲線(m=8)之嵌合情形…………………………………………………………………………………………43 圖3.15韋伯可靠度模式較難描述之可靠度行為………………………………………44 圖4.1 STS DRIE Silicon試片之可靠度退化行為……………………………………57 圖4.2 STS RHFS試片之可靠度退化行為……………………………………………57 圖4.3 RHFS+wet etch試片之可靠度退化行為………………………………………58 圖4.4 RHFS+dry etch試片之可靠度退化行為………………………………………58 圖4.5因煞車失效，在不同路況影響下之可靠度行為…………………………………59 圖4.6因滑動失效，在不同迴轉半徑下之可靠度行為…………………………………59 圖4.7因傾覆失效，在不同迴轉半徑下之可靠度行為…………………………………60 圖4.8範例三在不同公差下之可靠度行為……………………………………………60

    [1] 王國雄，沈盈志，柏恆仁，”系統可靠度退化模式之探討”，中華民國第一屆可靠度與維護度技術研討會論文集，37-43頁，1995。
    [2] R.Rackwitz and B.Fiessler, “practical probabilistic to design”, Bulletin, Nol.112, Comite European du Beton, Paris, France, 1976.
    [3] K.C.Kapur, and L.R.Lamberson, ”reliability in engineering design”, JOHN WILEY&SONS, 1977.
    [4] 張豪麟，”系統動態可靠度與其失效率關係的探討”，國立中央大學碩士論文，1999年6月。
    [5] 沈盈志，”金屬材料疲勞累積效應與可靠度關係之探討”，國立中央大學榑士論文，1997年6月。
    [6] Dusan Krajcinovic, ”damage mechanics”, p55-61, NORTH-HOLLAND.
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    [9] Yan.Li, J.R.English, and T.L.Landers, ”modeling latent and patent failures of electronic products”, Microelectron.Reliab., Vol.35, No.12, pp1501-1510, 1995.
    [10] 王國雄，”系統演化與力學分析架構的類比”，中華民國第二十屆全國力學會議，8-15頁，1996年。
    [10] 王國雄，”系統演化與力學分析架構的類比”，中華民國第二十屆全國力學會議，8-15頁，1996年。
    [12] K.S.Wang, C.S.Chen, and J.J.Huang, ”Dynamic Reliability Behavior for Sliding Wear of Carburized Steel”, Reliability Engineering and System Safety, Vol.58, pp.31-41, 1997.
    [13] 陳穎佳，”以S-N曲線探討機件疲勞可靠度之退化模式”，國立中央大學碩士論文，1995年6月。
    [14] 蔡有藤，”系統預防維護作業之研究”，國立中央大學博士論文，1999年6月。
    [15] Kuo-Shen Chen, Arturo A.Ayon, S.Mark Spearing, ”silicon strength testing for mesoscale structural applications”, In MRS Proceeding, Vol.518, pp.123-130.
    [16] 李興生，林世章，”汽車煞車能力及轉向系統穩定性之可靠度分析研究”，中國機械工程學會第15屆全國學術研討會論文集，1998年11月。
    [17] Jin-Dar Wang, and Tzong-Shi Liu, ”Robot Accuracy Assessment Using Reliability Theory”, Journal of the Chinese Society of Mechanical Engineers, Vol.12, No.2, pp.188-195, 1991.
    [18] M.V.Araset, “How to Identify a Bathtub Hazard Rate”, IEEE Transactions on Reliability, Vol.36, No.1, pp.106-108, 1987.
    [18] M.V.Araset, “How to Identify a Bathtub Hazard Rate”, IEEE Transactions on Reliability, Vol.36, No.1, pp.106-108, 1987.
    [20] K.S.Wang, S.T.Chang and Y. C. Shen, “Dynamic Reliability Models for Fatigue Crack Growth Problem”, Journal of Engineering Fracture Mechanics, Vol.54, No.4, pp.543-556, 1996.
    [21] 王國雄，許芳勳，張豪麟，”系統損傷累積與可靠度關係的探討”，已接受於中華民國力學學會期刊，2000年6月。

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