[发明专利]一种多应力综合下的卫星电子产品寿命预测方法

说明书

本发明公开了一种多应力综合下的卫星电子产品寿命预测方法，充分考虑卫星电子产品的力热电综合使用环境、故障模式以及故障机理的累积与竞争关系，通过开展单应力仿真分析和多应力累积损伤分析，结合理论模型和仿真分析结果完成卫星电子产品的寿命预测，具有很强的工程实用性，使得以往的寿命预测工作在一定的工程研制条件下，例如样本量和试验数据不充分的限制，可以开展产品的寿命预测，从而可以大大提高卫星电子产品寿命预测的效率；可以有效节省卫星电子产品寿命评估的时间和成本，大大提高寿命预测效率，具有较大的经济效益。本发明对卫星电子产品寿命与可靠性评估提供重要的参考，并可以推广应用于其他领域电子产品的寿命预测分析工作。

技术领域

本发明属于卫星电子产品寿命预测技术领域，具体涉及一种多应力综合下的卫星电子产品寿命预测方法。

背景技术

目前，随着卫星有效载荷比重的增加，星上产品的功能越发复杂，集成度越来越高。与此同时，产品在发射及在轨条件下通常受到振动、热、电等应力场作用，对产品寿命产生较大影响。星上产品具有分布广泛、功能集成度高、运行环境恶劣等特点，其寿命与可靠性问题一直是航天型号关注的重点内容。

目前研究表明，产品在设计过程中并未充分开展寿命可靠性仿真及试验验证工作，并且对发射过程及在轨环境的研究并未完全深入。另外，随着卫星平台可靠性要求的提升，星上产品在轨寿命要求不断提升，型号开展1:1的寿命试验越来越困难，试验周期和成本通常难以保证，试验覆盖的环境工况也相对有限。另外，随着导航卫星型号数字化工程的不断推进，性能仿真作为重要的设计验证手段得到了广泛应用，但针对产品寿命与可靠性的仿真工作尚不完全，尤其是多应力综合作用下的仿真研究开展较少，而目前开展多应力综合作用下的长寿命、高可靠试验验证并不现实。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是为了克服试验条件难以覆盖产品在轨工况，薄弱环节无法暴露，多应力综合条件无法实施的技术缺陷，为了解决产品在设计过程中并未充分开展寿命可靠性仿真及试验验证工作，并且对发射过程及在轨环境的研究并未完全深入等问题，提出一种多应力综合下的卫星电子产品寿命预测方法。

一种多应力综合下的卫星电子产品寿命预测方法，包括如下步骤：

步骤1、根据卫星电子产品设计结构参数和卫星电子产品在发射以及在轨过程中各种环境与载荷条件，得到卫星电子产品振动、热应力和电应力参数的类型和量级；

步骤2、基于步骤1得到的卫星电子产品振动、热应力和电应力参数的类型和量级，获得电子产品在典型环境条件下的故障机理模型，即振动疲劳模型、热疲劳模型、电迁移模型、热载流子模型、介质击穿模型；

步骤3、根据步骤1获得卫星电子产品振动、热应力以及电应力的参数的类型和量级，对卫星电子产品进行单应力仿真分析，获得随机振动分析结果、热应力分析结果以及电路薄弱环节；

步骤4、对卫星电子产品中的各个部件结构，如果是典型封装结构，则适用于多应力场累积损伤方法，进入步骤5；如果是大功率器件，电应力场则适用于竞争失效原则，进入步骤7；

步骤5、针对属于典型封装结构的部件，利用步骤3得到的随机振动分析结果、热应力分析结果，采用步骤2中获得的振动疲劳模型和热疲劳模型的形式，获得各个部件结构的振动疲劳故障前的振动应力循环次数和热疲劳故障前的热应力循环次数，将振动应力循环次数和热应力循环次数分别取倒数，得到振动应力损伤量和热应力损伤量；

步骤6、将各个部件结构的振动应力损伤量和热应力损伤量求和得到总的损伤，总的损伤的倒数就是该典型封装结构部件的疲劳寿命；

步骤7、针对卫星电子产品中属于大功率的器件，确定各器件采用步骤2中确定的电迁移模型、热载流子模型和介质击穿模型中哪种模型，并依据步骤3确定的电路薄弱环节，计算器件的电应力工作寿命；

步骤8、取步骤6中疲劳寿命和步骤7中电应力工作寿命的寿命较小值，即为电子产品最终寿命。