在環境試驗中，針對某些測試時間比較長的試驗, 往往會選擇通過加速應力的方式，縮短試驗時間，節約試驗經費，達到想要的試驗結果，這種試驗被稱為加速試驗，其基本思想是利用高應力下的壽命特征去外推正常應力水平下的壽命特征。實現這個基本思想的關鍵在于建立壽命特征與應力水平之間的關系，即加速模型。

本文統計了環境試驗中常見的高溫、濕度應力、溫度沖擊、振動和電應力等加速模型，并舉例計算加以說明，希望能夠作為同行的參考。

高溫試驗加速因子

阿倫紐斯模型（Arrhenius Model）由熱和電壓加速度組成，可獨立使用，也可以組合使用。廣泛用于建立產品壽命與溫度的關系模型，這一關系式用于表示某個失效機理對溫度的敏感度和產品的熱加速因數，有人也把阿倫紐斯模型叫作熱-壓效應。阿倫紐斯模型是最典型、應用最廣的加速模型，其表達式如下。

AF（t）：溫度加速因子；Ea：激活能（Activation energy介于0.3 eV~1.2 eV）；K：玻爾茲曼常數（Boltzman Constant）；Tu：Tuse為正常使用的環境溫度，絕對溫度(K)=℃+273；Ts：Tstress為試驗應力時環境溫度，絕對溫度(K)=℃+273；

說明：任何加速應力必須在產品規定的使用條件范圍內進行，即加速應力出現的失效機理不能夠是超出應力所引起的。

激活能Ea2

激活能Ea是使晶體原子離開平衡位置遷移到另一個新的平衡或非平衡位置所需要的能量。Ea根據原材料的不同，有不同的取值，一般情況下如表1所示。一般激活能Ea介于0.3~1.2 eV之間，電子產品通常選取0.6 eV。

玻爾茲曼常數（Boltzmann Constant）（k 或 kB）是有關于溫度及能量的一個物理常數。玻爾茲曼是一個奧地利物理學家，在統計力學的理論有重大貢獻，波茲曼常數具有相當重要的地位，玻爾茲曼常數根據單位不同有表2中的三種數值。

由于激活能常用 eV 為單位，估可靠性中玻爾茲曼常數常選用K=8.617 3324×10^-5eV/K。電子伏特(electron volt)，簡稱為電子伏，縮寫為 eV ，是能量的單位。代表一個電子（所帶電量為-1.6×10^-19庫侖）經過1伏特的電位差加速后所獲得的動能。電子伏與SI制的能量單位焦耳（J）的換算關系是：

1 eV = 1.60217653(14)×10^-19 J，

故K=1.3806488(13)×10^-23 J .K−1 =1.3806488(13)×10^-23eV .K^-1 /1.60217653(14)×10^-19= 8.617 3324(78)×10^-5 eV. K^-1。

例如：某電子產品進行高溫試驗，試驗應力時環境溫度為50 ℃，產品正常使用的環境溫度為25 ℃。計算出AF(t)=6.1。即50 ℃條件下工作1 h，相當于在25 ℃條件下工作6.1 h；相當于加速了6.1倍。

濕度試驗加速因子

Hallberg-Peck模型綜合考慮了溫度、濕度影響,是在Arrhenius模型上的延伸。在眾多的環境試驗中，溫度、濕度是最為常見的，同時也是使用頻率最高的模擬環境因子。實際環境中溫度、濕度也是不可忽略的影響產品使用壽命的因素。Hallberg-Peck模型中的溫、濕度加速因子計算模型如下式。

AF（RH）：濕度加速因子；RHs：RHstress為施加應力相對濕度值；RHu：RHuse為正常使用條件下的相對濕度值；n：為濕度加速率常數介于2~3，推薦選擇3；其余參數同Arrhenius模型。

例如：某產品定濕熱工作試驗，施加的高溫應力為50 ℃，濕度應力為95 %RH；產品正常工作溫度為25 ℃，濕度為70 %RH。計算出AF （T&H ）=15.25。即50 ℃，95 %RH條件下工作1h，相當于在25 ℃，70 %RH條件下工作15.25 h。相當于加速了15.25倍。

溫度沖擊試驗加速因子

科芬-曼森模型給出的溫度沖擊加速模型如上式所示，該公式由三部分相乘組成：第一部分的加速是指溫度差的加速，例如-30 ℃~60 ℃的溫度差是90 ℃，-40 ℃~85 ℃的溫度差是125 ℃。故（125/90）^1.9=1.93；第二部分是溫度沖擊循環不同引起的加速，例如實際應用中是一天兩個循環，而測試是一天24個循環，所以加速是（2/24）^(1/3)=0.44；第三部分就是最高工作溫度引起的加速，一個60 ℃，一個85 ℃，根據Arrenhius公式得到Af(t)=4.31。所以溫度沖擊加速因子的總體加速系數是：AF(Thermal shock)=1.93*0.44*4.31=3.66。

隨機振動試驗加速因子 

振動試驗是指評定產品在預期的使用環境中抗振能力而對受振動的實物或模型進行的試驗。根據施加的振動載荷的類型把振動試驗分為正弦振動試驗和隨機振動試驗兩種。是模擬產品在運輸、安裝及使用環境下所遭遇到的各種振動環境影響，用來確定產品是否能承受各種環境振動的能力。振動試驗是評定元器件、零部件及整機在預期的運輸及使用環境中的抵抗能力。

在標準GB/T 21563-2008 軌道交通 機車車輛設備 沖擊和振動試驗中給出了試驗時間和壽命時間與試驗加速度和實際應力加速度的對應關系。

Ts：運行壽命/時間；Tt：試驗時間；As：運行加速度；At：試驗加速度；M：金屬材料選擇4。

可以得到如下公式：

對于振動加速度，如果不加說明，一般指振動的峰值，即g。對隨機信號，一般是取一段時間計算均方根的加速度，即g(RMS)，rms是均方根值（有效值）的意思。

例如某產品進行隨機振動試驗，加速度均方根值為0.7 grms，振動時間是10 h；如果實際產品24 h處理工作狀態，所面臨的振動加速度是0.08 grms；可以計算出該產品耐振動的運行時間是Ts=10 h*（0.7/0.08）4=58 618 h≈6.5年。

電壓應力加速因子 

產品除了環境應力的作用外，電應力的作用也不可忽視。電應力也會促使器件內部產生離子遷移、質量遷移等，造成短路、絕緣擊穿短路失效等。器件在電壓、電流或功率等電應力作用下，應力越強、失效速率越快，器件壽命越短。Eyring模型是Arrhenius模型的擴展，用于溫度和電壓同時加速的試驗項目。

β：電壓加速常數（0.5≤β≤1.0，根據不同失效機理，默認值為1.0）；Vstress：試驗時應力電壓（Stress voltage）；Vuse：正常使用電壓（Operating voltage）

從艾琳模型模型中的電應力加速因子計算模型可知，只有正向的電壓才有加速應力，即試驗電壓要高于額定電壓。例如：某電子產品額定輸入電壓為220 Vac，試驗時輸入電壓為250 Vac。計算出AF(v)=1.12。

文章總結

通過加速試驗能夠縮短試驗時間達到節省費用的目的，同時也能夠通過試驗室試驗應力及時間反推出市場應用時間。但也不是加速試驗的應力就可以一味的提高，需要根據產品的規格及工程師經驗共同得出，有一點要求就是加速應力條件下不應有新的失效機理出現。但是產品若經歷多個應力綜合作用，加速因子可以選擇對應加速模型的乘積，在此不再舉例說明。