Pruebas de vida aceleradas

La prueba de vida acelerada es el proceso de probar un producto sometiéndolo a condiciones ( estrés , tensión , temperaturas, voltaje, tasa de vibración, presión, etc.) que exceden sus parámetros de servicio normales en un esfuerzo por descubrir fallas y modos potenciales de falla en un corto período de tiempo. ^{[1] [2]} Al analizar la respuesta del producto a dichas pruebas, los ingenieros pueden hacer predicciones sobre la vida útil y los intervalos de mantenimiento de un producto. ^{[3] [4]}

En el caso de los polímeros , las pruebas pueden realizarse a temperaturas elevadas para producir un resultado en un período de tiempo más corto que el que se podría producir a temperatura ambiente. Muchas propiedades mecánicas de los polímeros tienen una relación de tipo Arrhenius con respecto al tiempo y la temperatura (por ejemplo, la fluencia, la relajación de la tensión y las propiedades de tracción). Si se realizan pruebas cortas a temperaturas elevadas, esos datos se pueden utilizar para extrapolar el comportamiento del polímero a temperatura ambiente, evitando la necesidad de realizar pruebas prolongadas y, por lo tanto, costosas.

ALT se utiliza principalmente para acelerar las pruebas. Esto resulta especialmente útil en varios casos:

• Bajo nivel de fallos: probar incluso una muestra muy grande en condiciones normales produciría pocos o ningún fallo en un tiempo razonable.
• Alta longevidad: el producto debe ser confiable durante un tiempo mucho más largo del que puede probarse razonablemente en condiciones normales.
• Alto desgaste: la causa principal de falla ocurre durante un período prolongado de tiempo. ^[5]

Por ejemplo, una prueba de confiabilidad en circuitos que deben durar años en condiciones de uso (alta longevidad) necesitaría arrojar resultados en un tiempo mucho más corto. Si la prueba quisiera estimar la frecuencia con la que se deben reemplazar los circuitos, entonces la categoría de falla baja también sería aplicable. Además, si los circuitos se desgastaran por un uso gradual en lugar de un uso extremo (como un gran impacto repentino), se aplicaría la categoría de desgaste. Si un impacto repentino fuera la causa principal de la falla, una prueba de vida altamente acelerada podría ser más apropiada.

Diseñar una prueba implica considerar qué factores afectan al objeto de prueba, lo que ya sabe sobre el comportamiento del objeto de prueba y lo que desea aprender de la prueba.

Se deben tener en cuenta todos los factores que se piensa que influyen en el objeto de prueba y las pruebas se deben realizar en varios niveles de cada factor. Los niveles de estrés más altos acelerarán más la prueba, sin embargo, no se debe cambiar la causa de la falla u otra respuesta medida. Por ejemplo, la fusión de componentes en un circuito alteraría el motivo por el cual falló el circuito. Aumentar el número de pruebas o el número de objetos de prueba en cada prueba generalmente aumenta la precisión con la que se puede inferir el comportamiento del objeto de prueba en condiciones de funcionamiento.

Un modelo es una ecuación que relaciona con precisión el rendimiento de un objeto de prueba con los niveles de estrés que se le aplican. Esto puede denominarse modelo de aceleración, y las constantes se denominan factores de aceleración. ^[6] El modelo de aceleración suele estar relacionado con los tipos de materiales o componentes probados. Algunas ecuaciones utilizadas para los modelos de aceleración son el modelo de Arrhenius para la fatiga por altas temperaturas, el de Eyring para la temperatura y la humedad, y el modelo de Blattau para los ciclos de temperatura.

Cuando el modelo se conoce de antemano, la prueba solo necesita identificar los parámetros del modelo, sin embargo, es necesario asegurarse de que el modelo que se está utilizando haya sido bien verificado. Los modelos establecidos deben mostrar concordancia entre las extrapolaciones de datos acelerados y los datos observados en una variedad de factores de estrés. ^[7]

Cuando no se conoce de antemano el modelo apropiado o existen múltiples modelos aceptados, la prueba debe estimar qué modelo se ajusta mejor en función del contexto de la prueba y los resultados de la misma. Incluso si dos modelos se ajustan a los datos con tensiones elevadas igualmente bien, pueden diferir en órdenes de magnitud con tensiones más bajas. ^[8] Esta cuestión se puede abordar mediante más pruebas con un rango mayor de tensiones, sin embargo, la causa de la falla debe permanecer inalterada. Un posible enfoque previo al experimento para minimizar esto es estimar qué datos se esperan de la prueba, ajustar un modelo a los datos y determinar si uno podría sacar conclusiones confiables si todo saliera como se esperaba. ^[9]

Para inferir los resultados de una prueba de vida acelerada es necesario poder relacionar la respuesta del objeto de prueba (vida útil, corrosión , eficiencia, etc.) con los niveles de factores de estrés aplicados a lo largo del tiempo.

La forma en que se tiene en cuenta el efecto del tiempo depende en gran medida de lo que se esté midiendo. Por ejemplo, una prueba que mide la vida útil puede tener en cuenta únicamente el tiempo medio hasta el fallo de los objetos de prueba, o puede intentar ajustar una distribución estadística a los datos. Esto suele denominarse distribución de vida, cuya función de densidad de probabilidad representa la proporción de productos que fallan en un momento dado. ^[10] Algunas distribuciones para este propósito son la exponencial , la de Weibull , la log-normal y la gamma . ^[11] En cualquier caso, los parámetros estarían relacionados con los sujetos de prueba y los niveles de los factores de estrés que se están probando.

Como ejemplo simplificado, considere un objeto de prueba con una distribución de vida que coincide aproximadamente con una distribución normal. Las pruebas en varios niveles de estrés producirían diferentes valores para la media y la desviación estándar de la distribución (sus parámetros). Luego, se utilizaría un modelo conocido o se intentaría ajustar un modelo para relacionar cómo cada factor de estrés influyó en los parámetros de distribución. Esta relación se utilizaría luego para estimar la distribución de vida en condiciones de funcionamiento.

Una prueba ALT de estrés escalonado es una variante de la prueba ALT que prueba un componente en múltiples niveles de estrés, uno tras otro. Los componentes que sobreviven a una prueba se someten inmediatamente a la siguiente. Estas pruebas se modelan ampliamente bajo el supuesto de que la vida útil de un producto depende solo del nivel actual de estrés y de cuántos sujetos de prueba han fallado hasta el momento. ^[12] La prueba ALT de estrés escalonado puede incrementarse de bajo a alto, de alto a bajo o mediante una combinación de niveles. Una prueba ALT de estrés escalonado que esté interesada en extrapolar una distribución de vida a condiciones de funcionamiento constantes debe poder relacionar la distribución de vida observada bajo tensiones cambiantes con una de tensiones constantes. ^[13]

• Investigación y desarrollo
• Gestión de productos
• Vida útil
• Confiabilidad (ingeniería)
• Prueba de vida altamente acelerada
• Envejecimiento acelerado
• Modelo AFT
• Modelo de Cox
• Prueba de fatiga
• Inyección de fallas