故障物理的不确定性（内因）

Zjianeng

内因的不确定性

故障物理模型是指可靠性物理学中针对某一特定的故障机理，在基本物理、化学或其他原理的公式和(或)试验回归公式的的基础上，建立起来的定量地反映故障发生(或发生时间)与材料、结构、应力等关系的数学函数模型。模型中结构尺寸、材料属性、应力等参数是一个确定的量值，得到的故障前时间也是一个确定值。但在实际的生产制造过程中，由于机器、材料加工方法、工人、测量和环境等干扰因素，这些基本参数会存在一定的波动性。因此产品实际产生的故障机理和故障时间也会因其内在参数的波动性而存在一定的分散性。

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! W9 o) P) S& y; N2 U9 ^5 |结构尺寸的不确定性
) f5 ]# ~" B3 g7 \! N描述结构尺寸分散性的分布类型主要有以下几种：正态分布、对数正态分布、指数分布、均匀分布、三角分布等。其中又以正态分布运用得相对较多。当某一随机变量受众多随机因素影响且没有哪个单一因素是起主导作用时，该随机变量通常服从正态分布。正态分布常用于描述所制造的产品的材料特性、测量误差等的分布，如在生产条件不变的情况下， 产品的口径、长度等尺寸指标服从正态分布。通过实验研究表明片式焊点的高度以及器件长度服从正态分布，其标准差和均值的比值范围为0.1~0.3。金属结构件的疲劳破坏是主裂纹扩展到临界尺寸的结果，疲劳裂纹扩展受到许多内在和外在的不确定因素的影响，表现出很强的随机性，裂纹长度服从对数正态分布。
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/ X+ x/ D+ O! Z# ]5 `材料属性的不确定性
( T8 h0 p! S  f材料属性包括的范围很广，主要分为力学属性、热学属性、电学属性、光学属性等。可以用正态分布、对数正态分布、威布尔分布、指数分布、伽马分布以及三角分布等类型来描述材料属性的分散性。对于由许多微小的独立因素叠加累积而引起的随机变量，如零件本身的强度以及某些性能参数都服从或近似服从正态分布。研究表明材料力学性能如抗拉强度、屈服强度、伸长率等服从正态分布。科学家对NRIM的HK-40钢高温持久强度数据进行统计分析，探讨了不同温度和应力下持久性能数据的分布规律， 指出描述持久性能数据偏离主曲线程度的参数Z服从正态分布。GaAs红外发光二极管的失效主要是光功率的衰退，其寿命服从对数正态分布。
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工艺缺陷的不确定性
3 p# d4 a; |) q, w缺陷的分散性是指即使工艺控制的十分完好，由于一些目前无法避免的因素引起的分散性，例如接触分散性、芯片缺陷分散性等等。PoF方法所考虑的工艺缺陷分散性是在假设缺陷不改变故障机理的情况下进行的。对缺陷服从的分布很少有学者进行研究。由于泊松分布适用于描述单位时间(或空间)内随机事件发生的次数，如某一机器出现的故障次数，某一产品上的缺陷数，放射性物质在单位时间内的放射次数等，因此有学者认为可以用泊松分布来描述缺陷的分散性， 如在研究裂纹增长的过程中，认为气缸的制造缺陷是相互独立的，并且服从的是泊松分布。
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产品实际产生的故障机理和故障时间也会因其内在参数的波动性而存在一定的分散性