微加速度計在溫度、濕度、振動三綜合環(huán)境下的失效機理分析

通過上述分析可知：當(dāng)微加速度計不受外界環(huán)境條件影響時，器件的內(nèi)部應(yīng)力僅有殘余應(yīng)力；而當(dāng)微加速度計受到溫度應(yīng)力作用的時候，由于構(gòu)成器件的不同材料的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生了新的內(nèi)部應(yīng)力。所以溫度應(yīng)力在一定程度上劣化了殘余應(yīng)力對微加速度計的影響，增加了微加速度計的內(nèi)部應(yīng)力。

2.2 振動對微加速度計失效的影響

引起加速度計發(fā)生失效的主要失效機理是振動產(chǎn)生的應(yīng)力大于加速度計的屈服強度和長時間的振動使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞而斷裂[3]。

隨著隨機振動頻率的增大，加速度計的響應(yīng)越來越大，加速度計的輸出越大，短時間的隨機振動幾乎沒有對微加速度計造成損傷，當(dāng)振動的時間延長之后，微加速度計的懸臂梁處發(fā)生了斷裂失效，如圖3所示。

圖3 振動導(dǎo)致加速度計的結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞

2.3 濕度對微加速度計的影響

微平面表面水氣的冷凝會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力的增加[4]。如果這兩個表面相互接近的話，它們之間相對濕度的增大將導(dǎo)致毛細(xì)力的增大，進而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生粘附。如圖4

圖4 加速度計粘附的示意圖

2.4 施加溫度、濕度、振動三綜合應(yīng)力對微加速度計的影響

在進行溫度、濕度、振動3種應(yīng)力同時施加的綜合試驗時，從故障發(fā)生的機理來說，進行溫度循環(huán)的產(chǎn)品內(nèi)部由于材料熱膨脹系數(shù)的差異發(fā)生伸縮,在結(jié)合部位發(fā)生松動分離[5]，這時如果施加濕度，潮氣就會從縫隙間侵入，使結(jié)合部和連接處的摩擦系數(shù)降低，使接合面的作用能增大，因為表面互作用能與兩表面之間的距離有關(guān)，因此，兩表面的表面粗糙度很大程度地影響著表面互作用能的大小。表面互作用能隨著表面粗糙度的增大而快速減少。同時，研究還發(fā)現(xiàn)，溫度和相對濕度對黏附的產(chǎn)生以及表面互作用能的大小也有很大的影響。從圖5可以看到，對應(yīng)著不同的相對濕度，表面互作用能隨著溫度的升高有所減少。從圖6中可以看到在高、低溫度時，表面互作用能隨著相對濕度對增大而增大。與此同時施加振動應(yīng)力，相對于特定的頻率，產(chǎn)品的共振現(xiàn)象還會發(fā)生。像這樣通過運動吸濕、凍結(jié)、共振的反復(fù)過程，使新的失效模式（由大幅度加速的單獨因子失效模式和3種因子綜合的相疊加效果引起的）的出現(xiàn)成為可能。

圖5 溫度對表面互作用能的影響