微加速度計(jì)在溫度、濕度、振動(dòng)三綜合環(huán)境下的失效機(jī)理分析

通過上述分析可知：當(dāng)微加速度計(jì)不受外界環(huán)境條件影響時(shí)，器件的內(nèi)部應(yīng)力僅有殘余應(yīng)力；而當(dāng)微加速度計(jì)受到溫度應(yīng)力作用的時(shí)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(duì)微加速度計(jì)的影響，增加了微加速度計(jì)的內(nèi)部應(yīng)力。

2.2 振動(dòng)對(duì)微加速度計(jì)失效的影響

引起加速度計(jì)發(fā)生失效的主要失效機(jī)理是振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力大于加速度計(jì)的屈服強(qiáng)度和長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞而斷裂[3]。

隨著隨機(jī)振動(dòng)頻率的增大，加速度計(jì)的響應(yīng)越來越大，加速度計(jì)的輸出越大，短時(shí)間的隨機(jī)振動(dòng)幾乎沒有對(duì)微加速度計(jì)造成損傷，當(dāng)振動(dòng)的時(shí)間延長(zhǎng)之后，微加速度計(jì)的懸臂梁處發(fā)生了斷裂失效，如圖3所示。

圖3 振動(dòng)導(dǎo)致加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞

2.3 濕度對(duì)微加速度計(jì)的影響

微平面表面水氣的冷凝會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力的增加[4]。如果這兩個(gè)表面相互接近的話，它們之間相對(duì)濕度的增大將導(dǎo)致毛細(xì)力的增大，進(jìn)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(jì)粘附的示意圖

2.4 施加溫度、濕度、振動(dòng)三綜合應(yīng)力對(duì)微加速度計(jì)的影響

在進(jìn)行溫度、濕度、振動(dòng)3種應(yīng)力同時(shí)施加的綜合試驗(yàn)時(shí)，從故障發(fā)生的機(jī)理來說，進(jìn)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(dòng)分離[5]，這時(shí)如果施加濕度，潮氣就會(huì)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?yàn)楸砻婊プ饔媚芘c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(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)，溫度和相對(duì)濕度對(duì)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(duì)應(yīng)著不同的相對(duì)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(shí)，表面互作用能隨著相對(duì)濕度對(duì)增大而增大。與此同時(shí)施加振動(dòng)應(yīng)力，相對(duì)于特定的頻率，產(chǎn)品的共振現(xiàn)象還會(huì)發(fā)生。像這樣通過運(yùn)動(dòng)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(dú)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(duì)表面互作用能的影響