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

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

2.2 振動(dòng)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(dòng)產(chǎn)生的應力大于加速度計的屈服強度和長(cháng)時(shí)間的振動(dòng)使結構產(chǎn)生疲勞而斷裂[3]。

隨著(zhù)隨機振動(dòng)頻率的增大，加速度計的響應越來(lái)越大，加速度計的輸出越大，短時(shí)間的隨機振動(dòng)幾乎沒(méi)有對微加速度計造成損傷，當振動(dòng)的時(shí)間延長(cháng)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(dòng)導致加速度計的結構發(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(huì )導致結構的殘余應力的增加[4]。如果這兩個(gè)表面相互接近的話(huà)，它們之間相對濕度的增大將導致毛細力的增大，進(jìn)而導致結構發(fā)生變形，最終導致結構發(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(dòng)三綜合應力對微加速度計的影響

在進(jìn)行溫度、濕度、振動(dòng)3種應力同時(shí)施加的綜合試驗時(shí)，從故障發(fā)生的機理來(lái)說(shuō)，進(jìn)行溫度循環(huán)的產(chǎn)品內部由于材料熱膨脹系數的差異發(fā)生伸縮,在結合部位發(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，使結合部和連接處的摩擦系數降低，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(zhù)表面互作用能的大小。表面互作用能隨著(zhù)表面粗糙度的增大而快速減少。同時(shí)，研究還發(fā)現，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，對應著(zhù)不同的相對濕度，表面互作用能隨著(zhù)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(zhù)相對濕度對增大而增大。與此同時(shí)施加振動(dòng)應力，相對于特定的頻率，產(chǎn)品的共振現象還會(huì )發(fā)生。像這樣通過(guò)運動(dòng)吸濕、凍結、共振的反復過(guò)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）的出現成為可能。

圖5 溫度對表面互作用能的影響