振動沖擊試驗方法與技術(shù)-沖擊試驗

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振動沖擊試驗方法與技術(shù)-沖擊試驗

沖擊試驗
    18.1 試驗?zāi)康?影響機理?失效模式
    產(chǎn)品在使用和運輸過程中所經(jīng)受到的沖擊主要是由于車輛的緊急制動和撞擊? 飛機的空投和墜撞(緊急迫降)?炮火的發(fā)射?化學(xué)能和核能的爆炸? 導(dǎo)彈和高性能武器的點火分離和再入等所產(chǎn)生的沖擊 ?沖擊就是在一個相對較短的時間內(nèi)將一高量級的輸入脈沖力施加到產(chǎn)品上?沖擊是一處很復(fù)雜的物理過程,與隨機振動一樣,它具有連續(xù)的頻譜,但又是一個瞬變過程,不具備穩(wěn)態(tài)隨機的條件? 產(chǎn)品受沖擊后,其機械系統(tǒng)的運動狀態(tài)要發(fā)生突變并將產(chǎn)生瞬態(tài)沖擊響應(yīng)? 產(chǎn)品對機械沖擊環(huán)境的響應(yīng)具有以下特征:高頻振蕩?短持續(xù)時間?明顯的初始上升時間和高量級的正負(fù)峰值?機械沖擊的峰值響應(yīng)一般可用一個隨時間遞減的指數(shù)函數(shù)包絡(luò)? 對于具有復(fù)雜多模態(tài)特性的產(chǎn)品,其沖擊響應(yīng)包括以下兩種頻率響應(yīng)分量:施加在產(chǎn)品上的外部激勵環(huán)境的強迫頻率響應(yīng)分量和在激勵施加期間或之后產(chǎn)品的固有頻率響應(yīng)分量?從物理概念上講, 產(chǎn)品受沖擊(即瞬態(tài)激勵)后所產(chǎn)生的沖擊響應(yīng)的大小代表了產(chǎn)品實際所受到的沖擊強度?若產(chǎn)品的瞬時響應(yīng)幅值超過產(chǎn)品本身的結(jié)構(gòu)強度, 則將導(dǎo)致產(chǎn)品破損?可見產(chǎn)品受沖擊所產(chǎn)生的損壞,不同于累積損傷效應(yīng)所造成的破壞,而屬于相對于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度來說是極限應(yīng)力的峰值破壞?
    這種峰值破壞會造成結(jié)構(gòu)變形,安裝松動, 產(chǎn)生裂紋甚至斷裂, 還會使電氣連接松動,接解不良,造成時斷時通,使產(chǎn)品工作不穩(wěn)定? 這種峰值破壞還能使產(chǎn)品內(nèi)部各單元的相對位置發(fā)生變化,造成性能下降或超差,甚至?xí)_斷元器件或部件,使其無法工作? 歸結(jié)起來:
    a) 零件之間磨擦力的增加或減少,或相互干擾而引起的產(chǎn)品失效;
    b) 產(chǎn)品絕緣強度變化? 絕緣電阻抗下降?磁場和靜電場強的變化;
    c) 產(chǎn)品電路板故障? 損壞和電連接器失效;(有時, 產(chǎn)品在沖擊作用下,可能使電路板上多余物遷移而導(dǎo)致短路;
    d) 當(dāng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)件過應(yīng)力時,產(chǎn)品產(chǎn)生永久性的機械變形;
    e) 當(dāng)超過極限強度時,產(chǎn)品的機械零件損壞;的確
    f) 材料的加速疲勞(低周疲勞);
    g) 產(chǎn)品潛在的壓電效應(yīng);
    h) 由于晶體?陶瓷? 環(huán)氧樹脂或玻璃封裝破裂造成的產(chǎn)品失效?
    從從上面的敘述可見 ,沖擊會對整個產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能完好性產(chǎn)生有害影響? 這種有害影響程度一般隨沖擊的量級和持續(xù)時間的增減而改變?當(dāng)沖擊持續(xù)時間與產(chǎn)品固有頻率的倒數(shù)一致或者輸入沖擊環(huán)境波形的主要頻率分量與產(chǎn)品的固有頻率一致時,會進(jìn)一增加對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能完好性的不利影響?
    所以,要保證產(chǎn)品具有好的抗沖擊強度,并在上述沖擊環(huán)境下或受上述沖擊后可靠穩(wěn)定的工作,沖擊試驗是解決這一問題的重要方法與手段?
    采用本方法評估產(chǎn)品在其壽命期經(jīng)受機械沖擊下的結(jié)構(gòu)和功能特性?
    這種機械一般限制在:頻率范圍不超過 10,000 Hz,持續(xù)時間不長于
    1.0 sec?在大多數(shù)情況下, 產(chǎn)品的主要響應(yīng)頻率不超過 2000 Hz,響應(yīng)的持續(xù)時間小于 0.1sec?

18.2 現(xiàn)場發(fā)生的沖擊及描述

要在試驗室內(nèi)完全重視產(chǎn)品在實際使用和運輸環(huán)境中所經(jīng)受到的本章

    18.1 中描述的現(xiàn)場沖擊是很困難的,因為這些沖擊的量值變化很大,
    脈沖持續(xù)時間的變化范圍很寬,并且又十分復(fù)雜? 圖 18-1a 是現(xiàn)場實測到的不連續(xù)沖擊脈沖波形,從圖中的沖擊脈沖波形可見,它是難以用數(shù)學(xué)摸型描述?

18.3.2.2 試驗條件及其選擇

沖規(guī)定標(biāo)稱(經(jīng)典)沖擊脈沖波形的沖擊試驗方法的試驗條件(嚴(yán)酷等級)由峰值加速度?沖擊脈沖持續(xù)時間和沖擊次數(shù)三個參數(shù)共同確定?
    (1)試驗條件(嚴(yán)酷等級)參數(shù)
    a)峰值加速度(A)
    峰值加速度的大小能直觀的反映出施加給產(chǎn)品的沖擊力的大小?由于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)大都是線性系統(tǒng),即使是非線性系統(tǒng),在應(yīng)變不大的情況下,也可以看作是線性系統(tǒng)?所以, 產(chǎn)品受沖擊后所產(chǎn)生的響應(yīng)加速度與激勵加速度是成比例的?可見在一般情況下峰值加速度愈大, 對產(chǎn)品的破壞作用愈大?
    b)脈沖持續(xù)時間(D)
    沖擊脈沖的持續(xù)時間是指加速度保持在規(guī)定峰值加速度比率上的時間間隔?沖擊脈沖持續(xù)時間對產(chǎn)品的影響很復(fù)雜,它對沖擊效果的影響與被試系統(tǒng)的固有周期(T)有關(guān)?
    對半正弦波,當(dāng) D/T<0.3 時;對梯形波, D/T<0.2 時;對后峰鋸齒波, D/T<0.5 時?在產(chǎn)品上所造成的響應(yīng)加速度都將隨著 D/T 比率的增加而增加,但較大不超過激勵脈沖本身的峰值加速度?
    對半正弦波,當(dāng) 0.3D≤D/T<3 時;對梯形波,當(dāng) 0.2≤D/T<10 時;對后峰鋸齒波,當(dāng) 0.5D/T<1.2 時,在產(chǎn)品上所造成的響應(yīng)加速度都將超過激勵脈沖的峰值加速度?而且, 對半正弦波在 D/T=0.8 附近;對梯形波在 D/T=0.55 附近;對后峰鋸齒波在 D/T=0.65 附近,都將出現(xiàn)較大響應(yīng)加速度,其值分別為激勵脈沖峰值加速度的 1.78 倍(半正弦波)? 2 倍(梯形波)? 1.3 倍(后峰鋸齒波)?
    對半正弦波,當(dāng) D/T>3 時;對梯形波,當(dāng) D/T>10 時;對后峰鋸齒波,當(dāng) D/T>1.2 時,在產(chǎn)品上所造成的響應(yīng)加速度與激勵脈沖的峰值加速度相同?
    從上面的敘述可見, 對同一種脈沖,由于其持續(xù)時間不同, 對相同的產(chǎn)品所造成的影響也不相同?
    c)沖擊次數(shù)
    由于沖擊主要考慮的是對產(chǎn)品極限強度的影響,而不是考慮累積損傷,所以用不著對產(chǎn)品進(jìn)行多次重復(fù)試驗,但為了避免偶然性,也需要一定的沖擊次數(shù)?一般規(guī)定在每方向上連續(xù)沖擊 3 次?又由于沖擊所造成的較大響應(yīng)可能發(fā)生在激勵脈沖相同的方向上,也可能發(fā)生在與激勵脈沖的相反方向上,因此,通常規(guī)定要在被試樣品的三條互相垂直軸線的每個方向上進(jìn)行,即六個方向上進(jìn)行,所以沖擊實驗的次數(shù)規(guī)定為 3×6=18 次?
    (2) 試驗條件(嚴(yán)酷等級)介紹
    規(guī)定脈沖波形的沖擊試驗方法已幾乎被所有國內(nèi)外的環(huán)境試驗規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)所采用?例如國標(biāo) GB/T2423(元器件?整機)? IEC 標(biāo)準(zhǔn) 60068-2-27(元器件?整機)?英國國防部標(biāo)準(zhǔn) 07-55?(元器件?整機)美國軍標(biāo) 810 F(整機)和 202F(元器件)?日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JIS 等標(biāo)準(zhǔn)中都采用了此種方法?下表 18-1 中給出了國內(nèi)外主要標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗條件(嚴(yán)酷等級)要求?

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| 發(fā)布時間：2018.05.18 來源：電源適配器廠家

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