振動沖擊試驗方法與技術-沖擊試驗

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振動沖擊試驗方法與技術-沖擊試驗

沖擊試驗
    18.1 試驗目的?影響機理?失效模式
    產品在使用和運輸過程中所經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)?炮火的發射?化學能和核能的爆炸? 導彈和高性能武器的點火分離和再入等所產生的沖擊 ?沖擊就是在一個相對較短的時間內將一高量級的輸入脈沖力施加到產品上?沖擊是一處很復雜的物理過程,與隨機振動一樣,它具有連續的頻譜,但又是一個瞬變過程,不具備穩態隨機的條件? 產品受沖擊后,其機械系統的運動狀態要發生突變并將產生瞬態沖擊響應? 產品對機械沖擊環境的響應具有以下特征:高頻振蕩?短持續時間?明顯的初始上升時間和高量級的正負峰值?機械沖擊的峰值響應一般可用一個隨時間遞減的指數函數包絡? 對于具有復雜多模態特性的產品,其沖擊響應包括以下兩種頻率響應分量:施加在產品上的外部激勵環境的強迫頻率響應分量和在激勵施加期間或之后產品的固有頻率響應分量?從物理概念上講, 產品受沖擊(即瞬態激勵)后所產生的沖擊響應的大小代表了產品實際所受到的沖擊強度?若產品的瞬時響應幅值超過產品本身的結構強度, 則將導致產品破損?可見產品受沖擊所產生的損壞,不同于累積損傷效應所造成的破壞,而屬于相對于產品結構強度來說是極限應力的峰值破壞?
    這種峰值破壞會造成結構變形,安裝松動, 產生裂紋甚至斷裂, 還會使電氣連接松動,接解不良,造成時斷時通,使產品工作不穩定? 這種峰值破壞還能使產品內部各單元的相對位置發生變化,造成性能下降或超差,甚至會沖斷元器件或部件,使其無法工作? 歸結起來:
    a) 零件之間磨擦力的增加或減少,或相互干擾而引起的產品失效;
    b) 產品絕緣強度變化? 絕緣電阻抗下降?磁場和靜電場強的變化;
    c) 產品電路板故障? 損壞和電連接器失效;(有時, 產品在沖擊作用下,可能使電路板上多余物遷移而導致短路;
    d) 當產品結構或非結構件過應力時,產品產生永久性的機械變形;
    e) 當超過極限強度時,產品的機械零件損壞;的確
    f) 材料的加速疲勞(低周疲勞);
    g) 產品潛在的壓電效應;
    h) 由于晶體?陶瓷? 環氧樹脂或玻璃封裝破裂造成的產品失效?
    從從上面的敘述可見 ,沖擊會對整個產品的結構和功能完好性產生有害影響? 這種有害影響程度一般隨沖擊的量級和持續時間的增減而改變?當沖擊持續時間與產品固有頻率的倒數一致或者輸入沖擊環境波形的主要頻率分量與產品的固有頻率一致時,會進一增加對產品結構和功能完好性的不利影響?
    所以,要保證產品具有好的抗沖擊強度,并在上述沖擊環境下或受上述沖擊后可靠穩定的工作,沖擊試驗是解決這一問題的重要方法與手段?
    采用本方法評估產品在其壽命期經受機械沖擊下的結構和功能特性?
    這種機械一般限制在:頻率范圍不超過 10,000 Hz,持續時間不長于
    1.0 sec?在大多數情況下, 產品的主要響應頻率不超過 2000 Hz,響應的持續時間小于 0.1sec?

18.2 現場發生的沖擊及描述

要在試驗室內完全重視產品在實際使用和運輸環境中所經受到的本章

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

18.3.2.2 試驗條件及其選擇

沖規定標稱(經典)沖擊脈沖波形的沖擊試驗方法的試驗條件(嚴酷等級)由峰值加速度?沖擊脈沖持續時間和沖擊次數三個參數共同確定?
    (1)試驗條件(嚴酷等級)參數
    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品的沖擊力的大小?由于產品的結構大都是線性系統,即使是非線性系統,在應變不大的情況下,也可以看作是線性系統?所以, 產品受沖擊后所產生的響應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, 對產品的破壞作用愈大?
    b)脈沖持續時間(D)
    沖擊脈沖的持續時間是指加速度保持在規定峰值加速度比率上的時間間隔?沖擊脈沖持續時間對產品的影響很復雜,它對沖擊效果的影響與被試系統的固有周期(T)有關?
    對半正弦波,當 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?在產品上所造成的響應加速度都將隨著 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 0.3D≤D/T<3 時;對梯形波,當 0.2≤D/T<10 時;對后峰鋸齒波,當 0.5D/T<1.2 時,在產品上所造成的響應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,都將出現較大響應加速度,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 D/T>3 時;對梯形波,當 D/T>10 時;對后峰鋸齒波,當 D/T>1.2 時,在產品上所造成的響應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,由于其持續時間不同, 對相同的產品所造成的影響也不相同?
    c)沖擊次數
    由于沖擊主要考慮的是對產品極限強度的影響,而不是考慮累積損傷,所以用不著對產品進行多次重復試驗,但為了避免偶然性,也需要一定的沖擊次數?一般規定在每方向上連續沖擊 3 次?又由于沖擊所造成的較大響應可能發生在激勵脈沖相同的方向上,也可能發生在與激勵脈沖的相反方向上,因此,通常規定要在被試樣品的三條互相垂直軸線的每個方向上進行,即六個方向上進行,所以沖擊實驗的次數規定為 3×6=18 次?
    (2) 試驗條件(嚴酷等級)介紹
    規定脈沖波形的沖擊試驗方法已幾乎被所有國內外的環境試驗規范與標準所采用?例如國標 GB/T2423(元器件?整機)? IEC 標準 60068-2-27(元器件?整機)?英國國防部標準 07-55?(元器件?整機)美國軍標 810 F(整機)和 202F(元器件)?日本工業標準 JIS 等標準中都采用了此種方法?下表 18-1 中給出了國內外主要標準中規定的試驗條件(嚴酷等級)要求?

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| 發布時間：2018.05.18 來源：電源適配器廠家

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