電子產(chǎn)品抗振、抗沖擊性能需要測(cè)試那些項(xiàng)目？
來源：劍喬儀器
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發(fā)布日期：2021-09-14
產(chǎn)品抗振、抗沖擊性能是體現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)的重要評(píng)估途徑，產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性既是設(shè)計(jì)出來的，更是試驗(yàn)出來的。設(shè)計(jì)奠定了產(chǎn)品固有的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性，而試驗(yàn)則是完善設(shè)計(jì)、暴露生產(chǎn)工藝缺陷，評(píng)價(jià)考核產(chǎn)品各項(xiàng)性能是否符合合同要求必不可少的手段。
經(jīng)驗(yàn)證明，約有70 %的設(shè)計(jì)缺陷是通過試驗(yàn)找出來的，可見試驗(yàn)是提高產(chǎn)品質(zhì)量的非常重要的手段。就中國(guó)國(guó)情而言，研制與生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制遠(yuǎn)不如國(guó)外，最后的評(píng)價(jià)考核往往是把握產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性和可靠性最重要的關(guān)口。
產(chǎn)品抗振、抗沖擊性能的試驗(yàn)屬于力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)范疇，按產(chǎn)品可能經(jīng)受到的各種力學(xué)環(huán)境及其特性，其試驗(yàn)考核方法有:正弦振動(dòng)試驗(yàn)、隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、碰撞(顛振）試驗(yàn)、強(qiáng)碰撞沖擊試驗(yàn)、正弦拍頻振動(dòng)試驗(yàn)、瞬態(tài)時(shí)間歷程與沖擊響應(yīng)譜等。
需要進(jìn)行抗振、抗沖擊性設(shè)計(jì)的產(chǎn)品往往在全壽命期間會(huì)經(jīng)受到力學(xué)環(huán)境+氣候環(huán)境這一綜合環(huán)境的作用，需要進(jìn)行綜合環(huán)境的試驗(yàn)與考核。目前，用于軍工產(chǎn)品的綜合環(huán)境試驗(yàn)考核方法有:溫度/濕度/振動(dòng)三綜合試驗(yàn)、溫度/溫度/振動(dòng)/低氣壓四綜合試驗(yàn)、振動(dòng)/噪聲/振動(dòng)三綜合試驗(yàn)箱；用于民用產(chǎn)品的綜合環(huán)境試驗(yàn)考核方法有：溫度/振動(dòng)（正弦）綜合試驗(yàn)、低溫/低氣壓/振動(dòng)（正弦）綜合試驗(yàn)。在這些綜合試驗(yàn)中用得最多、最廣泛的是溫度/濕度/振動(dòng)三綜合試驗(yàn)。
正弦振動(dòng)試驗(yàn)的目的是在試驗(yàn)室內(nèi)模擬產(chǎn)品在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用過程中所可能經(jīng)受到的正弦振動(dòng)及其影響。正弦振動(dòng)主要是由于飛機(jī)、車輛、船舶、空中飛行器和地面機(jī)械的旋轉(zhuǎn)、脈動(dòng)、振蕩等諸力所引起的。
正弦振動(dòng)試驗(yàn)屬于“規(guī)定一種機(jī)械運(yùn)動(dòng)” 的力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)方法，而這種機(jī)械運(yùn)動(dòng)是以正弦曲線為基本運(yùn)動(dòng)軌跡的。所以在正弦振動(dòng)試驗(yàn)中，若知道過去的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，就可以確定未來任何時(shí)刻運(yùn)動(dòng)的各要素。從正弦振動(dòng)試驗(yàn)的時(shí)間歷程可見，用頻率、幅值兩個(gè)參數(shù)可以完整描述正弦振動(dòng)試驗(yàn)的基本運(yùn)動(dòng)。正弦振動(dòng)試驗(yàn)基本運(yùn)動(dòng)時(shí)間歷程如圖1所示。正弦振動(dòng)試驗(yàn)的能量存在于某一頻率上，而不是幅值對(duì)頻率的連續(xù)譜，如圖2所示。所以正弦振動(dòng)試驗(yàn)的試驗(yàn)條件(嚴(yán)酷等級(jí))由頻率、振幅、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間三個(gè)參數(shù)共同確定。
圖1（左）正弦振動(dòng)試驗(yàn)基本運(yùn)動(dòng)的時(shí)間歷程
圖2（右）正弦振動(dòng)能量譜圖
隨著試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，隨機(jī)振動(dòng)的應(yīng)用領(lǐng)域已越來越寬廣，特別在航空產(chǎn)品的振動(dòng)試驗(yàn)方面更是如此，但由于種種原因，正弦振動(dòng)試驗(yàn)在除航空產(chǎn)品的其他領(lǐng)域仍在廣泛地使用，其中包括對(duì)航天產(chǎn)品的試驗(yàn)。另外，正弦振動(dòng)在查找樣品的危險(xiǎn)頻率方面更是必不可少的。
振動(dòng)對(duì)產(chǎn)品影響
對(duì)結(jié)構(gòu)的影響：這種影響主要是指變形、彎曲、產(chǎn)生裂紋、斷裂和造成部件之間的相互撞擊等。這種破壞又可分為由于振動(dòng)所引起的應(yīng)力超過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度所能承受的極限而造成的破壞，以及長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)（如107次以上應(yīng)力循環(huán)的振動(dòng)）使產(chǎn)品發(fā)生疲勞而造成的破壞，這種破壞通常是不可逆的。
對(duì)工作性能的影響：這種影響主要是指振動(dòng)使運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)作不正常，接觸部件接觸不良，繼電器誤動(dòng)作，電子器件噪聲增大，分布參數(shù)變化，頻漂等，從而導(dǎo)致工作不正常、不穩(wěn)定，甚至失靈等。 這種影響的嚴(yán)重程度往往取決于振動(dòng)量值的大小。因?yàn)樵谠S多情況下，一旦振動(dòng)停止，工作就能恢復(fù)正常，此時(shí)這種破壞往往是可逆的。當(dāng)振動(dòng)量級(jí)超過一定量級(jí)時(shí)，會(huì)使電子設(shè)備性能失效，失效是不可取的，這種破壞通常不屬于永久性的破壞。
對(duì)工藝性能的影響：這種影響主要是指螺釘松動(dòng)，連接件或焊點(diǎn)脫開等。這種破壞通常在一個(gè)不太長(zhǎng)的振動(dòng)時(shí)間內(nèi)（如半小時(shí)）就會(huì)出現(xiàn)。
上述的種種影響，特別是當(dāng)產(chǎn)品的固有頻率和激勵(lì)頻率相等引起共振而導(dǎo)致響應(yīng)幅值急劇增大時(shí)，會(huì)更迅速和更嚴(yán)重地發(fā)生。所以，正弦振動(dòng)試驗(yàn)是用來確定產(chǎn)品能否經(jīng)受住預(yù)定的振動(dòng)條件，能否在預(yù)定的振動(dòng)條件下可靠地工作，性能不發(fā)生下降的一種行之有效的方法，也是確定產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性的有效方法之一。
實(shí)際上，產(chǎn)品所遇到的振動(dòng)在大多數(shù)情況下是隨機(jī)振動(dòng)，對(duì)這些隨機(jī)振動(dòng)，應(yīng)用隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)更切合實(shí)際。但由于試驗(yàn)技術(shù)是先由正弦后發(fā)展到隨機(jī)等歷史原因，至今還有許多標(biāo)準(zhǔn)一直沿用正弦振動(dòng)試驗(yàn)。重要的是：正弦振動(dòng)還是用來研究產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)特性，以及確定電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性平臺(tái)量值的有效方法之一。所以正弦振動(dòng)試驗(yàn)在力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)中仍是一個(gè)最重要的振動(dòng)試驗(yàn)項(xiàng)目，也是一個(gè)很經(jīng)典的試驗(yàn)方法。
產(chǎn)品在運(yùn)輸和實(shí)際使用中所遇到的振動(dòng)，絕大多數(shù)是隨機(jī)振動(dòng)。例如，宇航員和導(dǎo)彈在發(fā)射和助推階段的振動(dòng)；車輛在不平坦的道路上行駛時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)；多變的海浪使船舶產(chǎn)生的振動(dòng)等，都屬于隨機(jī)振動(dòng)。因此，用隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)才能更真實(shí)反映產(chǎn)品的抗震性能。
在隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)中，由于振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)處于不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，永遠(yuǎn)不會(huì)精確地重復(fù)，對(duì)其進(jìn)行一系列的測(cè)量，各次記錄都不一樣，所以沒有任何固定的周期。在任何確定的時(shí)刻，其振幅、頻率、相位都不能預(yù)先知道，因此就不可能用簡(jiǎn)單的周期函數(shù)和函數(shù)的組合來描述。圖3所示為典型的寬帶隨機(jī)振動(dòng)時(shí)間歷程。
圖3 典型的寬帶隨機(jī)振動(dòng)時(shí)間歷程
隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)
影響機(jī)理：與正弦振動(dòng)相比，隨機(jī)振動(dòng)的頻率域?qū)挘矣幸粋€(gè)連續(xù)的頻譜，它能同時(shí)在所有頻率上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行激勵(lì)，各種頻率的相互作用遠(yuǎn)比用正弦振動(dòng)僅對(duì)某些頻率或連續(xù)掃頻模擬上述振動(dòng)的影響更嚴(yán)酷、更真實(shí)、更有效。另外，用隨機(jī)振動(dòng)來研究產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)特性和結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)比用正弦振動(dòng)的方法更為簡(jiǎn)單和優(yōu)越。
失效模式：隨機(jī)振動(dòng)和正弦振動(dòng)一樣能造成導(dǎo)線摩擦、 緊固件松動(dòng)、活動(dòng)件卡死，從而破壞產(chǎn)品的連接、安裝和固定。當(dāng)隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)造成的應(yīng)力過大時(shí)，會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋和斷裂，特別在共振狀態(tài)下更為顯著。長(zhǎng)時(shí)間的隨機(jī)振動(dòng)，由于交變應(yīng)力所產(chǎn)生的累積損傷，會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞破壞。隨機(jī)振動(dòng)還會(huì)導(dǎo)致觸點(diǎn)接觸不良，帶電元件相互接觸或短路，焊點(diǎn)脫開，導(dǎo)線斷頭，以及產(chǎn)生強(qiáng)電噪聲等，從而影響產(chǎn)品的正常工作，使產(chǎn)品性能下降、失靈甚至失效。
產(chǎn)品在使用和運(yùn)輸過程中所經(jīng)受到的沖擊主要是由于車輛的緊急制動(dòng)和撞擊、飛機(jī)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(diǎn)火分離和再入等所產(chǎn)生的。沖擊是一種很復(fù)雜的物理過程， 與隨機(jī)振動(dòng)一樣，它具有連續(xù)的頻譜， 但又是一個(gè)瞬變過程，不具備穩(wěn)態(tài)隨機(jī)的條件。產(chǎn)品受沖擊后，其機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)要發(fā)生突變并將產(chǎn)生瞬態(tài)沖擊響應(yīng)。圖4所示是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)到的沖擊脈沖波形，圖5所示為一現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)到的中等延續(xù)沖擊加速度響應(yīng)時(shí)間歷程。
圖4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)到的沖擊脈沖波形
圖5 中等延續(xù)沖擊加速度響應(yīng)時(shí)間歷程
產(chǎn)品對(duì)機(jī)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(shí)間、明顯的初始上升時(shí)間和高量級(jí)的正負(fù)峰值。機(jī)械沖擊的峰值響應(yīng)一般可用一個(gè)隨時(shí)間遞減的指數(shù)函數(shù)包絡(luò)。對(duì)于具有復(fù)雜多模態(tài)特性的裝備，其沖擊響應(yīng)包括以下兩種頻率響應(yīng)分量：施加在裝備上的外部激勵(lì)環(huán)境的強(qiáng)迫頻率響應(yīng)分量和在激勵(lì)施加期間或之后裝備的固有頻率響應(yīng)分量。
從物理概念上講，產(chǎn)品受沖擊（瞬態(tài)激勵(lì)）后所產(chǎn)生的沖擊響應(yīng)的大小代表了產(chǎn)品實(shí)際所受到的沖擊強(qiáng)度。若產(chǎn)品的瞬時(shí)響應(yīng)幅值超過產(chǎn)品本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，則將導(dǎo)致產(chǎn)品破損?？梢姰a(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(duì)于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的極限應(yīng)力的峰值破壞。
沖擊試驗(yàn)失效模式
1.零件之間摩擦力的增加或減少，或相互干擾而引起的裝備失效；
2.裝備絕緣強(qiáng)度變化，絕緣阻抗下降，磁場(chǎng)和靜電場(chǎng)強(qiáng)的變化；
3.裝備電路板故障、損壞和電連接器失效（有時(shí)裝備在沖擊作用下，可能使電路板上多余物遷移而導(dǎo)致短路）;
4.當(dāng)裝備結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)件過應(yīng)力時(shí)，裝備產(chǎn)生永久性的機(jī)械變形；
5.當(dāng)超過極限強(qiáng)度時(shí)，裝備的機(jī)械零件損壞；
6.材料的加速疲勞（低周疲勞）;
7.裝備潛在的壓電效應(yīng)；
8.由于晶體、陶瓷、環(huán)氧樹脂或玻璃封裝破裂造成的裝備失效。
沖擊會(huì)對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能完好性產(chǎn)生有害影響。其程度一般隨沖擊的量級(jí)和持續(xù)時(shí)間的增減而改變。當(dāng)沖擊持續(xù)時(shí)間與產(chǎn)品固有頻率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(shí)，會(huì)進(jìn)一步增大對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能完好性的不利影響。這種機(jī)械沖擊一般限制在：頻率范圍不超過10 000 Hz，持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)于1.0 s。 在大多數(shù)情況下，產(chǎn)品的主要響應(yīng)頻率不超過2 000 Hz，響應(yīng)的持續(xù)時(shí)間小于0.1 s。
強(qiáng)碰撞沖擊試驗(yàn)主要用來確定產(chǎn)品經(jīng)受非接觸性水下爆炸、空中爆炸、近距離脫靶炮火等沖擊影響的適應(yīng)性和結(jié)構(gòu)完整性。
艦載產(chǎn)品可能會(huì)經(jīng)受下列幾種形式的沖擊：艦裝各種火炮（包括導(dǎo)彈）單發(fā)和齊發(fā)所激起的局部沖擊，其中包括火炮炮口的沖擊波（又稱氣浪沖擊）；敵方炮彈、導(dǎo)彈和空中武器在艦船上方附近爆炸所激起的沖擊；自投式敵方攻擊的水中兵器，如水雷、魚雷、深水炸彈在緊靠船體下方爆炸所激起的非接觸性水中爆炸沖擊。
上述這些沖擊有的直接作用在產(chǎn)品（包含減振器）上，有的通過船體本身結(jié)構(gòu)的傳遞作用在產(chǎn)品上。通常，安裝在甲板、舷側(cè)板和上層建筑上的產(chǎn)品（包含減振器）易受到炮彈、炸彈、導(dǎo)彈等空中爆炸的沖擊，以及火炮發(fā)射的氣浪沖擊。安裝在船體內(nèi)的產(chǎn)品易遭受到水中爆炸的沖擊。這些沖擊往往使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能受到很大的影響，甚至被破壞。
例如，1972年，我國(guó)掃雷艇在援越掃雷中，受到漏掃水雷的襲擊，雖然船體未漏水，但艇裝的各種電子設(shè)備被嚴(yán)重破壞，完全喪失了應(yīng)有的功能?？梢娚鲜鲞@些沖擊對(duì)艦本體往往不是致命的，但對(duì)艦裝各種電子電工產(chǎn)品的破壞性卻相當(dāng)大，特別是對(duì)艦裝各種電子設(shè)備的破壞性更嚴(yán)重。
隨著艦裝各種電子電工產(chǎn)品越來越多， 越來越復(fù)雜，而且將越來越依賴它們的作用，因而對(duì)他們的使用可靠性要求越來越高。為了保證艦船電工產(chǎn)品的可靠使用，為了保證在海上航行時(shí)的生命財(cái)產(chǎn)的安全，特別對(duì)參加戰(zhàn)斗的艦船，為了保證不貽誤戰(zhàn)機(jī)，必須在試驗(yàn)室內(nèi)重現(xiàn)上述沖擊的影響，預(yù)先對(duì)產(chǎn)品（包含減振器）進(jìn)行考核。
圖6 輕量級(jí)強(qiáng)碰撞 （顛振）沖擊機(jī)示意圖；
圖7 中量級(jí)強(qiáng)碰撞 （顛振）沖擊機(jī)示意
水下爆炸、撞擊、近距高脫靶炮火、空中爆炸及戰(zhàn)場(chǎng)所遇爆炸的沖擊是十分復(fù)雜的，呈現(xiàn)瞬態(tài)振動(dòng)的形式，其沖擊持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)比一般沖擊要長(zhǎng)得多，而且也很難用數(shù)學(xué)形式來描述它（由一種具有數(shù)學(xué)形式的沖擊來模擬它或模擬它對(duì)產(chǎn)品的影響）。
艦船產(chǎn)品一般都具有重量大、體積大的特點(diǎn)。若用規(guī)定脈沖波形的沖擊機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，一方面模擬不出爆炸所產(chǎn)生的那種大加速度長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間過程的復(fù)雜沖擊；另一方面，規(guī)定脈沖波形的方法與強(qiáng)碰撞沖擊臺(tái)相比易受負(fù)載（樣品）本身特性的影響。強(qiáng)碰撞沖擊臺(tái)就是針對(duì)受到劇烈的，但又不是毀滅性的爆炸所產(chǎn)生的沖擊影響而設(shè)計(jì)的，如圖6和圖7所示。近年來，由于國(guó)內(nèi)強(qiáng)碰撞沖擊機(jī)少，無法定量測(cè)量和給出實(shí)際施加的應(yīng)力曲線，目前用50 g、30 ms的半正弦沖擊來代替。
碰撞（艦船稱顛振）和沖擊一樣，是一個(gè)非常復(fù)雜的物理過程，并且是隨機(jī)的，能在不同的時(shí)間周期上出現(xiàn)。從力學(xué)觀點(diǎn)來分析，它們都屬于同一類問題，都是由于外界激勵(lì)使系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)發(fā)生突變、非穩(wěn)態(tài)的變化。然而由于它們對(duì)產(chǎn)品所造成的物理失效不完全相同，為了在試驗(yàn)室內(nèi)模擬方便起見，在民用（商用）產(chǎn)品的環(huán)境試驗(yàn)體系中才將其分成沖擊試驗(yàn)和碰撞（顛振）試驗(yàn)。
通常將峰值加速度較大，脈沖持續(xù)時(shí)間較短，很少重復(fù)出現(xiàn)，相對(duì)于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來說屬極限應(yīng)力的定義為沖擊。將峰值加速度不大，脈沖持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，不斷重復(fù)出現(xiàn)，相對(duì)于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來說是重復(fù)應(yīng)力的定義為碰撞（顛振）?？梢娕鲎玻嵳瘢┰囼?yàn)驗(yàn)主要是為了確定產(chǎn)品經(jīng)受重復(fù)碰撞（顛振）后所引起的累積損傷。目前碰撞 （顛振）試驗(yàn)在艦船產(chǎn)品的考核中用得最多。
碰撞（顛振）試驗(yàn)
碰撞（顛振）主要形式：
1.安裝在車輛上使用和通過車輛運(yùn)輸?shù)漠a(chǎn)品會(huì)經(jīng)受到由于路面不平、軌道的不連續(xù)、調(diào)車、掛接等所產(chǎn)生的碰撞；
2.安裝在艦船上使用和通過艦船運(yùn)輸?shù)漠a(chǎn)品，會(huì)經(jīng)受到波浪拍擊等所產(chǎn)生的顛振。
影響機(jī)理：由碰撞（顛振）所產(chǎn)生的重復(fù)應(yīng)力會(huì)使螺紋連接和鉚接松動(dòng)，配合產(chǎn)生磨損，構(gòu)件疲勞，產(chǎn)生裂紋，甚至斷裂。它還會(huì)造成脫焊，接觸不良，從而影響產(chǎn)品的電性能。
樣品及固定狀態(tài)：碰撞（顛振）試驗(yàn)和沖擊、振動(dòng)等力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)一樣，主要針對(duì)非包裝樣品，以及在運(yùn)輸中其包裝可以看做樣品本身一部分的裝置。 這些樣品在運(yùn)載工具上是被固定使用的。當(dāng)它們通過運(yùn)輸工具運(yùn)輸時(shí)，也是在牢靠狀態(tài)下進(jìn)行的。所以碰撞（顛振）試驗(yàn)也和沖擊、振動(dòng)等力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)一樣是將樣品固定在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的。在試驗(yàn)時(shí)，碰撞（顛振）脈沖的輸入點(diǎn)應(yīng)是產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)碰撞（顛振）應(yīng)力的輸入點(diǎn)。對(duì)在運(yùn)輸過程中，在運(yùn)輸工具上不固定的產(chǎn)品，民用（商用）產(chǎn)品的環(huán)境試驗(yàn)體系中用彈跳試驗(yàn)進(jìn)行；軍用產(chǎn)品的環(huán)境試驗(yàn)體系中用包裝試驗(yàn)臺(tái)（不同于國(guó)內(nèi)的運(yùn)輸試驗(yàn)臺(tái)）進(jìn)行。目前碰撞（顛振）試驗(yàn)也和其他一些力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)一道用于包裝試驗(yàn)，然而此時(shí)的碰撞（顛振）力是通過包裝箱再傳遞到被試祥品的，所以與本試驗(yàn)是有一定區(qū)別的。
試驗(yàn)：產(chǎn)品在實(shí)際運(yùn)輸和使用中所經(jīng)受到的碰撞（顛振）激勵(lì)是十分復(fù)雜的。圖8所示是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)到的三種碰撞（顛振）脈沖波形。由上述的實(shí)際環(huán)境中的碰撞（顛振）脈沖波形可見，它們通常都是不能直接利用的，而且各次碰撞（顛振）脈沖波形之間的一致性很差。所以，要在試驗(yàn)室內(nèi)直接重現(xiàn)是困難的。即便上述這些波形能在試驗(yàn)室內(nèi)重現(xiàn)，要達(dá)到試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中所要求的再現(xiàn)性也是非常困難的。碰撞（顛振）試驗(yàn)也和沖擊試驗(yàn)一樣，不是采用直接模擬實(shí)際環(huán)境中的碰撞（顛振）脈沖波進(jìn)行的，而是采用等效損傷的方法，即在試驗(yàn)室內(nèi)用經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化后的具體有一定峰值加速度和脈沖持續(xù)時(shí)間的標(biāo)稱半正弦脈沖進(jìn)行。
圖8 實(shí)測(cè)到的快艇與波浪顛振（碰撞）脈沖波形
產(chǎn)品在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用過程中會(huì)經(jīng)受到地震、爆炸、顫振現(xiàn)象或機(jī)械振動(dòng)等所引起的短持續(xù)時(shí)間的脈沖振蕩力的作用，圖9中的振動(dòng)時(shí)間歷程曲線就是在殲擊機(jī)上實(shí)測(cè)到的。根據(jù)我國(guó)某單位對(duì)機(jī)載（殲擊機(jī)）、車載電子設(shè)備的安裝平臺(tái)振動(dòng)環(huán)境條件的實(shí)測(cè)和數(shù)據(jù)處理過程統(tǒng)計(jì)，這種波形占全部所測(cè)時(shí)間歷程數(shù)據(jù)的比例約為8 %~ 10 %。那些安裝在易受到隨機(jī)或多頻激勵(lì)的結(jié)構(gòu)上的產(chǎn)品，在使用環(huán)境中，，在這種振動(dòng)的作用下，安裝基礎(chǔ)在其共振頻率上會(huì)產(chǎn)生一種正弦拍頻振動(dòng)響應(yīng)，然后作為輸入傳遞到受此影響的產(chǎn)品上。這種振動(dòng)對(duì)產(chǎn)品的影響比一般的平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)和正弦振動(dòng)嚴(yán)酷。
圖9 殲擊機(jī)上實(shí)測(cè)到的的振動(dòng)時(shí)間歷程曲線
正弦拍頻振動(dòng)試驗(yàn)方法提供了一種在試驗(yàn)室內(nèi)再現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)際可能經(jīng)受到的或相似的影響，但并不完全需要再現(xiàn)實(shí)際環(huán)境的試驗(yàn)方法。這種方法比平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)和正弦振動(dòng)更接近于實(shí)際環(huán)境的激勵(lì)，而產(chǎn)生的響應(yīng)比連續(xù)正弦波產(chǎn)生的響應(yīng)更寬闊。正弦拍頻是地震試驗(yàn)的重要組成部分。
圖10 正弦拍頻振動(dòng)時(shí)間歷程圖
正弦拍頻是用一較低的正弦波調(diào)制的某一頻率的連續(xù)正弦波。一個(gè)正弦拍頻的持續(xù)時(shí)間為調(diào)制頻率的半個(gè)周期，如圖10 所示。用正弦拍頻振動(dòng)試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，樣品在固定頻率上用若干預(yù)定的正弦拍頻振動(dòng)激勵(lì)。這些固定試驗(yàn)頻率可以是預(yù)定頻率，也可以是正弦振動(dòng)試驗(yàn)響應(yīng)檢查辨別出來的危險(xiǎn)頻率。在每一獨(dú)立的正弦拍頻之間有一間歇，留給樣品一個(gè)自由響應(yīng)的衰減時(shí)間。
產(chǎn)品在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、發(fā)射和使用期間，可能會(huì)經(jīng)常受到短持續(xù)時(shí)間的隨機(jī)形式的動(dòng)態(tài)應(yīng)力作用，如地震、爆炸，以及在運(yùn)載工具上使用或通過運(yùn)輸工具運(yùn)輸時(shí)產(chǎn)品產(chǎn)生這些應(yīng)力，其特性是在沒有使樣品的振動(dòng)響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)條件時(shí)，即已消失，屬非平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)范疇。研究這種瞬態(tài)振動(dòng)產(chǎn)生的原因、對(duì)產(chǎn)品的影響機(jī)理及試驗(yàn)室的模擬技術(shù)，進(jìn)而分析對(duì)電子產(chǎn)品的影響，以提高電子產(chǎn)品抗御這種非穩(wěn)態(tài)振動(dòng)的能力，應(yīng)作為我們今后開展環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備和環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)研究的任務(wù)之一。
與其他方法相比，這種方法避免了過試驗(yàn)的傾向。這是因?yàn)樵摲椒鼙容^真實(shí)地重現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)際所經(jīng)受到的響應(yīng)，對(duì)由于采用太保守的試驗(yàn)方法（這是當(dāng)前在制定和確定經(jīng)典試驗(yàn)方法的環(huán)境試驗(yàn)條件時(shí)普遍存在的）而產(chǎn)生過應(yīng)力或疲勞的可能性將大大減小。
典型瞬態(tài)振動(dòng)時(shí)間歷程的波形如圖11所示。在實(shí)測(cè)到的時(shí)間歷程信號(hào)中，往往有一定比例的類似上述波形的時(shí)間歷程信號(hào)。 由于技術(shù)上的種種困難，目前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)實(shí)測(cè)信號(hào)的處理僅限于平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)，這類信號(hào)在隨機(jī)信號(hào)的平穩(wěn)性檢驗(yàn)中都是被剔除的。然而在實(shí)際環(huán)境中是存在的，例如，火箭發(fā)射、殲擊機(jī)做各種特技(戰(zhàn)斗)動(dòng)作和挖掘機(jī)采石等過程中都會(huì)出現(xiàn)如圖11所示的振動(dòng)時(shí)間歷程。
圖11 典型瞬態(tài)振動(dòng)時(shí)間歷程波形
產(chǎn)品實(shí)際使用中往往會(huì)經(jīng)受到多種環(huán)境因素的同時(shí)作用，如高低溫、潮濕、低氣壓、鹽霧、霉菌、沙塵等影響。產(chǎn)品在實(shí)際使用所經(jīng)受到的環(huán)境應(yīng)力，通常不是前面所敘述的單一的正弦振動(dòng)、單一的隨機(jī)振動(dòng)或單一的沖擊，而是多種環(huán)境應(yīng)力的綜合作用。大量的事實(shí)證明，只有綜合試驗(yàn)才能模擬產(chǎn)品在多數(shù)情況下所經(jīng)受到的多種環(huán)境因素的同時(shí)作用，才能更真實(shí)地反映產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)使用中出現(xiàn)的失效模式。
綜合環(huán)境試驗(yàn)的試驗(yàn)條件是將各種環(huán)境條件（振動(dòng)、低溫、高溫、溫度變化速率、濕度等）的應(yīng)力綜合在一起，盡量逼真地模擬產(chǎn)品在使用中所遇到的實(shí)際環(huán)境條件。溫度/濕度/振動(dòng)綜合試驗(yàn)是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外廣泛用于產(chǎn)品，特別是電子產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)的一種方法。在國(guó)軍標(biāo)GJB 889 200 和美軍標(biāo)MIL-STD-781中，用溫度/濕度/振動(dòng)三綜合境試驗(yàn)進(jìn)行可靠性鑒定試驗(yàn)和可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可靠性水平指標(biāo)MTBE值。圖11所示是用于可靠性試驗(yàn)的溫度/濕度/振動(dòng)的三綜合試驗(yàn)的試驗(yàn)剖面圖。
圖11 溫度/濕度/振動(dòng)三綜合試驗(yàn)剖面圖
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