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如何评估振动台能否满足给定的冲击试验条件?

嘉峪检测网        2023-03-13 20:00

在实际选型的过程中,冲击激振动力与额定正弦激振力之间,标称最大速度与冲击试验的速度变化量之间这几个关系要需要注意;另外关于速度变化量的计算可以通过查表法、公式计算的方法,或者通过控制仪软件模拟的方法来验证。红色文本为此次更新内容。
 
1、冲击试验的目的:
 
GB/T 2423.5新旧版本的描述略有差异:
 
1) 1995旧版
 
2 一般说明
……
 
本试验的目的是用来揭露机械弱点和(或)性能下降的情况,并且利用这些资料,结合有关规范,来决定样品是否可以接收。在某些情况下,本冲击试验也可用来确定样品的结构完好性,或作为质量控制的手段(A2章)。
……
 
本标准的冲击不是用来模拟实际所遭受到的冲击。可能的话,加于样品的试验严酷等级和冲击脉冲波形应能模拟样品将要经受到的实际运输和工作环境的效应。或者,如果试验的目的是为了评价结构完好性,则应满足设计要求(A2和A4章)。
 
GB/T 2423.5-1995 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验Ea和导则:冲击
 
2) 2019 新版
 
本试验的目的是用来暴露机械薄弱环节和/或性能下降和冲击引起的累计操作和退化情况,并且利用这些资料,结合有关规范,来决定样品是否以接收。在些情况下,本冲击试验也可以用来确定样品的结构完好性,或作为质量控制的手段(见A.2)。
……
 
如有可能,施加于样品的试验严酷等级和冲击脉冲波形尽可能模拟样品将要经受到的实际运输或工作环境的效果;而试验的目的是为了评价结构完整性,是否符合设计要求(见A.2和A.4)。
 
GB/T 2423.5-2019 环境试验 第2部分:试验方法 试验Ea和导则:冲击
 
2、基本脉冲波形:
 
新标准分为三种脉冲波形:半正弦波、后峰锯齿波和梯形波。
 
旧版本称之为:后峰锯齿波形脉冲、半正弦形脉冲、梯形脉冲。
 
 

 
新版本给出了选用波形的优先顺序,旧版本说“它们的排列顺序并不表示在前面的脉冲优先”。
 
旧版本《附录 A》中提到:
 
A3 脉冲波形(2章)
 
本标准规定了常用的三种冲击脉冲波形,根据试验的目的,可选用其中的任一种(也可见4.1.1和本标准的表1)。
 
半正弦形脉冲适用于模拟线性系统的撞击或线性系统的减速所引起的冲击效应,例如弹性结构的撞击。
 
梯形脉冲能在较宽的频谱上比半正弦形脉冲产生更高的响应。如果试验的目的是为了模拟诸如空间探测器或卫星发射阶段爆炸螺栓所引起的冲击环境的效应,便可采用这种冲击波形。
 
注:最常用的是半正弦形脉冲,梯形脉冲基本上不用于元器件型样品。后峰锯齿形脉冲和梯形脉冲相比,具有更均匀的响应谱。
 
GB/T 2423.5-1995 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验Ea和导则:冲击
 
新版本同样在《附录 A》中提到:
 
A.3 脉冲波形(见第1章)
……
 
半正弦形脉冲适用于模拟线性系统的撞击或线性系统的减速所引起的冲击效应,例如弹性结构的撞击。
 
后峰锯齿形脉冲具有比半正弦脉冲和后峰锯形脉冲更均匀的响应谱。
 
梯形脉冲能在较宽的频谱上比半正弦形脉冲产生更高的响应。如果试验的目的是为了模拟诸如空间探测器或卫星发射阶段爆炸螺栓所引起的冲击环境的效应,便可采用这种冲击波形。
 
注:最常用的是半正弦形脉冲,梯形脉冲基本上不用于元器件型样品。
 
GB/T 2423.5-2019 环境试验 第2部分:试验方法 试验Ea和导则:冲击
 
之所以把新旧版本的这些内容都摘录在这里,是因为觉得两相比较,可以发现有一些比较有趣的东西。
 
3、机械冲击的严酷等级
 
(1)脉冲波类型
 
(2)峰值加速度
 
(3)标称脉冲持续时间
 
还有速度变化量,即表1中的△V,这三种经典冲击波形都提供了详细的计算公式或者对应的值。把相关参数的值代入公式或者通表1速查确认,一般系统的速度约是正弦速度的1.5倍,选型的时候也得注意,如果确认推力、加速度等都满足,但是这个速度满足不了的话,一样会选型失败。
 
新旧标准都为这些项目提供了一个速查表:
 
旧标准的表比较简单:
新标准的表1 除名称不同外,内容也作了扩充,更加详细:
 
 
4、电动振动台相关技术指标(实际视具体厂商、型号而定,此处所列的内容仅供参考)
 
(1)最大位移p-p(一般为25/40/51/60/76/100mm)
 
(2)最大冲击激振力(一般以额定随机/正弦激振力的2倍计,20吨以上的设备有厂家以3倍计,当然也有其它不同的经验值的说法,最保守的值应该不小于最大正弦激振力。现在有的厂家中小推力的设备现在冲击激振力也有标3倍推力的,但是个人认为这不是值得提倡的,虽然使用振动台做冲击比较方便,但是毕竟有其局限性,很多条件的冲击试验还是需要专业的设备去搞。)
 
(3)最大速度(振动台的最大速度一般为2m/s,部分2.5m/s,而在进行经典冲击时,系统的速度约是正弦速度的1.5倍,这一关系或者可以作为选型过程中一个比较重要的参考点。
 
(4)最大加速度
 
(一般为250/350/500/730/750/800/850/900/1000m/s^2)
 
(5)支持脉冲波形(一般都能满足上述三种经典冲击脉冲波形,其它功能一般都是选购的项目,需要跟厂商进行确认。)
 
5、评估现有振动台能否满足给定冲击试验条件:
 
冲击试验条件一般会给出:脉冲波类型、峰值加速度、脉宽(脉冲持续时间)等。
通常可以根据表1中的数据进行速查比对,大致可以评估出是否满足。如果给出的试验条件表里面没有,这个表同时提供各波形的计算式,把相关的值代入,即可算出。
 
表1 中的速度变化量计算公式:
 
• 半正弦波:ΔV=2/πAD×10-3
• 梯形波:ΔV=0.5AD×10-3
• 后峰锯齿波:ΔV=0.9AD×10-3
 
如果比较表1和电动振动台正常技术能力,300m/s^2(30g)以上峰值加速度,3m/s以上速度的冲击试验,基本上就不能考虑使用振动台来做了,同时还应考虑标称脉冲的峰值加速度20%的上允差,系统自身的保险系数,为了保护设备,建议还是保守一点,留有足够的裕量。
 
6、常见冲击试验标准
 
GB/T 2423.5-1995 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验Ea和导则:冲击
GB/T 2423.5-2019 环境试验 第2部分:试验方法 试验Ea和导则:冲击(IEC 60068-2-27:2008)
GB/T 21563-2018 轨道交通 机车车辆设备 冲击和振动试验(IEC 61373:1999)
GB/T 25119-2010 轨道交通 机车车辆电子装置(IEC60571:2006)
GB/T 28046.3-2011 道路车辆 电气及电子设备的环境条件和试验 第 3 部分:机械负荷(ISO 16750-3:2007)
IEC 61373:2010 轨道交通 机车车辆设备 冲击和振动试验
EN 50155:2017 轨道交通 机车车辆电子装置
GB/T6587-2012 电子测量仪器通用规范
GB/T 9813.1-2016 计算机通用规范 第 1 部分:台式微型计算机
GB/T 9813.2-2016 计算机通用规范 第 2 部分:便携式微型计算机
CGC/GF 037:2014 光伏汇流设备技术规范
GB/T 11287-2000 电气继电器 第 21 部分:量度继电器和保护装置的振动、冲击、碰撞和地震试验 第 1 篇:振动试验(正弦) (IEC 60255-21-1:1988)
GJB 150.18A-2009 装备实验室环境试验方法 第 18 部分:冲击试验
GJB 367A-2001通信设备通用规范
GJB 3947A-2009 电子测试设备通用规范
GJB 360B-2009 电子及电气元件试验方法
GJB 4.9-1983 舰船电子设备环境试验 冲击试验
 

 
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来源:可靠性与环境试验