電子產品抗振、抗沖擊性能需要測試那些項目？
來源(yuan)：劍(jian)喬儀器
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發布日期：2021-09-14
產(chan)(chan)品(pin)抗振、抗沖擊性(xing)(xing)(xing)能是體現(xian)產(chan)(chan)品(pin)品(pin)質的(de)(de)重要評估途徑，產(chan)(chan)品(pin)的(de)(de)環(huan)境適(shi)應性(xing)(xing)(xing)和可靠性(xing)(xing)(xing)既是設(she)計出來(lai)的(de)(de)，更是試驗(yan)出來(lai)的(de)(de)。設(she)計奠定了產(chan)(chan)品(pin)固有的(de)(de)環(huan)境適(shi)應性(xing)(xing)(xing)和可靠性(xing)(xing)(xing)，而(er)試驗(yan)則是完善設(she)計、暴露(lu)生產(chan)(chan)工藝缺陷，評價考(kao)核產(chan)(chan)品(pin)各項性(xing)(xing)(xing)能是否符合合同要求必不可少的(de)(de)手段。
經驗(yan)證明，約有70 %的設計(ji)缺陷(xian)是(shi)(shi)通過試(shi)驗(yan)找出來(lai)的，可見試(shi)驗(yan)是(shi)(shi)提高產品(pin)(pin)質(zhi)量(liang)的非常(chang)重要(yao)的手段。就(jiu)中(zhong)國(guo)國(guo)情而(er)言，研制與生(sheng)產過程中(zhong)的質(zhi)量(liang)控制遠不(bu)如國(guo)外(wai)，最(zui)后(hou)的評價考核往往是(shi)(shi)把(ba)握產品(pin)(pin)環境適應性和可靠性最(zui)重要(yao)的關口。
產品抗振(zhen)(zhen)、抗沖(chong)擊(ji)性能(neng)的試(shi)驗(yan)屬于力學(xue)環境試(shi)驗(yan)范(fan)疇，按產品可能(neng)經(jing)受(shou)到(dao)的各種力學(xue)環境及(ji)其(qi)特性，其(qi)試(shi)驗(yan)考核(he)方法有:正弦(xian)振(zhen)(zhen)動(dong)試(shi)驗(yan)、隨機振(zhen)(zhen)動(dong)試(shi)驗(yan)、沖(chong)擊(ji)試(shi)驗(yan)、碰(peng)(peng)撞(顛振(zhen)(zhen)）試(shi)驗(yan)、強碰(peng)(peng)撞沖(chong)擊(ji)試(shi)驗(yan)、正弦(xian)拍頻振(zhen)(zhen)動(dong)試(shi)驗(yan)、瞬態時間歷程與沖(chong)擊(ji)響應譜等。
需要(yao)進行抗振(zhen)(zhen)、抗沖擊性設(she)計的(de)產品(pin)往往在(zai)全壽命期間會經受到(dao)力(li)學環境(jing)(jing)+氣(qi)候環境(jing)(jing)這一綜(zong)(zong)(zong)合(he)(he)(he)(he)環境(jing)(jing)的(de)作用(yong)(yong)，需要(yao)進行綜(zong)(zong)(zong)合(he)(he)(he)(he)環境(jing)(jing)的(de)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)與考(kao)(kao)核(he)。目(mu)前，用(yong)(yong)于軍工(gong)產品(pin)的(de)綜(zong)(zong)(zong)合(he)(he)(he)(he)環境(jing)(jing)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)考(kao)(kao)核(he)方法有:溫(wen)度/濕(shi)度/振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)三綜(zong)(zong)(zong)合(he)(he)(he)(he)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)、溫(wen)度/溫(wen)度/振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)/低氣(qi)壓四綜(zong)(zong)(zong)合(he)(he)(he)(he)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)、振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)/噪聲(sheng)/振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)三綜(zong)(zong)(zong)合(he)(he)(he)(he)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)箱；用(yong)(yong)于民用(yong)(yong)產品(pin)的(de)綜(zong)(zong)(zong)合(he)(he)(he)(he)環境(jing)(jing)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)考(kao)(kao)核(he)方法有：溫(wen)度/振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)（正弦）綜(zong)(zong)(zong)合(he)(he)(he)(he)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)、低溫(wen)/低氣(qi)壓/振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)（正弦）綜(zong)(zong)(zong)合(he)(he)(he)(he)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)。在(zai)這些(xie)綜(zong)(zong)(zong)合(he)(he)(he)(he)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)中(zhong)用(yong)(yong)得最多、最廣泛(fan)的(de)是溫(wen)度/濕(shi)度/振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)三綜(zong)(zong)(zong)合(he)(he)(he)(he)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)。
正(zheng)弦振動(dong)試(shi)驗的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是在(zai)試(shi)驗室內(nei)模(mo)擬產品在(zai)運輸(shu)、儲存、使用過程中(zhong)所可(ke)能經(jing)受到的(de)(de)(de)正(zheng)弦振動(dong)及其(qi)影響。正(zheng)弦振動(dong)主要(yao)是由(you)于飛(fei)機(ji)、車輛、船舶、空中(zhong)飛(fei)行器和地(di)面機(ji)械(xie)的(de)(de)(de)旋(xuan)轉(zhuan)、脈動(dong)、振蕩等(deng)諸力所引起的(de)(de)(de)。
正(zheng)弦(xian)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)試(shi)驗(yan)屬于“規定(ding)一種機械運(yun)(yun)動(dong)” 的(de)(de)(de)力學環境試(shi)驗(yan)方法，而(er)這種機械運(yun)(yun)動(dong)是以正(zheng)弦(xian)曲線(xian)為基本(ben)運(yun)(yun)動(dong)軌(gui)跡的(de)(de)(de)。所以在正(zheng)弦(xian)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)試(shi)驗(yan)中(zhong)，若知(zhi)道過(guo)去的(de)(de)(de)運(yun)(yun)動(dong)狀(zhuang)態，就可(ke)以確定(ding)未來任何時(shi)刻(ke)運(yun)(yun)動(dong)的(de)(de)(de)各要素。從正(zheng)弦(xian)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)試(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)時(shi)間(jian)歷程可(ke)見，用頻率(lv)(lv)、幅值兩個參(can)數可(ke)以完整(zheng)描述正(zheng)弦(xian)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)試(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)基本(ben)運(yun)(yun)動(dong)。正(zheng)弦(xian)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)試(shi)驗(yan)基本(ben)運(yun)(yun)動(dong)時(shi)間(jian)歷程如圖1所示(shi)。正(zheng)弦(xian)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)試(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)能(neng)量存在于某一頻率(lv)(lv)上，而(er)不是幅值對頻率(lv)(lv)的(de)(de)(de)連續譜，如圖2所示(shi)。所以正(zheng)弦(xian)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)試(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)條件(jian)(嚴酷(ku)等級)由(you)頻率(lv)(lv)、振(zhen)(zhen)(zhen)幅、試(shi)驗(yan)持(chi)續時(shi)間(jian)三個參(can)數共同確定(ding)。
圖1（左(zuo)）正弦振動試驗基本運動的時(shi)間(jian)歷程
圖2（右）正弦振動能量譜圖
隨著試(shi)(shi)驗(yan)(yan)技術的(de)發(fa)展，隨機振(zhen)動(dong)的(de)應(ying)用領(ling)域已越(yue)來越(yue)寬(kuan)廣，特別在航空產品的(de)振(zhen)動(dong)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)方(fang)面(mian)更是如(ru)此，但由于種(zhong)(zhong)種(zhong)(zhong)原(yuan)因(yin)，正弦(xian)振(zhen)動(dong)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)在除航空產品的(de)其(qi)他領(ling)域仍在廣泛(fan)地使用，其(qi)中(zhong)包括對航天產品的(de)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)。另外，正弦(xian)振(zhen)動(dong)在查(cha)找樣品的(de)危險(xian)頻率(lv)方(fang)面(mian)更是必不可少的(de)。
振動(dong)對產品(pin)影響
對結構的影響：這種影響主要是(shi)指(zhi)變形、彎曲、產生(sheng)裂(lie)紋(wen)、斷裂(lie)和造(zao)成(cheng)部件(jian)之間(jian)的(de)相互撞擊等。這種破(po)壞又可分為(wei)由(you)于(yu)振動所引起的(de)應力超過產品結構強度(du)所能承受的(de)極限而(er)造(zao)成(cheng)的(de)破(po)壞，以及(ji)長時間(jian)的(de)振動（如107次以上應力循環的振動）使產品發生疲勞而造成的破壞，這種破壞通常是不可逆的。
對工作性能的影響：這種(zhong)影(ying)響(xiang)主要是指振(zhen)動使運動部(bu)件(jian)動作(zuo)(zuo)不(bu)(bu)(bu)正常(chang)，接觸部(bu)件(jian)接觸不(bu)(bu)(bu)良，繼電(dian)器誤動作(zuo)(zuo)，電(dian)子器件(jian)噪聲增(zeng)大，分布參數變化，頻漂(piao)等(deng)，從而導致工作(zuo)(zuo)不(bu)(bu)(bu)正常(chang)、不(bu)(bu)(bu)穩(wen)定，甚至失(shi)靈等(deng)。 這種(zhong)影(ying)響(xiang)的(de)嚴重程度(du)往(wang)往(wang)取(qu)決于振(zhen)動量值的(de)大小。因為在許(xu)多情況下，一(yi)旦振(zhen)動停止，工作(zuo)(zuo)就(jiu)能恢復正常(chang)，此(ci)時這種(zhong)破(po)壞往(wang)往(wang)是可逆的(de)。當(dang)振(zhen)動量級超過(guo)一(yi)定量級時，會使電(dian)子設備性能失(shi)效(xiao)，失(shi)效(xiao)是不(bu)(bu)(bu)可取(qu)的(de)，這種(zhong)破(po)壞通(tong)常(chang)不(bu)(bu)(bu)屬于永久性的(de)破(po)壞。
對工藝性能的影響：這種影響(xiang)主(zhu)要是(shi)指螺釘松動，連接件或焊點脫開等。這種破壞通(tong)常(chang)在一個不太長的振動時間內（如(ru)半小時）就(jiu)會出(chu)現(xian)。
上述的(de)種(zhong)(zhong)種(zhong)(zhong)影響，特別是當產品(pin)的(de)固(gu)有(you)頻(pin)率和激(ji)勵頻(pin)率相(xiang)等引起共振而導(dao)致響應(ying)幅值急劇增大時，會(hui)更迅(xun)速和更嚴重地(di)發生。所(suo)以，正(zheng)弦振動試驗是用來確(que)定產品(pin)能(neng)否經(jing)受住預定的(de)振動條(tiao)件，能(neng)否在(zai)預定的(de)振動條(tiao)件下可(ke)靠地(di)工作，性能(neng)不發生下降的(de)一種(zhong)(zhong)行之有(you)效(xiao)(xiao)的(de)方法，也是確(que)定產品(pin)環境適應(ying)性的(de)有(you)效(xiao)(xiao)方法之一。
實際(ji)上，產(chan)品(pin)(pin)所遇(yu)到的(de)(de)振動(dong)在大(da)多(duo)數情況下是隨(sui)(sui)機(ji)振動(dong)，對這些隨(sui)(sui)機(ji)振動(dong)，應(ying)用(yong)隨(sui)(sui)機(ji)振動(dong)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)方法進(jin)行試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)更切(qie)合實際(ji)。但由于試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)技術(shu)是先由正弦(xian)后(hou)發展到隨(sui)(sui)機(ji)等歷史原因(yin)，至今(jin)還有許多(duo)標準一(yi)直沿用(yong)正弦(xian)振動(dong)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)。重要的(de)(de)是：正弦(xian)振動(dong)還是用(yong)來研(yan)究產(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)動(dong)態特性，以及確定電子設備環境適應(ying)性平臺量值的(de)(de)有效方法之(zhi)一(yi)。所以正弦(xian)振動(dong)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)在力學環境試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)中仍是一(yi)個最重要的(de)(de)振動(dong)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)項目，也是一(yi)個很經(jing)典的(de)(de)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)方法。
產(chan)(chan)(chan)品在(zai)運輸和實際使用中所遇(yu)到的(de)(de)振(zhen)動(dong)，絕大多數是隨機(ji)振(zhen)動(dong)。例(li)如，宇航員和導彈在(zai)發(fa)射和助推階段的(de)(de)振(zhen)動(dong)；車輛(liang)在(zai)不平坦(tan)的(de)(de)道路上(shang)行駛(shi)時產(chan)(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)振(zhen)動(dong)；多變的(de)(de)海浪使船舶(bo)產(chan)(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)振(zhen)動(dong)等，都屬于隨機(ji)振(zhen)動(dong)。因此，用隨機(ji)振(zhen)動(dong)試(shi)驗才能更(geng)真(zhen)實反映產(chan)(chan)(chan)品的(de)(de)抗震(zhen)性(xing)能。
在隨機振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)試驗中，由于振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)的質(zhi)點處(chu)于不(bu)(bu)規則的運動(dong)狀態，永遠不(bu)(bu)會精確地重(zhong)復，對(dui)其進(jin)行(xing)一系列的測量，各次記錄都不(bu)(bu)一樣(yang)，所(suo)以沒有任(ren)(ren)何固定的周期(qi)。在任(ren)(ren)何確定的時刻，其振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)幅、頻(pin)率、相位都不(bu)(bu)能預先知(zhi)道，因此就(jiu)不(bu)(bu)可能用(yong)簡單的周期(qi)函數和函數的組合來描述。圖3所(suo)示為(wei)典型(xing)的寬帶隨機振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)時間歷程(cheng)。
圖3 典型(xing)的寬帶隨機振動時間歷程(cheng)
隨機振動試驗
影響機理：與正弦振動相比，隨機振動的頻率域寬，而且有一個連續的頻譜，它能同時在所有頻率上對產品進行激勵，各種頻率的相互作用遠比用正弦振動僅對某些頻率或連續掃頻模擬上述振動的影響更嚴酷、更真實、更有效。另外，用隨機振動來研究產品的動態特性和結構的傳遞函數比用正弦振動的方法更為簡單和優越。
失效模式：隨機振動和正弦振動一樣能造成導線摩擦、 緊固件松動、活動件卡死，從而破壞產品的連接、安裝和固定。當隨機振動激勵造成的應力過大時，會使結構產生裂紋和斷裂，特別在共振狀態下更為顯著。長時間的隨機振動，由于交變應力所產生的累積損傷，會使結構產生疲勞破壞。隨機振動還會導致觸點接觸不良，帶電元件相互接觸或短路，焊點脫開，導線斷頭，以及產生強電噪聲等，從而影響產品的正常工作，使產品性能下降、失靈甚至失效。
產(chan)品在使用和運輸過程(cheng)(cheng)中所(suo)(suo)經受到(dao)的(de)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)主要是(shi)由于車輛的(de)緊(jin)急制動(dong)(dong)和撞擊(ji)(ji)、飛機(ji)的(de)空投(tou)和墜撞（緊(jin)急迫降）、炮火的(de)發(fa)射、化學能(neng)(neng)和核能(neng)(neng)的(de)爆炸、導(dao)彈和高性能(neng)(neng)武(wu)器的(de)點火分(fen)離和再入等所(suo)(suo)產(chan)生(sheng)的(de)。沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)是(shi)一(yi)(yi)種很復(fu)雜(za)的(de)物理過程(cheng)(cheng)， 與隨機(ji)振動(dong)(dong)一(yi)(yi)樣(yang)，它具(ju)有(you)連續(xu)(xu)的(de)頻(pin)譜， 但又是(shi)一(yi)(yi)個瞬(shun)變過程(cheng)(cheng)，不具(ju)備穩態隨機(ji)的(de)條件。產(chan)品受沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)后(hou)，其(qi)機(ji)械系統的(de)運動(dong)(dong)狀態要發(fa)生(sheng)突變并將產(chan)生(sheng)瞬(shun)態沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)響(xiang)應。圖(tu)4所(suo)(suo)示是(shi)現場實測到(dao)的(de)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)脈沖(chong)(chong)波形，圖(tu)5所(suo)(suo)示為一(yi)(yi)現場實測到(dao)的(de)中等延續(xu)(xu)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)加速(su)度(du)響(xiang)應時間歷(li)程(cheng)(cheng)。
圖(tu)4 現場(chang)實測到的沖擊脈沖波形(xing)
圖5 中等延續沖擊加速度響應時間(jian)歷(li)程(cheng)
產品對機(ji)械沖(chong)擊環(huan)境的(de)(de)響(xiang)應(ying)(ying)具(ju)(ju)有(you)以下特(te)征:高(gao)頻(pin)(pin)振蕩、短(duan)持續時間、明顯的(de)(de)初(chu)始上升時間和高(gao)量(liang)級的(de)(de)正(zheng)負(fu)峰(feng)值。機(ji)械沖(chong)擊的(de)(de)峰(feng)值響(xiang)應(ying)(ying)一般可用一個隨時間遞減(jian)的(de)(de)指數函數包絡。對于具(ju)(ju)有(you)復雜(za)多模態特(te)性(xing)的(de)(de)裝備(bei)(bei)，其沖(chong)擊響(xiang)應(ying)(ying)包括以下兩種頻(pin)(pin)率響(xiang)應(ying)(ying)分(fen)量(liang)：施加在裝備(bei)(bei)上的(de)(de)外部激勵環(huan)境的(de)(de)強迫頻(pin)(pin)率響(xiang)應(ying)(ying)分(fen)量(liang)和在激勵施加期(qi)間或之后裝備(bei)(bei)的(de)(de)固(gu)有(you)頻(pin)(pin)率響(xiang)應(ying)(ying)分(fen)量(liang)。
從物理概念上講(jiang)，產(chan)品(pin)(pin)(pin)受沖(chong)擊（瞬態激(ji)勵）后所產(chan)生的(de)(de)沖(chong)擊響應(ying)的(de)(de)大小(xiao)代表了產(chan)品(pin)(pin)(pin)實際所受到(dao)的(de)(de)沖(chong)擊強度。若產(chan)品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)瞬時響應(ying)幅值超(chao)過產(chan)品(pin)(pin)(pin)本身(shen)的(de)(de)結構強度，則(ze)將(jiang)導致產(chan)品(pin)(pin)(pin)破損(sun)。可見產(chan)品(pin)(pin)(pin)受沖(chong)擊所產(chan)生的(de)(de)損(sun)壞，不(bu)同于累積損(sun)傷(shang)效應(ying)所造成(cheng)的(de)(de)破壞，而(er)屬(shu)于相對(dui)于產(chan)品(pin)(pin)(pin)結構強度的(de)(de)極限應(ying)力的(de)(de)峰值破壞。
沖擊(ji)試驗失效模式
1.零件之間摩(mo)擦力的增加(jia)或減少(shao)，或相互(hu)干擾(rao)而引(yin)起的裝備失效(xiao)；
2.裝備絕緣強度(du)變化，絕緣阻抗下降，磁(ci)場(chang)和靜電(dian)場(chang)強的變化；
3.裝(zhuang)備電(dian)路(lu)板故障、損壞和電(dian)連(lian)接器失效（有時(shi)裝(zhuang)備在沖擊作(zuo)用下，可能(neng)使電(dian)路(lu)板上多余物遷移而導(dao)致短路(lu)）;
4.當裝備結(jie)構(gou)或(huo)非結(jie)構(gou)件過應力時，裝備產生永久性(xing)的(de)機械變形；
5.當超(chao)過極限強度時，裝備的機械零(ling)件損壞；
6.材料的加速疲勞（低周疲勞）;
7.裝備潛在的(de)壓電(dian)效應；
8.由(you)于晶體、陶瓷(ci)、環(huan)氧樹(shu)脂或玻璃封(feng)裝破(po)裂造成(cheng)的裝備失效(xiao)。
沖(chong)(chong)(chong)擊會對整個產(chan)品的(de)結構(gou)和(he)功(gong)能完好性產(chan)生有(you)害(hai)影響。其程度一(yi)般隨沖(chong)(chong)(chong)擊的(de)量(liang)級和(he)持(chi)續(xu)時間的(de)增減而改(gai)變。當沖(chong)(chong)(chong)擊持(chi)續(xu)時間與產(chan)品固有(you)頻(pin)率一(yi)致(zhi)或者輸入(ru)沖(chong)(chong)(chong)擊環境波形的(de)主(zhu)要(yao)(yao)頻(pin)率分量(liang)與產(chan)品的(de)固有(you)頻(pin)率一(yi)致(zhi)時，會進(jin)一(yi)步增大對產(chan)品結構(gou)和(he)功(gong)能完好性的(de)不(bu)(bu)利(li)影響。這(zhe)種機械沖(chong)(chong)(chong)擊一(yi)般限制在：頻(pin)率范(fan)圍不(bu)(bu)超過(guo)10 000 Hz，持(chi)續(xu)時間不(bu)(bu)長于1.0 s。 在大多數情況(kuang)下，產(chan)品的(de)主(zhu)要(yao)(yao)響應(ying)頻(pin)率不(bu)(bu)超過(guo)2 000 Hz，響應(ying)的(de)持(chi)續(xu)時間小于0.1 s。
強碰撞沖擊試驗主要用來確定產品經受非接(jie)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性和結構完整性。
艦載(zai)產品可(ke)能會經受下列幾種形式的沖(chong)擊(ji)(ji)(ji)：艦裝各(ge)種火(huo)炮(pao)（包括(kuo)導彈）單發和(he)齊(qi)發所激起(qi)的局部(bu)沖(chong)擊(ji)(ji)(ji)，其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)包括(kuo)火(huo)炮(pao)炮(pao)口(kou)的沖(chong)擊(ji)(ji)(ji)波（又稱氣浪沖(chong)擊(ji)(ji)(ji)）；敵(di)方炮(pao)彈、導彈和(he)空中(zhong)(zhong)(zhong)武(wu)器在(zai)艦船上方附(fu)近爆(bao)炸所激起(qi)的沖(chong)擊(ji)(ji)(ji)；自投(tou)式敵(di)方攻(gong)擊(ji)(ji)(ji)的水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)(zhong)兵器，如水(shui)(shui)雷、魚(yu)雷、深水(shui)(shui)炸彈在(zai)緊靠船體下方爆(bao)炸所激起(qi)的非接觸性水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)(zhong)爆(bao)炸沖(chong)擊(ji)(ji)(ji)。
上述這些沖擊有(you)的(de)(de)直(zhi)接(jie)作用在產(chan)(chan)品(pin)（包(bao)含減振(zhen)器(qi)）上，有(you)的(de)(de)通過船(chuan)體本身結(jie)構(gou)的(de)(de)傳遞(di)作用在產(chan)(chan)品(pin)上。通常，安裝(zhuang)在甲板(ban)、舷側板(ban)和上層建筑上的(de)(de)產(chan)(chan)品(pin)（包(bao)含減振(zhen)器(qi)）易受(shou)到(dao)炮(pao)(pao)彈(dan)、炸彈(dan)、導彈(dan)等空中爆炸的(de)(de)沖擊，以及火炮(pao)(pao)發射的(de)(de)氣浪沖擊。安裝(zhuang)在船(chuan)體內的(de)(de)產(chan)(chan)品(pin)易遭受(shou)到(dao)水(shui)中爆炸的(de)(de)沖擊。這些沖擊往(wang)(wang)往(wang)(wang)使產(chan)(chan)品(pin)的(de)(de)結(jie)構(gou)和性能(neng)受(shou)到(dao)很大的(de)(de)影響，甚至(zhi)被(bei)破壞(huai)。
例如，1972年，我國掃雷艇在援越(yue)掃雷中(zhong)，受到漏(lou)掃水雷的襲擊，雖然船體未漏(lou)水，但艇裝的各種電(dian)(dian)子設備被嚴重破壞(huai)，完(wan)全(quan)喪失了應有的功(gong)能。可見(jian)上述這些沖擊對艦本體往(wang)往(wang)不是(shi)致命的，但對艦裝各種電(dian)(dian)子電(dian)(dian)工(gong)產品的破壞(huai)性(xing)卻相當大，特別(bie)是(shi)對艦裝各種電(dian)(dian)子設備的破壞(huai)性(xing)更嚴重。
隨著艦裝各種電子電工產(chan)(chan)品越(yue)(yue)來越(yue)(yue)多， 越(yue)(yue)來越(yue)(yue)復雜，而且將(jiang)越(yue)(yue)來越(yue)(yue)依(yi)賴它們的(de)作用，因而對他們的(de)使用可靠性要求越(yue)(yue)來越(yue)(yue)高。為(wei)了保證(zheng)(zheng)艦船(chuan)電工產(chan)(chan)品的(de)可靠使用，為(wei)了保證(zheng)(zheng)在海上(shang)航行時的(de)生(sheng)命財產(chan)(chan)的(de)安全，特別對參加戰斗的(de)艦船(chuan)，為(wei)了保證(zheng)(zheng)不貽誤戰機，必須在試驗室內重現上(shang)述沖擊(ji)的(de)影響，預(yu)先對產(chan)(chan)品（包含減(jian)振(zhen)器）進行考(kao)核。
圖6 輕量級強碰撞(zhuang) （顛振）沖擊機示意圖；
圖7 中量級強碰撞 （顛(dian)振(zhen)）沖擊機示意
水下爆(bao)炸(zha)、撞(zhuang)擊(ji)、近距高脫靶炮火、空中爆(bao)炸(zha)及戰(zhan)場所遇(yu)爆(bao)炸(zha)的(de)(de)沖(chong)擊(ji)是十分復雜的(de)(de)，呈現瞬(shun)態(tai)振(zhen)動的(de)(de)形式，其沖(chong)擊(ji)持續時間遠(yuan)比一般沖(chong)擊(ji)要長得多，而且也(ye)很(hen)難用數學(xue)形式來(lai)描述它（由(you)一種具(ju)有數學(xue)形式的(de)(de)沖(chong)擊(ji)來(lai)模(mo)擬它或模(mo)擬它對產品的(de)(de)影響）。
艦船(chuan)產品(pin)一般都具有(you)重量大、體積大的(de)特(te)點(dian)。若用(yong)規定(ding)脈沖(chong)(chong)波形的(de)沖(chong)(chong)擊機進行試驗，一方(fang)面(mian)(mian)模擬(ni)不出爆炸所(suo)產生(sheng)的(de)那(nei)種大加(jia)速度長(chang)持續(xu)時間過程(cheng)的(de)復雜沖(chong)(chong)擊；另一方(fang)面(mian)(mian)，規定(ding)脈沖(chong)(chong)波形的(de)方(fang)法與強碰(peng)撞沖(chong)(chong)擊臺相比易受負載(zai)（樣品(pin)）本身特(te)性(xing)的(de)影(ying)響(xiang)。強碰(peng)撞沖(chong)(chong)擊臺就是針對受到劇烈的(de)，但(dan)又不是毀(hui)滅(mie)性(xing)的(de)爆炸所(suo)產生(sheng)的(de)沖(chong)(chong)擊影(ying)響(xiang)而設計的(de)，如圖6和圖7所(suo)示。近年來，由于國內強碰(peng)撞沖(chong)(chong)擊機少，無(wu)法定(ding)量測量和給出實際(ji)施加(jia)的(de)應(ying)力(li)曲線，目(mu)前用(yong)50 g、30 ms的(de)半正弦(xian)沖(chong)(chong)擊來代(dai)替。
碰(peng)撞(zhuang)（艦(jian)船稱顛振(zhen)）和(he)沖(chong)擊(ji)一(yi)樣，是一(yi)個非常(chang)復雜的(de)物(wu)理(li)過程，并(bing)且是隨機的(de)，能在不同的(de)時間周期上出現(xian)。從力學觀(guan)點(dian)來分(fen)析，它(ta)們(men)都(dou)屬于(yu)同一(yi)類(lei)問題，都(dou)是由于(yu)外界(jie)激勵使系統(tong)的(de)運動發生突變(bian)、非穩態的(de)變(bian)化。然(ran)而由于(yu)它(ta)們(men)對產品所造成(cheng)的(de)物(wu)理(li)失效不完(wan)全相(xiang)同，為(wei)了在試(shi)(shi)驗(yan)室內模擬方便起見，在民用（商用）產品的(de)環境試(shi)(shi)驗(yan)體(ti)系中才(cai)將其(qi)分(fen)成(cheng)沖(chong)擊(ji)試(shi)(shi)驗(yan)和(he)碰(peng)撞(zhuang)（顛振(zhen)）試(shi)(shi)驗(yan)。
通常將峰值加速度較大，脈沖持續時間較短，很少重復出現，相對于產品結構強度來說屬極限應力的定義為沖擊。將峰值加速度不大，脈沖持續時間較長，不斷重復出現，相對于產品結構強度來說是重復應力的定義為碰撞（顛振）。可見碰撞（顛振）試驗驗主要是為了確定產品經受重復碰撞（顛振）后所引起的累積損傷。目前碰撞 （顛振）試驗在艦船產品的考核中用得最多。
碰撞（顛振）試(shi)驗
碰撞（顛振）主要形式：
1.安裝在車輛上使用和通過車輛運輸的產品會經受到由于路面不平、軌道的不連續、調車、掛接等所產生的碰撞；
2.安裝在艦船上使用和通過艦船運輸的產品，會經受到波浪拍擊等所產生的顛振。
影響機理：由碰撞（顛振）所產生的重復應力會使螺紋連接和鉚接松動，配合產生磨損，構件疲勞，產生裂紋，甚至斷裂。它還會造成脫焊，接觸不良，從而影響產品的電性能。
樣品及固定狀態：碰撞（顛振）試驗和沖擊、振動等力學環境試驗一樣，主要針對非包裝樣品，以及在運輸中其包裝可以看做樣品本身一部分的裝置。 這些樣品在運載工具上是被固定使用的。當它們通過運輸工具運輸時，也是在牢靠狀態下進行的。所以碰撞（顛振）試驗也和沖擊、振動等力學環境試驗一樣是將樣品固定在試驗臺上進行的。在試驗時，碰撞（顛振）脈沖的輸入點應是產品在現場使用時碰撞（顛振）應力的輸入點。對在運輸過程中，在運輸工具上不固定的產品，民用（商用）產品的環境試驗體系中用彈跳試驗進行；軍用產品的環境試驗體系中用包裝試驗臺（不同于國內的運輸試驗臺）進行。目前碰撞（顛振）試驗也和其他一些力學環境試驗一道用于包裝試驗，然而此時的碰撞（顛振）力是通過包裝箱再傳遞到被試祥品的，所以與本試驗是有一定區別的。
試驗：產品在實際運輸和使用中所經受到的碰撞（顛振）激勵是十分復雜的。圖8所示是現場實測到的三種碰撞（顛振）脈沖波形。由上述的實際環境中的碰撞（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，要在試驗室內直接重現是困難的。即便上述這些波形能在試驗室內重現，要達到試驗標準中所要求的再現性也是非常困難的。碰撞（顛振）試驗也和沖擊試驗一樣，不是采用直接模擬實際環境中的碰撞（顛振）脈沖波進行的，而是采用等效損傷的方法，即在試驗室內用經過標準化后的具體有一定峰值加速度和脈沖持續時間的標稱半正弦脈沖進行。
圖(tu)8 實(shi)測(ce)到的(de)快艇(ting)與(yu)波浪顛振（碰撞）脈沖波形
產(chan)品(pin)在(zai)(zai)運輸(shu)、儲存(cun)、使用過(guo)(guo)程中(zhong)會(hui)經受到(dao)(dao)地震、爆炸、顫振(zhen)現(xian)象或機械振(zhen)動(dong)(dong)(dong)等所引起的(de)(de)(de)(de)短持續時間的(de)(de)(de)(de)脈沖振(zhen)蕩力的(de)(de)(de)(de)作用，圖9中(zhong)的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)時間歷(li)程曲線就是在(zai)(zai)殲擊機上(shang)實測(ce)到(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)。根據我(wo)國某單(dan)位對(dui)機載（殲擊機）、車載電子設備(bei)的(de)(de)(de)(de)安(an)裝平臺振(zhen)動(dong)(dong)(dong)環境(jing)條件的(de)(de)(de)(de)實測(ce)和數據處理過(guo)(guo)程統計，這(zhe)種波(bo)形占全(quan)部所測(ce)時間歷(li)程數據的(de)(de)(de)(de)比例約為8 %~ 10 %。那些(xie)安(an)裝在(zai)(zai)易受到(dao)(dao)隨(sui)機或多(duo)頻(pin)激勵的(de)(de)(de)(de)結構上(shang)的(de)(de)(de)(de)產(chan)品(pin)，在(zai)(zai)使用環境(jing)中(zhong)，，在(zai)(zai)這(zhe)種振(zhen)動(dong)(dong)(dong)的(de)(de)(de)(de)作用下，安(an)裝基礎(chu)在(zai)(zai)其共振(zhen)頻(pin)率(lv)上(shang)會(hui)產(chan)生一(yi)種正弦拍頻(pin)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)響應，然后作為輸(shu)入傳遞到(dao)(dao)受此影響的(de)(de)(de)(de)產(chan)品(pin)上(shang)。這(zhe)種振(zhen)動(dong)(dong)(dong)對(dui)產(chan)品(pin)的(de)(de)(de)(de)影響比一(yi)般的(de)(de)(de)(de)平穩隨(sui)機振(zhen)動(dong)(dong)(dong)和正弦振(zhen)動(dong)(dong)(dong)嚴酷。
圖9 殲擊機上(shang)實(shi)測到的的振動時間歷程曲(qu)線
正(zheng)弦(xian)(xian)(xian)拍頻振(zhen)動試驗(yan)方(fang)(fang)法提供(gong)了一種在試驗(yan)室(shi)內再(zai)(zai)現(xian)產(chan)(chan)品實(shi)際可能經受到的或相似的影響，但(dan)并不完(wan)全需要再(zai)(zai)現(xian)實(shi)際環境(jing)的試驗(yan)方(fang)(fang)法。這種方(fang)(fang)法比平(ping)穩隨機振(zhen)動和正(zheng)弦(xian)(xian)(xian)振(zhen)動更接近于實(shi)際環境(jing)的激勵，而產(chan)(chan)生(sheng)的響應比連續正(zheng)弦(xian)(xian)(xian)波(bo)產(chan)(chan)生(sheng)的響應更寬闊。正(zheng)弦(xian)(xian)(xian)拍頻是(shi)地(di)震(zhen)試驗(yan)的重要組成部(bu)分。
圖(tu)10 正弦拍頻振動時間歷程圖(tu)
正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)弦(xian)拍頻(pin)(pin)(pin)(pin)是用一(yi)(yi)較低(di)的(de)(de)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)弦(xian)波(bo)調制的(de)(de)某一(yi)(yi)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率的(de)(de)連續正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)弦(xian)波(bo)。一(yi)(yi)個正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)弦(xian)拍頻(pin)(pin)(pin)(pin)的(de)(de)持(chi)續時間(jian)為(wei)調制頻(pin)(pin)(pin)(pin)率的(de)(de)半個周(zhou)期，如圖(tu)10 所示(shi)。用正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)弦(xian)拍頻(pin)(pin)(pin)(pin)振(zhen)動(dong)試(shi)(shi)驗(yan)方法進行試(shi)(shi)驗(yan)時，樣(yang)品在(zai)固定(ding)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率上用若(ruo)干預定(ding)的(de)(de)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)弦(xian)拍頻(pin)(pin)(pin)(pin)振(zhen)動(dong)激勵。這些固定(ding)試(shi)(shi)驗(yan)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率可(ke)以(yi)是預定(ding)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率，也可(ke)以(yi)是正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)弦(xian)振(zhen)動(dong)試(shi)(shi)驗(yan)響應檢查辨(bian)別出(chu)來的(de)(de)危險頻(pin)(pin)(pin)(pin)率。在(zai)每(mei)一(yi)(yi)獨立(li)的(de)(de)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)弦(xian)拍頻(pin)(pin)(pin)(pin)之(zhi)間(jian)有一(yi)(yi)間(jian)歇(xie)，留給樣(yang)品一(yi)(yi)個自由響應的(de)(de)衰減時間(jian)。
產品(pin)(pin)在運輸(shu)、儲(chu)存(cun)、發射和(he)使用(yong)(yong)期間，可能會經常受到短持續時(shi)間的(de)(de)隨(sui)機形式的(de)(de)動(dong)態(tai)(tai)應(ying)力作用(yong)(yong)，如地震(zhen)、爆炸，以(yi)(yi)及(ji)在運載工具(ju)上使用(yong)(yong)或通(tong)過運輸(shu)工具(ju)運輸(shu)時(shi)產品(pin)(pin)產生這些(xie)應(ying)力，其特性(xing)是在沒有使樣品(pin)(pin)的(de)(de)振動(dong)響應(ying)達到穩態(tai)(tai)條件時(shi)，即已消失，屬非平(ping)穩隨(sui)機振動(dong)范疇(chou)。研究(jiu)這種(zhong)瞬(shun)態(tai)(tai)振動(dong)產生的(de)(de)原因、對(dui)產品(pin)(pin)的(de)(de)影(ying)(ying)響機理及(ji)試驗(yan)室的(de)(de)模(mo)擬技術，進而分析對(dui)電(dian)子產品(pin)(pin)的(de)(de)影(ying)(ying)響，以(yi)(yi)提高(gao)電(dian)子產品(pin)(pin)抗御這種(zhong)非穩態(tai)(tai)振動(dong)的(de)(de)能力，應(ying)作為我(wo)們(men)今后開展環境試驗(yan)設(she)備和(he)環境試驗(yan)技術研究(jiu)的(de)(de)任務(wu)之一(yi)。
與其他方(fang)(fang)法相比，這(zhe)種(zhong)方(fang)(fang)法避免了過試驗(yan)的(de)(de)傾(qing)向。這(zhe)是因(yin)為該方(fang)(fang)法能比較真實(shi)地重現產品實(shi)際所經受(shou)到的(de)(de)響應，對由(you)于采用太保守(shou)的(de)(de)試驗(yan)方(fang)(fang)法（這(zhe)是當(dang)前在制(zhi)定和確定經典試驗(yan)方(fang)(fang)法的(de)(de)環境試驗(yan)條件時普遍(bian)存在的(de)(de)）而產生過應力或疲勞的(de)(de)可能性將大(da)大(da)減小(xiao)。
典型(xing)瞬(shun)態振(zhen)(zhen)動(dong)時(shi)間(jian)歷程的(de)波形如(ru)圖11所示。在(zai)實測到(dao)的(de)時(shi)間(jian)歷程信號(hao)中(zhong)，往往有(you)一(yi)定(ding)比(bi)例(li)的(de)類似上述波形的(de)時(shi)間(jian)歷程信號(hao)。 由于(yu)技術上的(de)種種困難，目前對現場(chang)振(zhen)(zhen)動(dong)實測信號(hao)的(de)處理僅限于(yu)平穩隨機(ji)(ji)振(zhen)(zhen)動(dong)，這類信號(hao)在(zai)隨機(ji)(ji)信號(hao)的(de)平穩性檢驗中(zhong)都是(shi)被剔(ti)除的(de)。然而在(zai)實際環境(jing)中(zhong)是(shi)存(cun)在(zai)的(de)，例(li)如(ru)，火箭發射、殲擊機(ji)(ji)做各種特(te)技(戰(zhan)斗)動(dong)作(zuo)和挖掘機(ji)(ji)采石(shi)等過程中(zhong)都會出現如(ru)圖11所示的(de)振(zhen)(zhen)動(dong)時(shi)間(jian)歷程。
圖11 典型瞬態振動(dong)時間(jian)歷程波形
產(chan)品實際使(shi)(shi)用(yong)中(zhong)往(wang)往(wang)會經受(shou)到(dao)多(duo)種環(huan)境因素的(de)(de)同(tong)時作(zuo)用(yong)，如(ru)高低溫、潮濕、低氣壓(ya)、鹽霧(wu)、霉(mei)菌、沙塵等影(ying)響。產(chan)品在實際使(shi)(shi)用(yong)所經受(shou)到(dao)的(de)(de)環(huan)境應(ying)力，通常(chang)不(bu)是(shi)前面所敘述的(de)(de)單一(yi)的(de)(de)正弦(xian)振(zhen)(zhen)動、單一(yi)的(de)(de)隨機振(zhen)(zhen)動或單一(yi)的(de)(de)沖擊，而是(shi)多(duo)種環(huan)境應(ying)力的(de)(de)綜(zong)(zong)合(he)作(zuo)用(yong)。大量的(de)(de)事(shi)實證明，只有綜(zong)(zong)合(he)試驗才能(neng)(neng)模擬產(chan)品在多(duo)數情(qing)況下所經受(shou)到(dao)的(de)(de)多(duo)種環(huan)境因素的(de)(de)同(tong)時作(zuo)用(yong)，才能(neng)(neng)更(geng)真實地反映產(chan)品現(xian)場(chang)使(shi)(shi)用(yong)中(zhong)出(chu)現(xian)的(de)(de)失(shi)效(xiao)模式。
綜合環境試驗的試驗條件是將各種環境條件（振動、低溫、高溫、溫度變化速率、濕度等）的應力綜合在一起，盡量逼真地模擬產品在使用中所遇到的實際環境條件。溫度(du)/濕度(du)/振動綜合試(shi)驗(yan)是(shi)當今國內外廣泛用(yong)于產(chan)品，特別是(shi)電子產(chan)品的可靠性試(shi)驗(yan)的一種方法。在國軍標GJB 889 200 和美軍標MIL-STD-781中，用溫度/濕度/振動三綜合境試驗進行可靠性鑒定試驗和可靠性驗收試驗，以評價產品的可靠性水平指標MTBE值。圖11所示是用于可靠性試驗的溫度/濕度/振動的三綜合試驗的試驗剖面圖。
圖(tu)11 溫度/濕度/振動三綜合(he)試驗剖面圖(tu)
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