電子產品抗振、抗沖擊性能需要測試那些項目？
來源：劍喬儀器(qi)
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發布日期：2021-09-14
產品(pin)抗(kang)振、抗(kang)沖擊(ji)性(xing)能是(shi)(shi)體現產品(pin)品(pin)質的(de)重要(yao)評(ping)估(gu)途徑，產品(pin)的(de)環(huan)境(jing)適(shi)(shi)應性(xing)和可靠(kao)性(xing)既(ji)是(shi)(shi)設(she)計(ji)出來(lai)的(de)，更是(shi)(shi)試驗出來(lai)的(de)。設(she)計(ji)奠(dian)定(ding)了產品(pin)固有的(de)環(huan)境(jing)適(shi)(shi)應性(xing)和可靠(kao)性(xing)，而(er)試驗則是(shi)(shi)完善設(she)計(ji)、暴露生產工藝(yi)缺陷(xian)，評(ping)價(jia)考核產品(pin)各項性(xing)能是(shi)(shi)否符(fu)合合同要(yao)求必不可少的(de)手段。
經驗(yan)證明(ming)，約(yue)有70 %的(de)(de)(de)設計缺陷是通過試(shi)驗(yan)找出(chu)來的(de)(de)(de)，可(ke)見試(shi)驗(yan)是提高產(chan)品(pin)質量的(de)(de)(de)非常重(zhong)要的(de)(de)(de)手段。就中國國情而言(yan)，研制(zhi)(zhi)與生產(chan)過程中的(de)(de)(de)質量控制(zhi)(zhi)遠不如國外，最后的(de)(de)(de)評價考核(he)往(wang)往(wang)是把(ba)握產(chan)品(pin)環境適應性和可(ke)靠性最重(zhong)要的(de)(de)(de)關口。
產品(pin)抗振(zhen)(zhen)、抗沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)性能的(de)試驗(yan)屬于力(li)學(xue)環境試驗(yan)范(fan)疇(chou)，按產品(pin)可(ke)能經(jing)受到的(de)各種力(li)學(xue)環境及其特性，其試驗(yan)考核方法有:正弦振(zhen)(zhen)動(dong)試驗(yan)、隨機振(zhen)(zhen)動(dong)試驗(yan)、沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)試驗(yan)、碰撞(顛振(zhen)(zhen)）試驗(yan)、強碰撞沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)試驗(yan)、正弦拍頻振(zhen)(zhen)動(dong)試驗(yan)、瞬態時間歷程與沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)響應譜等。
需(xu)要進(jin)行抗振(zhen)(zhen)(zhen)、抗沖擊性設計的產(chan)(chan)品(pin)往往在全(quan)壽命期間(jian)會(hui)經受到力學(xue)環(huan)境(jing)+氣候環(huan)境(jing)這(zhe)一綜合(he)(he)(he)(he)環(huan)境(jing)的作用(yong)(yong)，需(xu)要進(jin)行綜合(he)(he)(he)(he)環(huan)境(jing)的試(shi)(shi)(shi)驗(yan)與考(kao)核。目(mu)前，用(yong)(yong)于軍工產(chan)(chan)品(pin)的綜合(he)(he)(he)(he)環(huan)境(jing)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)考(kao)核方法有:溫(wen)度(du)/濕度(du)/振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)三綜合(he)(he)(he)(he)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)、溫(wen)度(du)/溫(wen)度(du)/振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)/低氣壓(ya)四綜合(he)(he)(he)(he)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)、振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)/噪聲/振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)三綜合(he)(he)(he)(he)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)箱；用(yong)(yong)于民用(yong)(yong)產(chan)(chan)品(pin)的綜合(he)(he)(he)(he)環(huan)境(jing)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)考(kao)核方法有：溫(wen)度(du)/振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)（正弦）綜合(he)(he)(he)(he)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)、低溫(wen)/低氣壓(ya)/振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)（正弦）綜合(he)(he)(he)(he)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)。在這(zhe)些綜合(he)(he)(he)(he)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)中用(yong)(yong)得最多、最廣泛的是(shi)溫(wen)度(du)/濕度(du)/振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)三綜合(he)(he)(he)(he)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)。
正(zheng)(zheng)弦振動試驗(yan)的目的是(shi)在試驗(yan)室內模擬產品在運輸(shu)、儲(chu)存、使用過程中所可能經受(shou)到的正(zheng)(zheng)弦振動及其影響(xiang)。正(zheng)(zheng)弦振動主要是(shi)由(you)于飛(fei)機、車(che)輛、船舶(bo)、空中飛(fei)行器和地面(mian)機械的旋(xuan)轉、脈動、振蕩等諸(zhu)力所引(yin)起的。
正(zheng)(zheng)(zheng)弦(xian)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)屬于(yu)(yu)“規定(ding)一種機械(xie)(xie)運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)” 的力學(xue)環(huan)境試(shi)(shi)(shi)驗(yan)方法，而這種機械(xie)(xie)運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)是以(yi)(yi)正(zheng)(zheng)(zheng)弦(xian)曲線(xian)為基本運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)軌跡的。所(suo)(suo)以(yi)(yi)在正(zheng)(zheng)(zheng)弦(xian)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)中(zhong)，若知(zhi)道(dao)過(guo)去的運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)狀態，就可以(yi)(yi)確定(ding)未來任何時刻運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)的各要素。從正(zheng)(zheng)(zheng)弦(xian)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)的時間歷程可見，用頻(pin)率、幅值兩個參數(shu)可以(yi)(yi)完整(zheng)描(miao)述正(zheng)(zheng)(zheng)弦(xian)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)的基本運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)。正(zheng)(zheng)(zheng)弦(xian)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)基本運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)時間歷程如圖(tu)1所(suo)(suo)示(shi)(shi)。正(zheng)(zheng)(zheng)弦(xian)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)的能量(liang)存在于(yu)(yu)某一頻(pin)率上，而不是幅值對(dui)頻(pin)率的連(lian)續譜，如圖(tu)2所(suo)(suo)示(shi)(shi)。所(suo)(suo)以(yi)(yi)正(zheng)(zheng)(zheng)弦(xian)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)的試(shi)(shi)(shi)驗(yan)條件(嚴酷等級)由頻(pin)率、振(zhen)(zhen)(zhen)幅、試(shi)(shi)(shi)驗(yan)持續時間三個參數(shu)共(gong)同確定(ding)。
圖1（左）正弦(xian)振動(dong)試驗基本運(yun)動(dong)的時間(jian)歷程(cheng)
圖(tu)2（右）正弦振動能量譜圖(tu)
隨著(zhu)試(shi)(shi)驗技術的發(fa)展(zhan)，隨機振動(dong)(dong)的應用領(ling)域已越來越寬廣，特(te)別在航空(kong)產(chan)品(pin)的振動(dong)(dong)試(shi)(shi)驗方面更(geng)是如(ru)此，但由(you)于(yu)種種原因(yin)，正弦振動(dong)(dong)試(shi)(shi)驗在除航空(kong)產(chan)品(pin)的其(qi)他(ta)領(ling)域仍在廣泛地使用，其(qi)中包括(kuo)對航天產(chan)品(pin)的試(shi)(shi)驗。另(ling)外，正弦振動(dong)(dong)在查(cha)找樣品(pin)的危險頻率方面更(geng)是必不(bu)可少的。
振動對產品影(ying)響
對結構的影響：這種(zhong)影響主(zhu)要是指變形(xing)、彎曲、產生裂紋、斷裂和造成部件之間的(de)(de)(de)相互撞擊等。這種(zhong)破(po)壞又可分為由(you)于(yu)振動(dong)所引起(qi)的(de)(de)(de)應(ying)力(li)超過產品結(jie)構強度所能(neng)承受(shou)的(de)(de)(de)極限而(er)造成的(de)(de)(de)破(po)壞，以及(ji)長時(shi)間的(de)(de)(de)振動(dong)（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)影響主要(yao)是指振動(dong)(dong)(dong)(dong)使運動(dong)(dong)(dong)(dong)部(bu)件(jian)動(dong)(dong)(dong)(dong)作(zuo)不(bu)正常，接觸部(bu)件(jian)接觸不(bu)良(liang)，繼電器誤動(dong)(dong)(dong)(dong)作(zuo)，電子器件(jian)噪(zao)聲增大(da)，分布參數變化，頻漂(piao)等，從而導致工作(zuo)不(bu)正常、不(bu)穩定，甚(shen)至(zhi)失靈等。 這種(zhong)影響的(de)嚴重程(cheng)度往往取決(jue)于(yu)振動(dong)(dong)(dong)(dong)量值(zhi)的(de)大(da)小。因為在許多情況下，一旦振動(dong)(dong)(dong)(dong)停(ting)止，工作(zuo)就(jiu)能(neng)恢復(fu)正常，此時這種(zhong)破(po)壞往往是可逆的(de)。當(dang)振動(dong)(dong)(dong)(dong)量級(ji)超過一定量級(ji)時，會使電子設備性能(neng)失效，失效是不(bu)可取的(de)，這種(zhong)破(po)壞通(tong)常不(bu)屬于(yu)永(yong)久性的(de)破(po)壞。
對工藝性能的影響：這(zhe)種(zhong)影響(xiang)主要是指螺(luo)釘松(song)動(dong)，連接(jie)件或焊點脫開等(deng)。這(zhe)種(zhong)破壞(huai)通常在一個不太長的振動(dong)時間內（如半小時）就(jiu)會出現(xian)。
上述的種種影響，特別是(shi)當產(chan)品的固(gu)有頻率和激勵頻率相等(deng)引(yin)起(qi)共振(zhen)而(er)導(dao)致(zhi)響應幅(fu)值急(ji)劇增大時，會(hui)更迅速和更嚴重地(di)發生。所以，正弦振(zhen)動(dong)試驗是(shi)用來確(que)定(ding)產(chan)品能否經受住預(yu)定(ding)的振(zhen)動(dong)條件(jian)，能否在(zai)預(yu)定(ding)的振(zhen)動(dong)條件(jian)下(xia)(xia)可靠(kao)地(di)工作，性(xing)能不(bu)發生下(xia)(xia)降的一(yi)種行之有效的方法(fa)，也是(shi)確(que)定(ding)產(chan)品環境適應性(xing)的有效方法(fa)之一(yi)。
實際上，產品(pin)所遇到(dao)的(de)振動(dong)(dong)在(zai)大多數(shu)情況下是隨(sui)機(ji)振動(dong)(dong)，對這些(xie)隨(sui)機(ji)振動(dong)(dong)，應用隨(sui)機(ji)振動(dong)(dong)試(shi)驗(yan)方法進(jin)行試(shi)驗(yan)更切合實際。但由于試(shi)驗(yan)技術是先由正弦(xian)后發展到(dao)隨(sui)機(ji)等(deng)歷史原(yuan)因，至今還有許多標準一(yi)(yi)直沿用正弦(xian)振動(dong)(dong)試(shi)驗(yan)。重要的(de)是：正弦(xian)振動(dong)(dong)還是用來研究(jiu)產品(pin)的(de)動(dong)(dong)態特性(xing)，以及確定電子設備環(huan)境(jing)適應性(xing)平臺(tai)量值的(de)有效方法之一(yi)(yi)。所以正弦(xian)振動(dong)(dong)試(shi)驗(yan)在(zai)力學(xue)環(huan)境(jing)試(shi)驗(yan)中仍(reng)是一(yi)(yi)個最(zui)重要的(de)振動(dong)(dong)試(shi)驗(yan)項目(mu)，也是一(yi)(yi)個很(hen)經典的(de)試(shi)驗(yan)方法。
產(chan)品在運輸和(he)實際使用(yong)中(zhong)所遇到的(de)振(zhen)動(dong)，絕(jue)大多數(shu)是隨機振(zhen)動(dong)。例如，宇航員和(he)導彈在發射和(he)助推階(jie)段(duan)的(de)振(zhen)動(dong)；車輛在不(bu)平坦的(de)道路上行駛(shi)時產(chan)生的(de)振(zhen)動(dong)；多變的(de)海浪(lang)使船舶(bo)產(chan)生的(de)振(zhen)動(dong)等，都屬于隨機振(zhen)動(dong)。因此，用(yong)隨機振(zhen)動(dong)試驗(yan)才能(neng)(neng)更真實反映產(chan)品的(de)抗震性能(neng)(neng)。
在(zai)隨機(ji)振動(dong)試(shi)驗中，由于(yu)振動(dong)的(de)(de)(de)質點處于(yu)不(bu)(bu)規(gui)則的(de)(de)(de)運動(dong)狀態，永遠(yuan)不(bu)(bu)會精確(que)地重(zhong)復，對(dui)其(qi)進行一系列(lie)的(de)(de)(de)測(ce)量，各(ge)次記錄(lu)都(dou)不(bu)(bu)一樣(yang)，所以沒有任何固定的(de)(de)(de)周期(qi)(qi)。在(zai)任何確(que)定的(de)(de)(de)時刻，其(qi)振幅、頻率、相位都(dou)不(bu)(bu)能(neng)預先(xian)知道，因此(ci)就不(bu)(bu)可能(neng)用簡(jian)單的(de)(de)(de)周期(qi)(qi)函(han)數和函(han)數的(de)(de)(de)組合來描述。圖3所示為(wei)典型的(de)(de)(de)寬帶隨機(ji)振動(dong)時間歷程(cheng)。
圖3 典型的寬(kuan)帶隨機振(zhen)動(dong)時間歷程
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)(chan)品在使用和運(yun)輸過程(cheng)中所(suo)經受(shou)到的(de)(de)沖擊主要(yao)是由于(yu)車(che)輛的(de)(de)緊急(ji)制動(dong)和撞擊、飛機的(de)(de)空投和墜(zhui)撞（緊急(ji)迫降(jiang)）、炮(pao)火的(de)(de)發(fa)射、化(hua)學能(neng)(neng)和核能(neng)(neng)的(de)(de)爆(bao)炸、導(dao)彈(dan)和高性能(neng)(neng)武器的(de)(de)點火分(fen)離和再入等(deng)(deng)所(suo)產(chan)(chan)生的(de)(de)。沖擊是一種很復雜的(de)(de)物理過程(cheng)， 與隨(sui)機振動(dong)一樣，它具(ju)有連續的(de)(de)頻譜， 但又是一個瞬(shun)變(bian)過程(cheng)，不具(ju)備穩(wen)態(tai)隨(sui)機的(de)(de)條件。產(chan)(chan)品受(shou)沖擊后(hou)，其(qi)機械系統的(de)(de)運(yun)動(dong)狀態(tai)要(yao)發(fa)生突變(bian)并將產(chan)(chan)生瞬(shun)態(tai)沖擊響應。圖4所(suo)示是現(xian)場實(shi)(shi)測到的(de)(de)沖擊脈沖波形(xing)，圖5所(suo)示為一現(xian)場實(shi)(shi)測到的(de)(de)中等(deng)(deng)延(yan)續沖擊加(jia)速度響應時間(jian)歷程(cheng)。
圖(tu)4 現場實(shi)測到的沖(chong)擊脈沖(chong)波(bo)形
圖5 中等延續沖擊加速度響(xiang)應時間歷程
產品對機械沖擊環境的(de)(de)(de)響(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)具(ju)(ju)有(you)以下特征:高頻振蕩、短(duan)持續時間、明顯的(de)(de)(de)初始上升時間和高量(liang)(liang)級的(de)(de)(de)正負峰值。機械沖擊的(de)(de)(de)峰值響(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)一(yi)般(ban)可用一(yi)個隨時間遞減的(de)(de)(de)指數(shu)函數(shu)包絡。對于具(ju)(ju)有(you)復雜多模態(tai)特性(xing)的(de)(de)(de)裝備，其沖擊響(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)包括以下兩種頻率響(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)分量(liang)(liang)：施加在裝備上的(de)(de)(de)外部激(ji)勵環境的(de)(de)(de)強迫(po)頻率響(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)分量(liang)(liang)和在激(ji)勵施加期間或之后裝備的(de)(de)(de)固有(you)頻率響(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)分量(liang)(liang)。
從物理概念(nian)上講，產(chan)(chan)品(pin)(pin)受沖擊（瞬態激勵）后(hou)所產(chan)(chan)生(sheng)的沖擊響(xiang)應的大小(xiao)代表了產(chan)(chan)品(pin)(pin)實際所受到的沖擊強度。若產(chan)(chan)品(pin)(pin)的瞬時響(xiang)應幅值超過產(chan)(chan)品(pin)(pin)本(ben)身的結(jie)構(gou)(gou)強度，則將(jiang)導(dao)致(zhi)產(chan)(chan)品(pin)(pin)破損。可見(jian)產(chan)(chan)品(pin)(pin)受沖擊所產(chan)(chan)生(sheng)的損壞，不同于(yu)累積損傷效應所造成的破壞，而屬于(yu)相對于(yu)產(chan)(chan)品(pin)(pin)結(jie)構(gou)(gou)強度的極限應力的峰(feng)值破壞。
沖擊試驗失效模式(shi)
1.零件(jian)之間摩擦(ca)力的(de)增加(jia)或(huo)減少，或(huo)相互干(gan)擾而引起(qi)的(de)裝(zhuang)備失效；
2.裝備絕緣強(qiang)度變化(hua)，絕緣阻抗下降，磁場(chang)和靜電場(chang)強(qiang)的(de)變化(hua)；
3.裝(zhuang)備(bei)電路板故障、損壞和電連接器失效（有時裝(zhuang)備(bei)在沖擊作用下(xia)，可能使(shi)電路板上(shang)多余物遷(qian)移(yi)而(er)導致短(duan)路）;
4.當裝備(bei)結(jie)構或非(fei)結(jie)構件過應力時，裝備(bei)產生永久性的機械變形；
5.當超過極限(xian)強度(du)時，裝備(bei)的(de)機械零件損(sun)壞；
6.材料的加速(su)疲(pi)(pi)勞（低(di)周(zhou)疲(pi)(pi)勞）;
7.裝備潛在的壓電效(xiao)應；
8.由于晶體、陶瓷、環氧(yang)樹脂或(huo)玻璃封裝破裂(lie)造成(cheng)的裝備(bei)失(shi)效。
沖擊(ji)會對整(zheng)個產(chan)品(pin)的(de)(de)(de)結構(gou)和功能(neng)完好性(xing)(xing)產(chan)生(sheng)有(you)害影(ying)響(xiang)。其程度一(yi)般隨沖擊(ji)的(de)(de)(de)量級(ji)和持(chi)續(xu)(xu)時間的(de)(de)(de)增減而改變。當(dang)沖擊(ji)持(chi)續(xu)(xu)時間與產(chan)品(pin)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)一(yi)致或者輸(shu)入沖擊(ji)環境波形的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)頻(pin)率(lv)分量與產(chan)品(pin)的(de)(de)(de)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)一(yi)致時，會進一(yi)步(bu)增大對產(chan)品(pin)結構(gou)和功能(neng)完好性(xing)(xing)的(de)(de)(de)不(bu)利影(ying)響(xiang)。這種(zhong)機械沖擊(ji)一(yi)般限制在(zai)：頻(pin)率(lv)范圍不(bu)超過10 000 Hz，持(chi)續(xu)(xu)時間不(bu)長于(yu)1.0 s。 在(zai)大多數(shu)情況下，產(chan)品(pin)的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)響(xiang)應(ying)(ying)頻(pin)率(lv)不(bu)超過2 000 Hz，響(xiang)應(ying)(ying)的(de)(de)(de)持(chi)續(xu)(xu)時間小于(yu)0.1 s。
強碰撞沖擊試驗主要用來確定產品經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性和結構完整性。
艦載產品可能會經受(shou)下列幾種(zhong)形式的(de)沖(chong)擊(ji)(ji)(ji)：艦裝(zhuang)各種(zhong)火炮（包括(kuo)導彈(dan)）單發(fa)和齊發(fa)所(suo)(suo)激起的(de)局部沖(chong)擊(ji)(ji)(ji)，其中(zhong)(zhong)(zhong)包括(kuo)火炮炮口(kou)的(de)沖(chong)擊(ji)(ji)(ji)波（又稱氣浪沖(chong)擊(ji)(ji)(ji)）；敵方(fang)炮彈(dan)、導彈(dan)和空(kong)中(zhong)(zhong)(zhong)武器(qi)在艦船上方(fang)附(fu)近(jin)爆炸所(suo)(suo)激起的(de)沖(chong)擊(ji)(ji)(ji)；自投式敵方(fang)攻擊(ji)(ji)(ji)的(de)水(shui)中(zhong)(zhong)(zhong)兵器(qi)，如(ru)水(shui)雷(lei)、魚(yu)雷(lei)、深水(shui)炸彈(dan)在緊靠船體下方(fang)爆炸所(suo)(suo)激起的(de)非接觸性水(shui)中(zhong)(zhong)(zhong)爆炸沖(chong)擊(ji)(ji)(ji)。
上(shang)(shang)述這(zhe)些沖(chong)擊有(you)的(de)(de)(de)(de)直接作(zuo)用(yong)在(zai)產品(pin)(pin)（包含減(jian)振(zhen)器）上(shang)(shang)，有(you)的(de)(de)(de)(de)通過(guo)船體本身結(jie)構的(de)(de)(de)(de)傳遞(di)作(zuo)用(yong)在(zai)產品(pin)(pin)上(shang)(shang)。通常，安(an)裝在(zai)甲板(ban)、舷側板(ban)和上(shang)(shang)層建筑上(shang)(shang)的(de)(de)(de)(de)產品(pin)(pin)（包含減(jian)振(zhen)器）易(yi)受到炮彈、炸(zha)彈、導彈等(deng)空(kong)中(zhong)爆炸(zha)的(de)(de)(de)(de)沖(chong)擊，以及火炮發射的(de)(de)(de)(de)氣浪沖(chong)擊。安(an)裝在(zai)船體內的(de)(de)(de)(de)產品(pin)(pin)易(yi)遭受到水(shui)中(zhong)爆炸(zha)的(de)(de)(de)(de)沖(chong)擊。這(zhe)些沖(chong)擊往(wang)往(wang)使(shi)產品(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)結(jie)構和性能受到很大的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)，甚至(zhi)被(bei)破壞(huai)。
例如，1972年，我國(guo)掃雷艇在援越(yue)掃雷中，受到(dao)漏掃水雷的襲擊，雖然船體(ti)未(wei)漏水，但(dan)艇裝(zhuang)的各種電(dian)(dian)子(zi)設備被嚴重(zhong)破壞(huai)，完全喪失了應(ying)有的功能。可(ke)見上述這些沖擊對艦本體(ti)往(wang)往(wang)不是(shi)致命(ming)的，但(dan)對艦裝(zhuang)各種電(dian)(dian)子(zi)電(dian)(dian)工產品的破壞(huai)性卻相當大，特別是(shi)對艦裝(zhuang)各種電(dian)(dian)子(zi)設備的破壞(huai)性更嚴重(zhong)。
隨著(zhu)艦(jian)裝各種電子電工產(chan)品(pin)(pin)越(yue)(yue)來(lai)(lai)越(yue)(yue)多， 越(yue)(yue)來(lai)(lai)越(yue)(yue)復雜，而且將越(yue)(yue)來(lai)(lai)越(yue)(yue)依賴它(ta)們的(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)，因而對他們的(de)使(shi)用(yong)(yong)(yong)可靠(kao)性要求越(yue)(yue)來(lai)(lai)越(yue)(yue)高。為(wei)了(le)(le)保證(zheng)艦(jian)船電工產(chan)品(pin)(pin)的(de)可靠(kao)使(shi)用(yong)(yong)(yong)，為(wei)了(le)(le)保證(zheng)在(zai)海上航行時的(de)生命財產(chan)的(de)安全，特別對參加戰斗(dou)的(de)艦(jian)船，為(wei)了(le)(le)保證(zheng)不貽誤戰機，必(bi)須在(zai)試(shi)驗室內重(zhong)現上述(shu)沖擊的(de)影響，預(yu)先對產(chan)品(pin)(pin)（包含減振(zhen)器(qi)）進行考核。
圖6 輕量(liang)級(ji)強(qiang)碰撞 （顛振）沖擊機示意(yi)圖；
圖7 中(zhong)量(liang)級強(qiang)碰撞 （顛振）沖擊機示意(yi)
水下爆(bao)炸(zha)、撞擊、近距高脫(tuo)靶炮火、空中爆(bao)炸(zha)及戰場所遇(yu)爆(bao)炸(zha)的(de)沖(chong)(chong)擊是十分復(fu)雜的(de)，呈(cheng)現(xian)瞬態振動的(de)形(xing)式(shi)，其沖(chong)(chong)擊持續時間遠比一(yi)般沖(chong)(chong)擊要長得(de)多，而且也很(hen)難用(yong)數學形(xing)式(shi)來描述它（由一(yi)種具有數學形(xing)式(shi)的(de)沖(chong)(chong)擊來模(mo)擬它或模(mo)擬它對產品的(de)影響(xiang)）。
艦船產(chan)品一般都(dou)具(ju)有(you)重量(liang)大、體積大的(de)(de)特(te)點。若(ruo)用規(gui)定脈沖(chong)(chong)波形(xing)的(de)(de)沖(chong)(chong)擊機進行試(shi)驗，一方(fang)(fang)面模擬不出(chu)爆(bao)炸所(suo)產(chan)生的(de)(de)那(nei)種大加(jia)速度長持續時間過程的(de)(de)復雜沖(chong)(chong)擊；另一方(fang)(fang)面，規(gui)定脈沖(chong)(chong)波形(xing)的(de)(de)方(fang)(fang)法與強(qiang)(qiang)碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)沖(chong)(chong)擊臺相比(bi)易受負載（樣品）本身特(te)性(xing)(xing)的(de)(de)影響。強(qiang)(qiang)碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)沖(chong)(chong)擊臺就是(shi)針對(dui)受到劇烈的(de)(de)，但又不是(shi)毀(hui)滅性(xing)(xing)的(de)(de)爆(bao)炸所(suo)產(chan)生的(de)(de)沖(chong)(chong)擊影響而(er)設計的(de)(de)，如(ru)圖6和圖7所(suo)示。近年(nian)來(lai)，由于國內強(qiang)(qiang)碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)沖(chong)(chong)擊機少，無法定量(liang)測量(liang)和給出(chu)實(shi)際(ji)施加(jia)的(de)(de)應力曲線，目前用50 g、30 ms的(de)(de)半(ban)正弦沖(chong)(chong)擊來(lai)代替。
碰撞(zhuang)（艦船稱顛振(zhen)(zhen)）和沖(chong)擊一(yi)樣，是一(yi)個非常復(fu)雜的(de)(de)物(wu)理過程，并且是隨(sui)機的(de)(de)，能(neng)在不(bu)同的(de)(de)時間周期上(shang)出現。從力(li)學(xue)觀點來分析，它(ta)們都屬(shu)于同一(yi)類(lei)問題(ti)，都是由于外界激勵(li)使系統的(de)(de)運(yun)動發生突(tu)變、非穩態的(de)(de)變化。然(ran)而由于它(ta)們對(dui)產(chan)品所造成的(de)(de)物(wu)理失效不(bu)完全(quan)相同，為了在試(shi)(shi)驗室內模擬方便起見，在民(min)用(yong)（商用(yong)）產(chan)品的(de)(de)環境(jing)試(shi)(shi)驗體(ti)系中才(cai)將其分成沖(chong)擊試(shi)(shi)驗和碰撞(zhuang)（顛振(zhen)(zhen)）試(shi)(shi)驗。
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8 實測到的(de)快艇與波(bo)(bo)浪顛振（碰撞）脈沖波(bo)(bo)形(xing)
產(chan)(chan)品在(zai)(zai)(zai)運輸、儲存、使(shi)用(yong)(yong)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)會(hui)經受(shou)(shou)到地震、爆炸、顫振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)現象或機(ji)(ji)械(xie)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)等所引起的(de)(de)(de)短(duan)持續時間的(de)(de)(de)脈沖(chong)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)蕩力的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)，圖(tu)9中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)時間歷程(cheng)(cheng)曲線就是(shi)在(zai)(zai)(zai)殲擊機(ji)(ji)上實測(ce)(ce)到的(de)(de)(de)。根據我國某單位對機(ji)(ji)載（殲擊機(ji)(ji)）、車(che)載電子設備的(de)(de)(de)安裝(zhuang)平(ping)臺振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)環境條件(jian)的(de)(de)(de)實測(ce)(ce)和(he)數(shu)(shu)據處理過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)統計(ji)，這(zhe)(zhe)種(zhong)(zhong)波(bo)形占全部所測(ce)(ce)時間歷程(cheng)(cheng)數(shu)(shu)據的(de)(de)(de)比(bi)例(li)約為(wei)(wei)8 %~ 10 %。那些(xie)安裝(zhuang)在(zai)(zai)(zai)易受(shou)(shou)到隨機(ji)(ji)或多頻(pin)激勵(li)的(de)(de)(de)結構(gou)上的(de)(de)(de)產(chan)(chan)品，在(zai)(zai)(zai)使(shi)用(yong)(yong)環境中(zhong)(zhong)，，在(zai)(zai)(zai)這(zhe)(zhe)種(zhong)(zhong)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)下，安裝(zhuang)基礎在(zai)(zai)(zai)其共振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)頻(pin)率上會(hui)產(chan)(chan)生一種(zhong)(zhong)正弦拍頻(pin)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)響(xiang)應(ying)，然后(hou)作為(wei)(wei)輸入傳遞到受(shou)(shou)此(ci)影(ying)響(xiang)的(de)(de)(de)產(chan)(chan)品上。這(zhe)(zhe)種(zhong)(zhong)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)對產(chan)(chan)品的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)比(bi)一般的(de)(de)(de)平(ping)穩隨機(ji)(ji)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)和(he)正弦振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)嚴(yan)酷。
圖(tu)9 殲(jian)擊機(ji)上(shang)實測到的(de)的(de)振動時間歷程曲線(xian)
正(zheng)(zheng)弦(xian)(xian)拍頻振(zhen)動試驗方法提供了一種在(zai)試驗室內再(zai)現(xian)產品(pin)實(shi)(shi)際可能經受到(dao)的(de)(de)或相似(si)的(de)(de)影響(xiang)，但并不完全需(xu)要再(zai)現(xian)實(shi)(shi)際環境的(de)(de)試驗方法。這種方法比(bi)(bi)平穩隨(sui)機振(zhen)動和正(zheng)(zheng)弦(xian)(xian)振(zhen)動更接近于實(shi)(shi)際環境的(de)(de)激勵，而產生(sheng)的(de)(de)響(xiang)應比(bi)(bi)連續正(zheng)(zheng)弦(xian)(xian)波產生(sheng)的(de)(de)響(xiang)應更寬闊。正(zheng)(zheng)弦(xian)(xian)拍頻是地震試驗的(de)(de)重要組成(cheng)部(bu)分。
圖10 正弦拍頻振動時間歷(li)程圖
正(zheng)弦拍頻(pin)(pin)是用一(yi)(yi)較低的(de)(de)(de)(de)正(zheng)弦波調(diao)制的(de)(de)(de)(de)某一(yi)(yi)頻(pin)(pin)率的(de)(de)(de)(de)連續(xu)正(zheng)弦波。一(yi)(yi)個(ge)正(zheng)弦拍頻(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)持(chi)續(xu)時間(jian)為調(diao)制頻(pin)(pin)率的(de)(de)(de)(de)半個(ge)周(zhou)期，如(ru)圖10 所示。用正(zheng)弦拍頻(pin)(pin)振動(dong)試(shi)驗(yan)方法進(jin)行試(shi)驗(yan)時，樣品(pin)在固(gu)定頻(pin)(pin)率上用若干(gan)預定的(de)(de)(de)(de)正(zheng)弦拍頻(pin)(pin)振動(dong)激勵。這(zhe)些固(gu)定試(shi)驗(yan)頻(pin)(pin)率可(ke)以是預定頻(pin)(pin)率，也可(ke)以是正(zheng)弦振動(dong)試(shi)驗(yan)響應檢查(cha)辨別出來的(de)(de)(de)(de)危險(xian)頻(pin)(pin)率。在每(mei)一(yi)(yi)獨(du)立(li)的(de)(de)(de)(de)正(zheng)弦拍頻(pin)(pin)之間(jian)有(you)一(yi)(yi)間(jian)歇(xie)，留給樣品(pin)一(yi)(yi)個(ge)自由響應的(de)(de)(de)(de)衰減時間(jian)。
產(chan)品(pin)(pin)在(zai)運輸、儲存(cun)、發射和使(shi)用期間(jian)，可(ke)能會經(jing)常受(shou)到短持(chi)續時間(jian)的(de)(de)(de)隨機(ji)(ji)形式的(de)(de)(de)動態(tai)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)作(zuo)用，如(ru)地震、爆炸，以及(ji)在(zai)運載工(gong)具上使(shi)用或通過運輸工(gong)具運輸時產(chan)品(pin)(pin)產(chan)生這(zhe)些(xie)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)，其(qi)特(te)性(xing)是在(zai)沒有使(shi)樣品(pin)(pin)的(de)(de)(de)振(zhen)動響應(ying)(ying)(ying)達到穩態(tai)條(tiao)件時，即已(yi)消失，屬(shu)非平穩隨機(ji)(ji)振(zhen)動范疇(chou)。研究(jiu)這(zhe)種瞬態(tai)振(zhen)動產(chan)生的(de)(de)(de)原因、對產(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)影(ying)響機(ji)(ji)理及(ji)試驗(yan)(yan)(yan)室的(de)(de)(de)模擬技術(shu)，進(jin)而分(fen)析(xi)對電(dian)子產(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)影(ying)響，以提高電(dian)子產(chan)品(pin)(pin)抗御這(zhe)種非穩態(tai)振(zhen)動的(de)(de)(de)能力(li)(li)，應(ying)(ying)(ying)作(zuo)為(wei)我們今后開展環境(jing)試驗(yan)(yan)(yan)設備(bei)和環境(jing)試驗(yan)(yan)(yan)技術(shu)研究(jiu)的(de)(de)(de)任務之一。
與其他方(fang)法相比，這(zhe)種方(fang)法避免了過試(shi)驗(yan)的(de)傾向。這(zhe)是(shi)因為該(gai)方(fang)法能(neng)比較真實地重現產品實際所經(jing)受到的(de)響應，對由于采用(yong)太保(bao)守的(de)試(shi)驗(yan)方(fang)法（這(zhe)是(shi)當前在(zai)制定和確(que)定經(jing)典試(shi)驗(yan)方(fang)法的(de)環(huan)境試(shi)驗(yan)條件(jian)時普遍存在(zai)的(de)）而產生過應力或疲勞(lao)的(de)可(ke)能(neng)性將大大減(jian)小。
典型瞬態振(zhen)動(dong)(dong)時(shi)間(jian)歷(li)程(cheng)的(de)(de)波(bo)形(xing)如圖11所示(shi)。在(zai)實測(ce)到的(de)(de)時(shi)間(jian)歷(li)程(cheng)信號中，往(wang)往(wang)有一(yi)定(ding)比例(li)的(de)(de)類似上述波(bo)形(xing)的(de)(de)時(shi)間(jian)歷(li)程(cheng)信號。 由(you)于(yu)技術上的(de)(de)種(zhong)(zhong)種(zhong)(zhong)困難，目前(qian)對現(xian)場振(zhen)動(dong)(dong)實測(ce)信號的(de)(de)處理(li)僅限(xian)于(yu)平(ping)穩隨(sui)機振(zhen)動(dong)(dong)，這類信號在(zai)隨(sui)機信號的(de)(de)平(ping)穩性檢驗中都是被(bei)剔除的(de)(de)。然(ran)而在(zai)實際環境中是存在(zai)的(de)(de)，例(li)如，火箭(jian)發射、殲擊機做各種(zhong)(zhong)特技(戰斗)動(dong)(dong)作和挖掘機采石(shi)等過程(cheng)中都會出現(xian)如圖11所示(shi)的(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)時(shi)間(jian)歷(li)程(cheng)。
圖11 典型瞬態振動(dong)時(shi)間歷程波形
產(chan)品(pin)實(shi)際使(shi)用(yong)中往往會(hui)經(jing)受到多(duo)(duo)種(zhong)環(huan)境(jing)(jing)因(yin)素(su)的(de)(de)(de)同時作用(yong)，如高(gao)低(di)溫、潮濕、低(di)氣(qi)壓、鹽霧、霉(mei)菌、沙塵(chen)等影(ying)響。產(chan)品(pin)在實(shi)際使(shi)用(yong)所經(jing)受到的(de)(de)(de)環(huan)境(jing)(jing)應力(li)，通常不是前面所敘述的(de)(de)(de)單(dan)(dan)一的(de)(de)(de)正弦振動(dong)、單(dan)(dan)一的(de)(de)(de)隨(sui)機振動(dong)或單(dan)(dan)一的(de)(de)(de)沖擊，而是多(duo)(duo)種(zhong)環(huan)境(jing)(jing)應力(li)的(de)(de)(de)綜合作用(yong)。大量的(de)(de)(de)事實(shi)證明，只有綜合試(shi)驗才能模擬(ni)產(chan)品(pin)在多(duo)(duo)數(shu)情況下所經(jing)受到的(de)(de)(de)多(duo)(duo)種(zhong)環(huan)境(jing)(jing)因(yin)素(su)的(de)(de)(de)同時作用(yong)，才能更真實(shi)地反映(ying)產(chan)品(pin)現場使(shi)用(yong)中出現的(de)(de)(de)失效模式。
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/濕度/振(zhen)動綜合(he)試驗是(shi)當今國內外廣泛(fan)用(yong)于產(chan)品，特別(bie)是(shi)電子產(chan)品的(de)可靠性試驗的(de)一(yi)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11 溫度(du)/濕度(du)/振動三綜合試驗剖面圖
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