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
瀏覽：
105
發布日期：2021-09-14
產(chan)(chan)(chan)品抗振、抗沖擊性(xing)能(neng)是(shi)體現產(chan)(chan)(chan)品品質的(de)(de)重(zhong)要(yao)評估途徑，產(chan)(chan)(chan)品的(de)(de)環(huan)境(jing)適(shi)應性(xing)和可(ke)靠性(xing)既(ji)是(shi)設計出(chu)來的(de)(de)，更(geng)是(shi)試驗出(chu)來的(de)(de)。設計奠定了產(chan)(chan)(chan)品固有的(de)(de)環(huan)境(jing)適(shi)應性(xing)和可(ke)靠性(xing)，而試驗則是(shi)完善設計、暴露生產(chan)(chan)(chan)工藝缺陷，評價(jia)考(kao)核(he)產(chan)(chan)(chan)品各項性(xing)能(neng)是(shi)否符合(he)(he)合(he)(he)同要(yao)求必不可(ke)少(shao)的(de)(de)手段。
經驗證(zheng)明，約有70 %的(de)設計(ji)缺陷是通過(guo)試(shi)驗找出(chu)來的(de)，可見試(shi)驗是提(ti)高產(chan)品質(zhi)量的(de)非常重要的(de)手段。就中國國情而言，研(yan)制與生(sheng)產(chan)過(guo)程中的(de)質(zhi)量控制遠不如國外，最后(hou)的(de)評價考核往往是把(ba)握產(chan)品環境(jing)適應性和可靠性最重要的(de)關口。
產品(pin)抗振(zhen)、抗沖(chong)擊(ji)性能的(de)試驗(yan)(yan)(yan)(yan)屬于力學環境試驗(yan)(yan)(yan)(yan)范疇，按產品(pin)可能經(jing)受到的(de)各種力學環境及其(qi)特(te)性，其(qi)試驗(yan)(yan)(yan)(yan)考核方法有:正弦(xian)振(zhen)動試驗(yan)(yan)(yan)(yan)、隨機振(zhen)動試驗(yan)(yan)(yan)(yan)、沖(chong)擊(ji)試驗(yan)(yan)(yan)(yan)、碰撞(顛振(zhen)）試驗(yan)(yan)(yan)(yan)、強(qiang)碰撞沖(chong)擊(ji)試驗(yan)(yan)(yan)(yan)、正弦(xian)拍頻振(zhen)動試驗(yan)(yan)(yan)(yan)、瞬態(tai)時間歷程與(yu)沖(chong)擊(ji)響應譜(pu)等。
需(xu)(xu)要進(jin)行(xing)抗振、抗沖(chong)擊性設計的(de)產(chan)(chan)品往往在全壽命期間會經受到力學環(huan)(huan)(huan)境+氣候環(huan)(huan)(huan)境這一綜合(he)環(huan)(huan)(huan)境的(de)作用(yong)，需(xu)(xu)要進(jin)行(xing)綜合(he)環(huan)(huan)(huan)境的(de)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)與考(kao)(kao)核(he)。目前，用(yong)于(yu)軍工產(chan)(chan)品的(de)綜合(he)環(huan)(huan)(huan)境試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)考(kao)(kao)核(he)方(fang)法有:溫度(du)(du)/濕度(du)(du)/振動(dong)三(san)綜合(he)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)、溫度(du)(du)/溫度(du)(du)/振動(dong)/低氣壓四綜合(he)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)、振動(dong)/噪聲/振動(dong)三(san)綜合(he)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)箱；用(yong)于(yu)民用(yong)產(chan)(chan)品的(de)綜合(he)環(huan)(huan)(huan)境試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)考(kao)(kao)核(he)方(fang)法有：溫度(du)(du)/振動(dong)（正弦(xian)）綜合(he)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)、低溫/低氣壓/振動(dong)（正弦(xian)）綜合(he)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)。在這些綜合(he)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)中(zhong)用(yong)得最(zui)多、最(zui)廣泛的(de)是溫度(du)(du)/濕度(du)(du)/振動(dong)三(san)綜合(he)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)。
正(zheng)弦振動試(shi)驗的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)是在(zai)試(shi)驗室內模擬(ni)產品在(zai)運輸、儲存、使用過程中所可(ke)能經受到的(de)(de)(de)正(zheng)弦振動及(ji)其影響。正(zheng)弦振動主要是由于飛機(ji)、車輛、船舶、空中飛行器和地面(mian)機(ji)械的(de)(de)(de)旋轉、脈動、振蕩等諸力(li)所引起的(de)(de)(de)。
正弦(xian)(xian)(xian)振(zhen)動(dong)試(shi)驗(yan)屬于“規定(ding)一種機械運(yun)動(dong)” 的(de)(de)(de)力學環(huan)境試(shi)驗(yan)方法，而(er)這種機械運(yun)動(dong)是(shi)以(yi)正弦(xian)(xian)(xian)曲線為(wei)基本運(yun)動(dong)軌跡的(de)(de)(de)。所(suo)以(yi)在(zai)正弦(xian)(xian)(xian)振(zhen)動(dong)試(shi)驗(yan)中，若知(zhi)道過去的(de)(de)(de)運(yun)動(dong)狀態，就可以(yi)確定(ding)未來任何時刻運(yun)動(dong)的(de)(de)(de)各要(yao)素。從正弦(xian)(xian)(xian)振(zhen)動(dong)試(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)時間(jian)歷程可見，用(yong)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)、幅(fu)值(zhi)兩個參(can)數可以(yi)完整描述(shu)正弦(xian)(xian)(xian)振(zhen)動(dong)試(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)基本運(yun)動(dong)。正弦(xian)(xian)(xian)振(zhen)動(dong)試(shi)驗(yan)基本運(yun)動(dong)時間(jian)歷程如圖1所(suo)示。正弦(xian)(xian)(xian)振(zhen)動(dong)試(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)能(neng)量存在(zai)于某一頻(pin)(pin)(pin)率(lv)上，而(er)不是(shi)幅(fu)值(zhi)對頻(pin)(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)(de)連續(xu)譜(pu)，如圖2所(suo)示。所(suo)以(yi)正弦(xian)(xian)(xian)振(zhen)動(dong)試(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)條(tiao)件(嚴(yan)酷等(deng)級)由頻(pin)(pin)(pin)率(lv)、振(zhen)幅(fu)、試(shi)驗(yan)持續(xu)時間(jian)三個參(can)數共同確定(ding)。
圖(tu)1（左）正弦振動試驗基本運動的時(shi)間歷程
圖(tu)2（右）正弦(xian)振動能量譜圖(tu)
隨(sui)著(zhu)試(shi)驗(yan)技(ji)術的(de)發展(zhan)，隨(sui)機(ji)振動(dong)(dong)(dong)的(de)應(ying)用領(ling)域已越來(lai)越寬廣，特別(bie)在(zai)航空(kong)產(chan)品(pin)的(de)振動(dong)(dong)(dong)試(shi)驗(yan)方面(mian)更是如(ru)此，但由于(yu)種種原(yuan)因，正弦(xian)振動(dong)(dong)(dong)試(shi)驗(yan)在(zai)除航空(kong)產(chan)品(pin)的(de)其他領(ling)域仍(reng)在(zai)廣泛地使用，其中包括對航天產(chan)品(pin)的(de)試(shi)驗(yan)。另外，正弦(xian)振動(dong)(dong)(dong)在(zai)查找樣品(pin)的(de)危險頻率方面(mian)更是必不(bu)可(ke)少的(de)。
振動對產品(pin)影響(xiang)
對結構的影響：這種影響主要是指變形、彎(wan)曲、產(chan)生裂紋、斷(duan)裂和造成(cheng)部件(jian)之間的(de)相互(hu)撞擊(ji)等。這種破壞(huai)又可分為由于振動所引起(qi)的(de)應力(li)超過產(chan)品結構(gou)強度所能承受的(de)極限而造成(cheng)的(de)破壞(huai)，以及長時間的(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：這種影響主(zhu)要是指振(zhen)動(dong)使(shi)運(yun)動(dong)部件(jian)動(dong)作不(bu)正(zheng)常，接(jie)觸部件(jian)接(jie)觸不(bu)良，繼電(dian)(dian)器誤動(dong)作，電(dian)(dian)子(zi)器件(jian)噪聲(sheng)增(zeng)大，分布(bu)參數變化，頻漂(piao)等，從而(er)導致工(gong)作不(bu)正(zheng)常、不(bu)穩定，甚至(zhi)失靈(ling)等。 這種影響的嚴(yan)重程度往(wang)往(wang)取決于(yu)振(zhen)動(dong)量(liang)值的大小。因為在許多情(qing)況下，一(yi)(yi)旦振(zhen)動(dong)停止，工(gong)作就能恢(hui)復(fu)正(zheng)常，此(ci)時這種破(po)壞(huai)(huai)往(wang)往(wang)是可(ke)逆的。當振(zhen)動(dong)量(liang)級超(chao)過一(yi)(yi)定量(liang)級時，會使(shi)電(dian)(dian)子(zi)設備性能失效(xiao)，失效(xiao)是不(bu)可(ke)取的，這種破(po)壞(huai)(huai)通常不(bu)屬(shu)于(yu)永久(jiu)性的破(po)壞(huai)(huai)。
對工藝性能的影響：這種(zhong)影響主要(yao)是指螺釘松動，連接(jie)件(jian)或(huo)焊點脫開等。這種(zhong)破壞通常在(zai)一個不太長的振動時間內(nei)（如半(ban)小時）就會出(chu)現。
上(shang)述的(de)種(zhong)種(zhong)影響(xiang)，特別是(shi)(shi)當(dang)產品(pin)的(de)固有(you)頻(pin)率和激勵頻(pin)率相等(deng)引起共振(zhen)而導(dao)致響(xiang)應幅值急劇增大時，會更(geng)迅速和更(geng)嚴重地(di)發生。所以(yi)，正(zheng)弦振(zhen)動(dong)(dong)試(shi)驗是(shi)(shi)用來確(que)定產品(pin)能否經受住預定的(de)振(zhen)動(dong)(dong)條(tiao)件，能否在預定的(de)振(zhen)動(dong)(dong)條(tiao)件下可靠地(di)工(gong)作，性能不發生下降的(de)一種(zhong)行(xing)之(zhi)(zhi)有(you)效的(de)方法，也是(shi)(shi)確(que)定產品(pin)環境適應性的(de)有(you)效方法之(zhi)(zhi)一。
實(shi)際上，產(chan)品所遇(yu)到(dao)的(de)(de)振(zhen)動(dong)在(zai)大多(duo)(duo)數(shu)情況下是隨(sui)機(ji)振(zhen)動(dong)，對這些隨(sui)機(ji)振(zhen)動(dong)，應(ying)用(yong)隨(sui)機(ji)振(zhen)動(dong)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)方(fang)法進行試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)更切合實(shi)際。但由于試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)技術是先由正(zheng)弦后發展到(dao)隨(sui)機(ji)等歷史原因(yin)，至(zhi)今還有許多(duo)(duo)標(biao)準一直沿用(yong)正(zheng)弦振(zhen)動(dong)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)。重要的(de)(de)是：正(zheng)弦振(zhen)動(dong)還是用(yong)來研究(jiu)產(chan)品的(de)(de)動(dong)態特性(xing)(xing)，以及確定電子設備環境(jing)適應(ying)性(xing)(xing)平臺量(liang)值的(de)(de)有效方(fang)法之一。所以正(zheng)弦振(zhen)動(dong)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)在(zai)力(li)學(xue)環境(jing)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)中(zhong)仍是一個(ge)(ge)最重要的(de)(de)振(zhen)動(dong)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)項目，也是一個(ge)(ge)很經典的(de)(de)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)方(fang)法。
產(chan)品在(zai)(zai)運輸和實際(ji)使用(yong)(yong)中所遇到的(de)(de)振(zhen)(zhen)動，絕(jue)大多數(shu)是(shi)隨(sui)機(ji)(ji)振(zhen)(zhen)動。例如(ru)，宇(yu)航員和導(dao)彈在(zai)(zai)發(fa)射和助推階段的(de)(de)振(zhen)(zhen)動；車輛在(zai)(zai)不平坦的(de)(de)道路上行駛時(shi)產(chan)生的(de)(de)振(zhen)(zhen)動；多變的(de)(de)海(hai)浪使船舶產(chan)生的(de)(de)振(zhen)(zhen)動等，都屬(shu)于隨(sui)機(ji)(ji)振(zhen)(zhen)動。因此(ci)，用(yong)(yong)隨(sui)機(ji)(ji)振(zhen)(zhen)動試驗(yan)才(cai)能更真實反映產(chan)品的(de)(de)抗震性能。
在隨機振(zhen)動試驗中，由于(yu)振(zhen)動的(de)(de)質(zhi)點處于(yu)不規(gui)則(ze)的(de)(de)運動狀態，永(yong)遠(yuan)不會精確(que)地(di)重復，對(dui)其(qi)進行一系列的(de)(de)測量，各(ge)次(ci)記錄(lu)都不一樣，所以沒有任何固定(ding)的(de)(de)周期(qi)。在任何確(que)定(ding)的(de)(de)時(shi)刻，其(qi)振(zhen)幅、頻率、相(xiang)位都不能預先(xian)知道，因此就不可能用簡單(dan)的(de)(de)周期(qi)函數(shu)和函數(shu)的(de)(de)組合(he)來描述(shu)。圖3所示為典型的(de)(de)寬(kuan)帶隨機振(zhen)動時(shi)間歷程。
圖3 典型的寬帶(dai)隨機振動(dong)時間歷程
隨(sui)機振動試驗(yan)
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。
產品在(zai)使用和(he)(he)(he)運輸過(guo)程(cheng)中所(suo)經受到的(de)(de)(de)沖擊(ji)主要(yao)是由于車輛(liang)的(de)(de)(de)緊急(ji)制動和(he)(he)(he)撞(zhuang)擊(ji)、飛(fei)機的(de)(de)(de)空投(tou)和(he)(he)(he)墜撞(zhuang)（緊急(ji)迫降）、炮火的(de)(de)(de)發(fa)射、化(hua)學(xue)能和(he)(he)(he)核能的(de)(de)(de)爆炸(zha)、導(dao)彈和(he)(he)(he)高(gao)性能武(wu)器的(de)(de)(de)點(dian)火分離和(he)(he)(he)再(zai)入(ru)等所(suo)產生(sheng)的(de)(de)(de)。沖擊(ji)是一種很復(fu)雜的(de)(de)(de)物理過(guo)程(cheng)， 與隨(sui)機振動一樣，它具有(you)連(lian)續的(de)(de)(de)頻譜， 但又(you)是一個(ge)瞬(shun)變(bian)過(guo)程(cheng)，不具備(bei)穩(wen)態隨(sui)機的(de)(de)(de)條件。產品受沖擊(ji)后(hou)，其(qi)機械系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)運動狀態要(yao)發(fa)生(sheng)突變(bian)并將產生(sheng)瞬(shun)態沖擊(ji)響(xiang)應。圖4所(suo)示是現(xian)場(chang)實測到的(de)(de)(de)沖擊(ji)脈沖波(bo)形，圖5所(suo)示為一現(xian)場(chang)實測到的(de)(de)(de)中等延續沖擊(ji)加速度響(xiang)應時間歷程(cheng)。
圖4 現場實測(ce)到的沖擊脈沖波形(xing)
圖(tu)5 中等延續沖擊加速度(du)響應時間歷程
產(chan)品對機(ji)械(xie)沖擊(ji)環(huan)境(jing)的(de)(de)響(xiang)應具有以下特征:高頻振(zhen)蕩、短(duan)持續時間(jian)、明顯的(de)(de)初始上升時間(jian)和(he)高量(liang)級的(de)(de)正負峰值(zhi)。機(ji)械(xie)沖擊(ji)的(de)(de)峰值(zhi)響(xiang)應一(yi)般可用(yong)一(yi)個隨(sui)時間(jian)遞減的(de)(de)指數(shu)函數(shu)包(bao)絡。對于具有復雜多模態(tai)特性的(de)(de)裝備(bei)(bei)，其沖擊(ji)響(xiang)應包(bao)括以下兩種頻率響(xiang)應分(fen)量(liang)：施加在(zai)裝備(bei)(bei)上的(de)(de)外部激勵環(huan)境(jing)的(de)(de)強迫(po)頻率響(xiang)應分(fen)量(liang)和(he)在(zai)激勵施加期間(jian)或之后(hou)裝備(bei)(bei)的(de)(de)固有頻率響(xiang)應分(fen)量(liang)。
從物理(li)概(gai)念上(shang)講，產(chan)品(pin)受(shou)沖擊（瞬態激勵）后所產(chan)生的(de)(de)沖擊響(xiang)應(ying)的(de)(de)大小代(dai)表(biao)了產(chan)品(pin)實際所受(shou)到的(de)(de)沖擊強(qiang)度(du)(du)。若產(chan)品(pin)的(de)(de)瞬時響(xiang)應(ying)幅(fu)值超過產(chan)品(pin)本身的(de)(de)結構強(qiang)度(du)(du)，則將導致產(chan)品(pin)破(po)損。可見產(chan)品(pin)受(shou)沖擊所產(chan)生的(de)(de)損壞，不同于(yu)(yu)累積損傷效應(ying)所造成(cheng)的(de)(de)破(po)壞，而屬(shu)于(yu)(yu)相對于(yu)(yu)產(chan)品(pin)結構強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)極限應(ying)力(li)的(de)(de)峰值破(po)壞。
沖(chong)擊試驗失(shi)效模式
1.零件之間摩擦(ca)力(li)的(de)增(zeng)加或(huo)減少，或(huo)相互干擾而(er)引起的(de)裝備失效；
2.裝(zhuang)備絕(jue)緣強度變化，絕(jue)緣阻抗下降，磁場和(he)靜電場強的變化；
3.裝備(bei)(bei)電(dian)路(lu)板故障、損壞和電(dian)連接器失(shi)效（有時裝備(bei)(bei)在(zai)沖擊(ji)作用(yong)下，可能使電(dian)路(lu)板上多余(yu)物(wu)遷(qian)移而(er)導致(zhi)短(duan)路(lu)）;
4.當裝備(bei)結構或非結構件過(guo)應力時，裝備(bei)產生永(yong)久性的機(ji)械變形(xing)；
5.當超過極限(xian)強度時，裝(zhuang)備的機械零(ling)件損(sun)壞；
6.材料的加速疲勞（低(di)周疲勞）;
7.裝備潛在(zai)的壓電效應；
8.由于晶體、陶瓷(ci)、環氧樹(shu)脂(zhi)或玻璃封裝破(po)裂造成的裝備失效。
沖(chong)擊(ji)會(hui)對整個產(chan)品的(de)結構和功(gong)能完好(hao)性(xing)產(chan)生有(you)害影響。其(qi)程(cheng)度一般(ban)隨沖(chong)擊(ji)的(de)量(liang)級和持(chi)續(xu)(xu)(xu)(xu)時(shi)間(jian)的(de)增減而改變。當沖(chong)擊(ji)持(chi)續(xu)(xu)(xu)(xu)時(shi)間(jian)與(yu)產(chan)品固有(you)頻(pin)(pin)率一致(zhi)或者輸入(ru)沖(chong)擊(ji)環境波形(xing)的(de)主要頻(pin)(pin)率分(fen)量(liang)與(yu)產(chan)品的(de)固有(you)頻(pin)(pin)率一致(zhi)時(shi)，會(hui)進(jin)一步增大(da)對產(chan)品結構和功(gong)能完好(hao)性(xing)的(de)不(bu)利影響。這種機械(xie)沖(chong)擊(ji)一般(ban)限制在(zai)(zai)：頻(pin)(pin)率范圍不(bu)超過10 000 Hz，持(chi)續(xu)(xu)(xu)(xu)時(shi)間(jian)不(bu)長于(yu)1.0 s。 在(zai)(zai)大(da)多數情況下(xia)，產(chan)品的(de)主要響應頻(pin)(pin)率不(bu)超過2 000 Hz，響應的(de)持(chi)續(xu)(xu)(xu)(xu)時(shi)間(jian)小(xiao)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(zai)產品可能會經受(shou)下列幾種(zhong)形式(shi)的(de)沖(chong)擊：艦裝(zhuang)各(ge)種(zhong)火炮（包括導彈(dan)）單發和(he)齊發所(suo)激起(qi)(qi)的(de)局部沖(chong)擊，其中(zhong)包括火炮炮口的(de)沖(chong)擊波（又稱氣(qi)浪沖(chong)擊）；敵方炮彈(dan)、導彈(dan)和(he)空中(zhong)武器在(zai)艦船上方附近爆(bao)炸(zha)(zha)所(suo)激起(qi)(qi)的(de)沖(chong)擊；自投(tou)式(shi)敵方攻擊的(de)水中(zhong)兵器，如水雷、魚雷、深水炸(zha)(zha)彈(dan)在(zai)緊靠船體下方爆(bao)炸(zha)(zha)所(suo)激起(qi)(qi)的(de)非接觸性水中(zhong)爆(bao)炸(zha)(zha)沖(chong)擊。
上(shang)(shang)述這些沖(chong)擊(ji)(ji)有的(de)(de)直接作(zuo)(zuo)用(yong)在(zai)產(chan)品(pin)（包(bao)含減振器）上(shang)(shang)，有的(de)(de)通過(guo)船(chuan)體本身結構的(de)(de)傳遞作(zuo)(zuo)用(yong)在(zai)產(chan)品(pin)上(shang)(shang)。通常，安裝(zhuang)在(zai)甲板、舷側板和上(shang)(shang)層建筑上(shang)(shang)的(de)(de)產(chan)品(pin)（包(bao)含減振器）易(yi)受(shou)到(dao)(dao)炮彈(dan)、炸彈(dan)、導彈(dan)等空(kong)中爆炸的(de)(de)沖(chong)擊(ji)(ji)，以及火炮發(fa)射的(de)(de)氣浪沖(chong)擊(ji)(ji)。安裝(zhuang)在(zai)船(chuan)體內(nei)的(de)(de)產(chan)品(pin)易(yi)遭受(shou)到(dao)(dao)水中爆炸的(de)(de)沖(chong)擊(ji)(ji)。這些沖(chong)擊(ji)(ji)往往使產(chan)品(pin)的(de)(de)結構和性能受(shou)到(dao)(dao)很(hen)大的(de)(de)影響，甚(shen)至(zhi)被破壞。
例如，1972年，我國(guo)掃雷艇在援越掃雷中，受到漏掃水雷的(de)襲擊(ji)，雖然船體未漏水，但艇裝的(de)各種電(dian)子(zi)設備(bei)(bei)被(bei)嚴重(zhong)破(po)壞(huai)(huai)，完(wan)全(quan)喪失(shi)了(le)應有的(de)功能(neng)。可見上述這些沖(chong)擊(ji)對(dui)艦本體往往不是(shi)致(zhi)命的(de)，但對(dui)艦裝各種電(dian)子(zi)電(dian)工產品的(de)破(po)壞(huai)(huai)性卻相當大(da)，特別是(shi)對(dui)艦裝各種電(dian)子(zi)設備(bei)(bei)的(de)破(po)壞(huai)(huai)性更(geng)嚴重(zhong)。
隨著(zhu)艦裝各種(zhong)電子(zi)電工產(chan)品(pin)越來越多， 越來越復雜，而且將越來越依賴(lai)它們的(de)(de)作用(yong)，因而對(dui)(dui)他(ta)們的(de)(de)使用(yong)可(ke)靠性要求越來越高。為了保(bao)證(zheng)(zheng)(zheng)艦船電工產(chan)品(pin)的(de)(de)可(ke)靠使用(yong)，為了保(bao)證(zheng)(zheng)(zheng)在海(hai)上航行(xing)時的(de)(de)生命財產(chan)的(de)(de)安全，特別對(dui)(dui)參加戰斗的(de)(de)艦船，為了保(bao)證(zheng)(zheng)(zheng)不貽誤戰機(ji)，必須在試驗室內重現上述沖(chong)擊的(de)(de)影響，預先對(dui)(dui)產(chan)品(pin)（包含減振(zhen)器）進行(xing)考核(he)。
圖(tu)6 輕量級強碰撞 （顛振(zhen)）沖擊機示意(yi)圖(tu)；
圖7 中(zhong)量級強碰撞 （顛振）沖擊(ji)機示意(yi)
水下爆(bao)炸、撞擊(ji)(ji)、近距高脫靶炮火、空(kong)中爆(bao)炸及(ji)戰(zhan)場(chang)所遇(yu)爆(bao)炸的(de)沖(chong)擊(ji)(ji)是十分復(fu)雜的(de)，呈現瞬態振(zhen)動的(de)形(xing)式，其(qi)沖(chong)擊(ji)(ji)持續時(shi)間遠比一般沖(chong)擊(ji)(ji)要長得多，而且也很難(nan)用數(shu)學形(xing)式來描述它(ta)(ta)（由(you)一種具有數(shu)學形(xing)式的(de)沖(chong)擊(ji)(ji)來模擬它(ta)(ta)或模擬它(ta)(ta)對產品的(de)影響）。
艦船產(chan)品一般都具有重量大(da)、體積(ji)大(da)的(de)(de)(de)特點。若用規定(ding)(ding)脈(mo)沖(chong)(chong)波(bo)形的(de)(de)(de)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)機進行試(shi)驗，一方(fang)面(mian)模(mo)擬不出(chu)(chu)爆炸所(suo)產(chan)生的(de)(de)(de)那種(zhong)大(da)加速度長持續時間過程的(de)(de)(de)復雜沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)；另一方(fang)面(mian)，規定(ding)(ding)脈(mo)沖(chong)(chong)波(bo)形的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)與(yu)強碰(peng)(peng)(peng)撞沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)臺相比(bi)易受負載（樣品）本(ben)身特性(xing)的(de)(de)(de)影(ying)(ying)響。強碰(peng)(peng)(peng)撞沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)臺就是針對受到劇(ju)烈(lie)的(de)(de)(de)，但又不是毀滅性(xing)的(de)(de)(de)爆炸所(suo)產(chan)生的(de)(de)(de)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)影(ying)(ying)響而設計的(de)(de)(de)，如(ru)圖6和(he)圖7所(suo)示(shi)。近年來，由(you)于國內強碰(peng)(peng)(peng)撞沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)機少，無(wu)法(fa)(fa)定(ding)(ding)量測量和(he)給(gei)出(chu)(chu)實際施加的(de)(de)(de)應力曲(qu)線，目(mu)前(qian)用50 g、30 ms的(de)(de)(de)半正弦沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)來代替。
碰撞(zhuang)（艦船(chuan)稱顛振）和(he)沖(chong)擊一樣(yang)，是一個(ge)非常復雜的物(wu)理過程，并且是隨機的，能在(zai)不同(tong)的時間周期上出(chu)現。從(cong)力學(xue)觀點來分(fen)析，它們(men)都屬于(yu)同(tong)一類問題，都是由于(yu)外(wai)界激勵(li)使系統(tong)的運動發(fa)生突變(bian)、非穩態的變(bian)化。然而由于(yu)它們(men)對產品所造成的物(wu)理失效(xiao)不完全相同(tong)，為了在(zai)試驗(yan)(yan)室(shi)內(nei)模(mo)擬方便起見，在(zai)民(min)用(yong)(yong)（商用(yong)(yong)）產品的環境試驗(yan)(yan)體系中才將(jiang)其分(fen)成沖(chong)擊試驗(yan)(yan)和(he)碰撞(zhuang)（顛振）試驗(yan)(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(yan)在艦船產品的考核中用得最多。
碰撞（顛振）試驗(yan)
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(yu)波浪顛振（碰撞(zhuang)）脈(mo)沖波形
產(chan)品(pin)(pin)在(zai)(zai)運(yun)輸(shu)、儲存、使用過程(cheng)中(zhong)會經受到(dao)地震、爆炸、顫振(zhen)(zhen)(zhen)現(xian)象或機(ji)(ji)械振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)等所引起的(de)(de)(de)短持續時(shi)(shi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)脈沖振(zhen)(zhen)(zhen)蕩力(li)的(de)(de)(de)作用，圖9中(zhong)的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)時(shi)(shi)間(jian)(jian)歷程(cheng)曲線就是在(zai)(zai)殲擊機(ji)(ji)上實測(ce)到(dao)的(de)(de)(de)。根據我國某單位對機(ji)(ji)載(zai)（殲擊機(ji)(ji)）、車載(zai)電(dian)子設備(bei)的(de)(de)(de)安(an)(an)裝平臺振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)環境條件的(de)(de)(de)實測(ce)和數(shu)據處(chu)理過程(cheng)統計，這(zhe)種(zhong)波形占全部所測(ce)時(shi)(shi)間(jian)(jian)歷程(cheng)數(shu)據的(de)(de)(de)比例(li)約(yue)為8 %~ 10 %。那(nei)些安(an)(an)裝在(zai)(zai)易受到(dao)隨(sui)機(ji)(ji)或多頻(pin)激勵的(de)(de)(de)結構上的(de)(de)(de)產(chan)品(pin)(pin)，在(zai)(zai)使用環境中(zhong)，，在(zai)(zai)這(zhe)種(zhong)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)(de)(de)作用下，安(an)(an)裝基礎在(zai)(zai)其共振(zhen)(zhen)(zhen)頻(pin)率上會產(chan)生(sheng)一種(zhong)正(zheng)弦拍(pai)頻(pin)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)響應(ying)，然后作為輸(shu)入傳遞到(dao)受此影響的(de)(de)(de)產(chan)品(pin)(pin)上。這(zhe)種(zhong)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)對產(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)影響比一般的(de)(de)(de)平穩隨(sui)機(ji)(ji)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)和正(zheng)弦振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)嚴(yan)酷。
圖9 殲擊機上(shang)實測到的(de)的(de)振動時間歷程曲線
正弦拍頻振動(dong)試(shi)驗(yan)(yan)方(fang)法提供了一種(zhong)在試(shi)驗(yan)(yan)室內再現產品實際可能經受到的(de)(de)或相似(si)的(de)(de)影(ying)響，但并不完全需(xu)要(yao)再現實際環(huan)(huan)境的(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)方(fang)法。這種(zhong)方(fang)法比平(ping)穩隨機振動(dong)和(he)正弦振動(dong)更接近于(yu)實際環(huan)(huan)境的(de)(de)激勵，而(er)產生的(de)(de)響應(ying)(ying)比連續(xu)正弦波(bo)產生的(de)(de)響應(ying)(ying)更寬闊(kuo)。正弦拍頻是地震(zhen)試(shi)驗(yan)(yan)的(de)(de)重(zhong)要(yao)組成部分。
圖(tu)10 正弦拍頻(pin)振動時(shi)間歷程(cheng)圖(tu)
正(zheng)(zheng)弦(xian)拍(pai)(pai)頻(pin)是用(yong)一較低的(de)正(zheng)(zheng)弦(xian)波(bo)調(diao)(diao)制的(de)某一頻(pin)率(lv)(lv)的(de)連續正(zheng)(zheng)弦(xian)波(bo)。一個正(zheng)(zheng)弦(xian)拍(pai)(pai)頻(pin)的(de)持續時(shi)間為(wei)調(diao)(diao)制頻(pin)率(lv)(lv)的(de)半個周期(qi)，如圖10 所示(shi)。用(yong)正(zheng)(zheng)弦(xian)拍(pai)(pai)頻(pin)振(zhen)(zhen)動試(shi)驗(yan)方(fang)法進行試(shi)驗(yan)時(shi)，樣品(pin)在固定(ding)頻(pin)率(lv)(lv)上用(yong)若干預(yu)(yu)定(ding)的(de)正(zheng)(zheng)弦(xian)拍(pai)(pai)頻(pin)振(zhen)(zhen)動激勵。這些(xie)固定(ding)試(shi)驗(yan)頻(pin)率(lv)(lv)可以是預(yu)(yu)定(ding)頻(pin)率(lv)(lv)，也可以是正(zheng)(zheng)弦(xian)振(zhen)(zhen)動試(shi)驗(yan)響應檢查(cha)辨(bian)別出(chu)來的(de)危險頻(pin)率(lv)(lv)。在每一獨立(li)的(de)正(zheng)(zheng)弦(xian)拍(pai)(pai)頻(pin)之間有一間歇，留給樣品(pin)一個自由(you)響應的(de)衰減(jian)時(shi)間。
產(chan)(chan)(chan)品在(zai)運(yun)輸、儲存、發(fa)射(she)和使(shi)用期(qi)間，可能(neng)會經常受(shou)到短持續(xu)時間的(de)(de)隨(sui)機(ji)形(xing)式的(de)(de)動態(tai)(tai)應(ying)力作用，如地(di)震、爆炸，以及在(zai)運(yun)載工具上使(shi)用或通過運(yun)輸工具運(yun)輸時產(chan)(chan)(chan)品產(chan)(chan)(chan)生這(zhe)些(xie)應(ying)力，其特(te)性是(shi)在(zai)沒有使(shi)樣品的(de)(de)振(zhen)(zhen)動響應(ying)達到穩(wen)態(tai)(tai)條(tiao)件時，即已消失，屬非平穩(wen)隨(sui)機(ji)振(zhen)(zhen)動范疇。研究這(zhe)種(zhong)瞬態(tai)(tai)振(zhen)(zhen)動產(chan)(chan)(chan)生的(de)(de)原因、對產(chan)(chan)(chan)品的(de)(de)影(ying)響機(ji)理(li)及試驗(yan)(yan)室的(de)(de)模擬技(ji)術，進而(er)分析對電(dian)子(zi)(zi)產(chan)(chan)(chan)品的(de)(de)影(ying)響，以提(ti)高電(dian)子(zi)(zi)產(chan)(chan)(chan)品抗御這(zhe)種(zhong)非穩(wen)態(tai)(tai)振(zhen)(zhen)動的(de)(de)能(neng)力，應(ying)作為我們今(jin)后開展環境(jing)試驗(yan)(yan)設備和環境(jing)試驗(yan)(yan)技(ji)術研究的(de)(de)任(ren)務之一(yi)。
與其他方(fang)法(fa)相比，這種方(fang)法(fa)避免了過試驗(yan)的(de)(de)傾向。這是(shi)(shi)因為該方(fang)法(fa)能比較真實地重(zhong)現產(chan)品實際(ji)所經受到的(de)(de)響(xiang)應，對(dui)由(you)于采(cai)用(yong)太保守的(de)(de)試驗(yan)方(fang)法(fa)（這是(shi)(shi)當前在制定(ding)和確定(ding)經典(dian)試驗(yan)方(fang)法(fa)的(de)(de)環境(jing)試驗(yan)條件(jian)時普遍存(cun)在的(de)(de)）而產(chan)生過應力或疲(pi)勞的(de)(de)可能性將大(da)大(da)減小。
典型(xing)瞬態(tai)振動(dong)(dong)時間(jian)歷程的(de)(de)(de)波(bo)形(xing)如圖11所示(shi)。在實(shi)測(ce)到的(de)(de)(de)時間(jian)歷程信(xin)(xin)號(hao)中，往往有一定比例的(de)(de)(de)類(lei)似(si)上(shang)述波(bo)形(xing)的(de)(de)(de)時間(jian)歷程信(xin)(xin)號(hao)。 由于技(ji)術上(shang)的(de)(de)(de)種(zhong)種(zhong)困難，目(mu)前對現場振動(dong)(dong)實(shi)測(ce)信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)(de)處理僅限于平(ping)穩隨機振動(dong)(dong)，這類(lei)信(xin)(xin)號(hao)在隨機信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)(de)平(ping)穩性檢驗中都(dou)是(shi)被剔除(chu)的(de)(de)(de)。然而(er)在實(shi)際(ji)環境中是(shi)存在的(de)(de)(de)，例如，火箭發射、殲擊機做各種(zhong)特技(ji)(戰斗)動(dong)(dong)作和(he)挖掘機采石(shi)等(deng)過程中都(dou)會出(chu)現如圖11所示(shi)的(de)(de)(de)振動(dong)(dong)時間(jian)歷程。
圖11 典型(xing)瞬態振動時間(jian)歷程波(bo)形
產(chan)品(pin)實(shi)際(ji)使(shi)(shi)用(yong)中往往會經受(shou)到多(duo)(duo)種(zhong)環境因素的(de)(de)(de)同(tong)時作用(yong)，如高低溫(wen)、潮濕、低氣壓、鹽(yan)霧(wu)、霉菌(jun)、沙塵等影響。產(chan)品(pin)在實(shi)際(ji)使(shi)(shi)用(yong)所經受(shou)到的(de)(de)(de)環境應力，通常不是前面所敘述的(de)(de)(de)單(dan)一(yi)的(de)(de)(de)正弦振動、單(dan)一(yi)的(de)(de)(de)隨機振動或單(dan)一(yi)的(de)(de)(de)沖擊，而是多(duo)(duo)種(zhong)環境應力的(de)(de)(de)綜(zong)合作用(yong)。大(da)量的(de)(de)(de)事實(shi)證明，只有綜(zong)合試驗(yan)才能模(mo)擬產(chan)品(pin)在多(duo)(duo)數情況(kuang)下所經受(shou)到的(de)(de)(de)多(duo)(duo)種(zhong)環境因素的(de)(de)(de)同(tong)時作用(yong)，才能更真(zhen)實(shi)地反(fan)映產(chan)品(pin)現場(chang)使(shi)(shi)用(yong)中出現的(de)(de)(de)失效模(mo)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/振動綜合試驗是當今(jin)國(guo)內外廣泛用于(yu)產品，特別(bie)是電(dian)子產品的(de)可靠性試驗的(de)一種方(fang)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(yan)剖面圖
更多關(guan)于(yu)電子產品可靠(kao)性試驗(yan)相關(guan)知識，歡迎關(guan)注(zhu)劍喬儀器微(wei)信公眾號，或在線咨詢我們！
