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沖擊是驟然的、劇烈的能量釋放、能量轉換和能量傳遞，沖擊的持續時間短暫：沖擊的過程次性完成而不呈現周期性。沖擊具有的這些特點，決定了產品在流通過程和使用過程中無處不存在著沖擊環境源。 任意機械系統、電子裝置、生物體或者由他們的不同組合形成的系統，因受沖擊作用而導致的影響，必須認真考慮。有不少例證說明這種影響具有相當的危害性。如對航天飛行器中的有效負載（彈頭、衛星、電源裝置等），就必須考慮到因為火箭發動機點火、關機以及級間分離，導致系統的能量發生突變而引起的有害影響，它不僅能損害導彈、衛星等小系統的運行性能，常常還會危及飛行器整個結構的強度。 通常，沖擊環境來自彈性體之間的機械撞擊。如散裝貨物在車輛運輸中出現的隨機性彈跳沖擊，產品在粗糙搬運和操作中受到的意外敲擊、震搖、跌落，為了利用沖擊能加工而造成受控沖擊環境等。化學能、核能的突然釋放，將會引起波及范圍更加廣泛的嚴酷沖擊環境。此外工程中還會遇到一些隨時間歷程呈現隨機性變化的多次重復沖擊即碰撞等。從物理概念上講，產品受沖擊后所產生的沖擊響應的大小反映了產品實際所受到的沖擊強度，若產品的瞬時響應幅值超過了產品本身的結構強度所允許的響應時，將導致產品破損。這種損傷是極限應力的峰值破壞，而不是累積疲勞損傷。這種峰值破壞會造成結構變形，安裝松動產生裂紋甚至斷裂，還會使電氣連接松動，接觸不良，造成時斷時通，使產品工作性能不穩定，還可使產品內部各單元的相對位置發生變化，造成性能下降或超差，甚至會使元器件或部件破裂，使其無法工作。 實際的沖擊環境的波形是復雜的并很少有重復；也難以用數學表達式描述；無確定的沖擊持續時間；波形呈多峰值等等。所以，真實環境的沖擊波形一般是不能直接利用的。即使是同類環境的沖擊波形，其重復性并不好，難以找到代表性波形，所以，試驗室一般不采用模擬真實波形的方法，而是采用模擬沖擊環境對產品造成的影響的方法。 一、沖擊試驗的等效損傷原則 在試驗室對試驗樣品進行沖擊試驗時，應使試驗樣品造成的損傷及故障與沖擊環境的影響相當.稱之等效損傷模擬。目前，大多數的沖擊試驗標準均是采用等效損傷的概念制定的，IEC的沖擊、碰撞標準屬于此類，國家標準沖擊、碰撞試驗方法等效于IEC標準，情況類同。因此，如何評價產品的損傷及故障就成為等效模擬試驗的技術關鍵問題。損傷及故障的概念包含了兩種含義：一是考核產品在沖擊作用條件下的結構完好性，又稱產品的結構強度試驗；二是考核產品性能在沖擊作用下是否合格，又稱產品功能穩定性試驗。也就是說，電工電子產品等效損傷模擬是與產品的結構強度和性能穩定性評價相聯系的。 由于試驗樣品的損傷及故障與它受激勵下產生的最大應力直接相關，因此，沖擊試驗的等效關系是以沖擊響應譜作為依據的，并用最大響應加速度相等來實現。 電工電子產品的結構強度與性能穩定性與產品響應的應力直接相關。對單自由度系統來說，在彈性極限內，產品所受的應力相同，其變形相同，所以表現的故障也是相同的。廣義來說，所謂等效損傷原則就是指“試驗樣品因承受激勵而產生的應力是相當的，因而對試驗樣品造成的損傷也是相當的”。 二、簡單沖擊環境的試驗脈沖標準化 設計沖擊試驗的時候，要考慮兩個方面，一是沖擊環境特性，二是試驗樣品的特性。就是說，在試驗室里重現沖擊環境對產品的影響時，必須將沖擊環境特性和試驗樣品特性綜合考慮，才能有合理、滿意的結果。 三、碰撞試驗脈沖的標準化 產品在生產、運輸、使用和維修過程中，會遇到各種各樣的沖擊環境，產品在壽命期間受到了隨機沖擊，所謂隨機沖擊就是沖擊發生的時刻、持續時間的長短、量值的大小、沖擊作用的時間歷程以及沖擊的重復頻率等都是隨機變化的。 重復脈沖對產品的作用是否相關，要視脈沖持續時間的長短、重復周期的大小以及產品固有頻率的高低而定。如果產品在第二次沖擊前其物理狀態已經恢復，可以認為兩次沖擊之間互不相關：或者說，第二次沖擊是在第一次沖擊對產品的影響已經結束以后才發生的.否則是相關的。顯然，單脈沖對產品的作用是互不相關的。 對于單次沖擊，主要考慮的是沖擊強度對產品的損傷，對于重復沖擊，除了考慮強度以外，還要考慮產品的疲勞損傷。在沖擊類的環境試驗方法中單純考核產品耐沖擊強度的試驗歸屬于沖擊試驗；互不相關的重復沖擊歸屬于碰撞試驗：相關的重復沖擊歸屬于彈跳試驗，在IEC和國家標準中的沖擊、碰撞以及在后面要介紹的傾倒、翻滾、自由跌落等方法均屬不相關的沖擊試驗。理論上，它們的沖擊損傷機理是一樣的，只是由于傾倒、翻滾、自由跌落等沖擊環境，形式較為簡單，易于采用狀態模擬技術。 四、沖擊、碰撞試驗條件及嚴酷等級 前面介紹了真實沖擊環境在試驗室模擬的原理和原則，它從理論上解決了從沖擊環境條件中選取沖擊參數及其嚴酷等級的方法。但這還不夠，還需要對試驗的條件以及試驗結果再現性的許多技術細節等進行嚴格的規定，這樣才能保證沖擊、碰撞試驗參數的同一性和試驗條件的再現性，才能保證在不同的試驗室，在不同的試驗設備上，不同的操作人員之間，按相同的技術條件要求，對同一種產品進行沖擊、碰撞試驗時有相同的結果。 目前，國內外對沖擊、碰撞試驗方法的規定，主要有三種形式： （1）規定一種沖擊運動。這種方法是事先確定一種沖擊脈沖（如半正弦脈沖、后峰鋸齒脈沖、梯形脈沖等）并規定其容差限，然后按照該沖擊脈沖的加速度時間歷程、沖擊和碰撞次數、沖擊重復頻率等進行各種嚴酷等級的沖擊或碰撞試驗。由于這種沖擊脈沖在試驗室內較容易產生并此方法對產品進行試驗能較好地進行機理性模擬，因此，目前國內外在環境試驗中廣泛采用，同時試驗方法標準主要也是依據該方法制定的。 （2）規定一種沖擊譜。這種方法是用沖擊響應譜表達沖擊運動對結構的影響，是衡量沖擊運動對設備作用力大小的一種方法，較為科學合理，沖擊譜在研究沖擊運動對結構的損壞能力方面以及確定結構強度標準是非常有用的。在實際情況中沒有兩個沖擊完全相同，按照損傷度來定義沖擊是很重要的。目前，國內正在積極推廣這種試驗方法。 （3）規定一種沖擊機及其操作方法。這種方法也稱試驗機規范，是將沖擊機結構、圖紙、技術要求以及被試產品在其上的安裝方法、沖擊機的操作運行方式等都以規范的形式確定下來。這種方法目前主要用于對艦船使用的電機、電器及電子設備的沖擊試驗上。應該指出的是這種沖擊機規范實際上仍然是以一定的沖擊譜為標準來驗收該沖擊機為依據的。 1．沖擊試驗條件及嚴酷等級 沖擊試驗條件包含了基本脈沖波形、峰值加速度、相應的標稱脈沖持續時間，相應的速度變化量以及這些參數的容差范圍，另外還有施加沖擊的次數及沖擊方向等。 基本脈沖波形。GB／T 2423.5-95標準中規定了當沖擊試驗機及夾具裝上試驗樣品時，在檢測點上所施加的沖擊脈沖應為以下三種基本脈沖波形。 1）半正弦脈沖：即正弦波的半個周期。半正弦波脈沖適用于模擬線性系統的撞擊或線性系統的減速所引起的沖擊效應，例如彈性結構的撞擊等，這種波形在沖擊試驗中最為常用。 2）梯形脈沖：即具有短的上升和下降時間的對稱四邊形。梯形脈沖能在較寬的頻譜上比半正弦脈沖產生更高的響應。如果試驗的目的是為了模擬諸如空間探測器或衛星發射階段爆炸螺栓所引起的沖擊環境的效應，便可采用這種沖擊波形。 3）后峰鋸齒形脈沖：即具有短的下降時間的不對稱三角形。后峰鋸齒形脈沖與半正弦和梯形脈沖相比更具有均勻的響應譜。 國家軍用標準GJB150.18規定了半正弦波和后峰鋸齒波兩種基本脈沖波形。GJB360.23也同樣規定了兩種沖擊試驗時的兩種基本波形。 脈沖波形和嚴酷等級的應用。當工作或運輸環境的沖擊譜已知時，以便選擇最接近這種沖擊譜的脈沖波形，當工作或運輸環境的沖擊譜未知時，可參考適用于各類運輸和各種工作方式的樣品的嚴酷等級和脈沖波形，對有包裝的樣品在裝卸運輸過程中所經受的沖擊，其特性是簡單的，所以可以使用通過觀察速度變化而得出的半正弦脈沖。 2．碰撞試驗條件及嚴酷等級 碰撞試驗條件包括了碰撞試驗的基本脈沖波形，峰值加速度，相應標稱脈沖持續時間.相應的速度變化量以及試驗方向和碰撞次數等。 （1）基本脈沖波形。GB／T 2423.6-95標準中規定了當碰撞試驗機和（或）夾具裝上樣品時，在檢測點上所施加的碰撞的基本脈沖波形為半正弦脈沖波形，每一半正弦脈沖的真值應在容差范圍內。 （2）碰撞試驗條件及嚴酷等級。GB／T 2423.6-95中規定的碰撞試驗嚴酷等級，應在樣品的三個互相垂直軸線的每個方向上施加規定的碰撞次數。每方向的碰撞次數為：100±5；1000±10；4000±10。 國家軍用標準GJB4.8《艦船電子設備環境試驗》碰撞試驗中規定：根據該類設備所安裝的艦船類型將試驗樣品的試驗分為1.2.3級。1級主要適用于安裝在快艇（包括魚雷快艇，導彈快艇、水翼艇、高速炮艇以及特種工作快艇）上的設備：2級主要適用于其他水面艦船以及安裝在潛艇上的設備；對某些特定產品經有關方面協商同意后可按3級要求進行試驗。 該標準中規定的沖擊脈沖波形應為比較光滑的近似半正弦波，除有關標準另有規定外，試驗樣品一般只進行垂直試驗。 （3）碰撞試驗嚴酷等級的應用。在進行元器件的碰撞試驗時，可允許用最少的碰撞次數來滿足規范中的要求，這主要取決于可用于試驗的同一種樣品的數量和安裝排列。如果有六個樣品可用于試驗，它們可以按六個不同的方向安裝，從而使碰撞臺僅在一個方向上施加碰撞就可以滿足規范的要求。如果有3～5個樣品，則只需在兩個方向上對安裝樣品施加碰撞。同樣，如果有兩個樣品，則應在三個方向上對樣品施加碰撞。對只有一個樣品，則需在六個方向上施加碰撞。 對于設備型樣品，總是按它們的正常安裝底座安裝在車輛上使用或運輸的，因此僅需在該基座上安裝的情況下經受碰撞試驗。在運輸期間，可能有一個以上安置面的樣品，應在有關規范規定的每軸線和方向上進行試驗。根據試驗經驗，進行三個互相垂直方向的試驗通常就足夠了。為了保證試驗的再現性，要求在兩次碰撞之間內部的任何相對運動基本上為零。否則在樣品共振衰減的不同階段上會產生共振的再激振，以致會使相同的樣品得出不同的試驗結果。 五、沖擊、碰撞試驗方法標準 GB／T 2423.5《電工電子產品環境試驗》第2部分中試驗方法的試驗Ea和導則：沖擊和GB／T 2423.6電工《電子產品環境試驗》第2部分中試驗方法的試驗Eb和導則：碰撞這兩部國家標準等效采用了IEC國際標電工委員會相應的標準。標準內容包括了以下部分： （1）目的：表述了制定標準目的，即提供一種確定樣品承受規定嚴酷等級沖擊能力和經受規定的峰值加速度和脈沖持續時間的標準脈沖的重復沖擊的標準方法。 （2）一般說明：表述了標準制定的原則，試驗的目的、試驗的對象、試驗的效應及試驗的狀態條件等。 標準是根據規定脈沖波形的原則，試驗的目的是通過沖擊或碰撞來揭露機械的弱點或（和）性能的下降情況，結合有關規范，來決定樣品是否可以接收，在某些情況下，可用來確定樣品的結構完好性或作為質量控制的手段。試驗主要針對非包裝樣品以及在運輸條件下其包裝可看做產品本身一部分的樣品。標準中的沖擊和碰撞不是用來模擬實際經受的沖擊和碰撞，而是加于試驗樣品的試驗嚴酷等級應能模擬樣品將要經受的實際運輸和工作環境的效應、如果試驗的目的是為了評價結構完好性，則應滿足設計要求。在條件試驗期間，試驗樣品應始終緊固在試驗機臺面上或通過夾具緊固在試驗機臺面上。
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發表于 2021-12-1 17:07:33
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