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声振试验
来源:可靠性论坛 | 作者:anscos | 发布时间: 2016-01-15 | 12550 次浏览 | 分享到:
第17章 声振试验
17.1 试验目的、影响机理、失效模式
声振试验又称噪声试验、音频噪声试验、诱发噪声试验等。它是60年代末随着航空航天技术的飞跃发展而发展起来的一个新型的尚未完全成熟和完善的环境试验项目。
人类能听到的声音的频率范围在20Hz~20000 Hz,声振试验的频率范围通常在63 Hz~8000Hz(或10000 Hz,随规范和标准中的不同要求而不同),频率超过这个范围的压力震荡称为超声波或超声。这些频率是人所听不到的,但是在高的声压级下他们能产生某些生物影响。
声振试验的目的是确定在强声场内工作、运输和储存的产品对强声场的适应性能力。
强声场主要出现在各种航空航天飞行器上,例如喷气噪声、旋转噪声(螺旋桨或旋叶)、附面层压脉动噪声等。另外,车辆及动力装置和其它声源也可能产生强声扬,例如泵和发电机组等大型机械内部或附近。
在声场内,声压的起伏直接作用在产品上。噪声所激起的振动类似于机械传递所产生的振动,不同的是机械传递的振动可以被减震器有效的隔离,但噪声不能被隔离。因此机械传递振动的影响可以忽略,而噪声对产品的影响应予充分考虑。
噪声对产品的破坏主要是对结构和工作性能的破坏。对结构的破坏主要是使产品的结构产生疲劳损伤,最后导致破坏。这种破坏通常是首先使产品出现累积损伤,然后出现裂
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纹,继而裂纹扩大,最后断裂。对工作性能的破坏主要性能失调、工作失灵,产生故障等。噪声对产品的具体影响有:微电子器件的引线故障、导线磨损、印刷电路板破裂、波道管与速调管失调、失灵或损坏、光电元件产生振动、压电元件产生异常压电效应等。
对振动敏感的产品通常对噪声也是敏感的,然而正弦或随机振动试验不能代替声振试验试验,因为正弦或随机振动试验受振动台频率限制、受试验设备和夹具的振动衰减、受减振器的影响等。很可能会漏了一些高频元器件的高频谐振和响应。
通常在宽带随机噪声环境的总声压级达130dB,即≥130dB时,或每赫带声压级≥100dB噪声场合工作的产品才要求进行声振试验。因为产品的表面或内部所承受到的声压≥130dB时,经过一段时间后会使结构产生疲劳。可见,从某种意义上讲,声振试验可以看作是对振动、冲击试验的补充。因为振动受到高频(一般最高为2000Hz,而声振要到11200Hz)的限制和受夹具、减震器、结构传递的影响。
17.2 试验条件及其选择
与其它振动试验一样,如果有产品安装平台的实测数据,就应用实测数据,如果没有或货架产品就用规范或标准中的数据。
17.2.1 试验条件
声振试验的试验条件主要是指总声压级、声压谱(频率范围)、持续时间三个参数。声压级是指声音在任何给定点上的振幅,通常用SPL表示,其物理单位为dB。在一定频率范围内的声压级称总声压级,总声压级是以2×10-5N/m2的基础声压为基准压力来计算的。当描述声音时,仅测量总声压级是不够的。还必须对声音加以分析,以确定声音的能量在频率范围内的分布,即声压谱。
(1)国标和IEC标准中的要求
声振试验的总声压级在130dB~165dB范围内,其中:
130dB——通常用来试验不靠近发动机喷口的运输机内部设备舱内的产品。
140dB——通常用来试验靠近发动机喷口的运输机内部设备舱内的产品,以及高性能军用飞机离喷口很远的内部设备舱内的产品。
150dB——通常用来试验靠近跑道工作的产品或发动机车台内工作的产品,以及军用飞机靠喷口的内部设备舱内的产品。
160dB——通常用来试验靠近飞机噪声源附近的产品,以及靠近炮口附近的产品。
165dB——通常用来试验在火箭的地面发射区中工作的产品,以及火箭助推器和发动机隔舱中工作的产品。
声振试验的时间一般是根据产品的工作场所和试验的目的来确定的。对工作在火箭、导弹上的产品,一般为8~15分钟(最长不超过15分钟)。通常是根据火箭和导弹的飞行时间再乘以一个安全系数来确定具体试验时间。
对于机载产品,在其工作寿命期间,将受到来自各种声源的不同噪声环境的作用。最严重的噪声发生的时间很短(例如起飞、加力飞行、特技飞行等),占产品寿命的一小部分,大部分时间是处在较低幅值的声压作用下。而试验室所采用的试验条件(严酷等级)都是模拟最严重的情况,所以试验时间都取得比较短,通常对机载产品的功能试验一般为30分钟(最长不超过40分钟)。对机载设备的声耐久试验,一般为5~10小时。为了缩短试验时间,对声耐久试验允许用加速方法进行。
(2)军标中的要求
军标中的要求见下表17-1
17.3 声振试验设备
模拟现场噪声及其影响的设备有多种,且各有其特点,无论何种设备均由声场(试验室)、产生声场(声源)的设备、检测声场的仪器三大部分组成。下面以用得较多的混响室为例来说明对声振试验设备的要求。
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