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冲击实验
来源:可靠性论坛 | 作者:anscos | 发布时间: 2016-01-15 | 14936 次浏览 | 分享到:
第18章 冲击试验
18.1 试验目的、影响机理、失效模式
产品在使用和运输过程中所经受到的冲击主要是由于车辆的紧急制动和撞击、飞机的空投和坠撞(紧急迫降)、炮火的发射、化学能和核能的爆炸、导弹和高性能武器的点火分离和再入等所产生的冲击 。冲击就是在一个相对较短的时间内将一高量级的输入脉冲力施加到产品上。冲击是一处很复杂的物理过程,与随机振动一样,它具有连续的频谱,但又是一个瞬变过程,不具备稳态随机的条件。产品受冲击后,其机械系统的运动状态要发生突变并将产生瞬态冲击响应。产品对机械冲击环境的响应具有以下特征:高频振荡、短持续时间、明显的初始上升时间和高量级的正负峰值。机械冲击的峰值响应一般可用一个随时间递减的指数函数包络。对于具有复杂多模态特性的产品,其冲击响应包括以下两种频率响应分量:施加在产品上的外部激励环境的强迫频率响应分量和在激励施加期间或之后产品的固有频率响应分量。从物理概念上讲,产品受冲击(即瞬态激励)后所产生的冲击响应的大小代表了产品实际所受到的冲击强度。若产品的瞬时响应幅值超过产品本身的结构强度,则将导致产品破损。可见产品受冲击所产生的损坏,不同于累积损伤效应所造成的破坏,而属于相对于产品结构强度来说是极限应力的峰值破坏。
这种峰值破坏会造成结构变形,安装松动,产生裂纹甚至断裂,还会使电气连接松动,接解不良,造成时断时通,使产品工作不稳定。这种峰值破坏还能使产品内部各单元的相对位置发生变化,造成性能下降或超差,甚至会冲断元器件或部件,使其无法工作。归结起来:
a) 零件之间磨擦力的增加或减少,或相互干扰而引起的产品失效;
b) 产品绝缘强度变化、绝缘电阻抗下降、磁场和静电场强的变化;
c) 产品电路板故障、损坏和电连接器失效;(有时,产品在冲击作用下,可能使电路板上多余物迁移而导致短路);
d) 当产品结构或非结构件过应力时,产品产生永久性的机械变形;
e) 当超过极限强度时,产品的机械零件损坏;的确
f) 材料的加速疲劳(低周疲劳);
g) 产品潜在的压电效应;
h) 由于晶体、陶瓷、环氧树脂或玻璃封装破裂造成的产品失效。
从从上面的叙述可见 ,冲击会对整个产品的结构和功能完好性产生有害影响。这种有害影响程度一般随冲击的量级和持续时间的增减而改变。当冲击持续时间与产品固有频率的倒数一致或者输入冲击环境波形的主要频率分量与产品的固有频率一致时,会进一增加对产品结构和功能完好性的不利影响。
所以,要保证产品具有好的抗冲击强度,并在上述冲击环境下或受上述冲击后可靠稳定的工作,冲击试验是解决这一问题的重要方法与手段。
采用本方法评估产品在其寿命期经受机械冲击下的结构和功能特性。这种机械一般限制在:频率范围不超过10,000 Hz,持续时间不长于1.0 sec。在大多数情况下,产品的主要响应频率不超过2000 Hz,响应的持续时间小于0.1sec。
18.2 现场发生的冲击及描述
要在试验室内完全重视产品在实际使用和运输环境中所经受到的本章18.1中描述的现场冲击是很困难的,因为这些冲击的量值变化很大,脉冲持续时间的变化范围很宽,并且又十分复杂。图18-1a是现场实测到的不连续冲击脉冲波形,从图中的冲击脉冲波形可见,它是难以用数学摸型描述。
18.3.2.2 试验条件及其选择
冲规定标称(经典)冲击脉冲波形的冲击试验方法的试验条件(严酷等级)由峰值加速度、冲击脉冲持续时间和冲击次数三个参数共同确定。
(1)试验条件(严酷等级)参数
a)峰值加速度(A)
峰值加速度的大小能直观的反映出施加给产品的冲击力的大小。由于产品的结构大都是线性系统,即使是非线性系统,在应变不大的情况下,也可以看作是线性系统。所以,产品受冲击后所产生的响应加速度与激励加速度是成比例的。可见在一般情况下峰值加速度愈大,对产品的破坏作用愈大。
b)脉冲持续时间(D)
冲击脉冲的持续时间是指加速度保持在规定峰值加速度比率上的时间间隔。冲击脉冲持续时间对产品的影响很复杂,它对冲击效果的影响与被试系统的固有周期(T)有关。
对半正弦波,当D/T<0.3时;对梯形波,D/T<0.2时;对后峰锯齿波,D/T<0.5时。在产品上所造成的响应加速度都将随着D/T比率的增加而增加,但最大不超过激励脉冲本身的峰值加速度。
对半正弦波,当0.3D≤D/T<3时;对梯形波,当0.2≤D/T<10时;对后峰锯齿波,当0.5D/T<1.2时,在产品上所造成的响应加速度都将超过激励脉冲的峰值加速度。而且,对半正弦波在D/T=0.8附近;对梯形波在D/T=0.55附近;对后峰锯齿波在D/T=0.65附近,都将出现最大响应加速度,其值分别为激励脉冲峰值加速度的1.78倍(半正弦波)、2倍(梯形波)、1.3倍(后峰锯齿波)。
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