1、力學環(huán)境試驗技術(shù)概述1.力學環(huán)境試驗1.1 環(huán)境環(huán)境是指在任何時間和地點所存在的或遇到的自然的和誘發(fā)的條件的總和。環(huán)境分類按自然環(huán)境分：可分為陸地、海洋、高空和宇宙空間等；按產(chǎn)品所處的狀態(tài)分：可分為貯存、運輸、安裝、搬運和使用等；按起因分：可分為自然環(huán)境（例如：重力、溫度、濕度、氣壓、沙塵、鹽霧等）和由設(shè)備引起或 者由設(shè)備與周圍介質(zhì)相互作用引起的環(huán)境（例如加速度、振動、沖擊、電或動力加熱、氣動激勵 等）。但目前使用較多的分類方法是按環(huán)境因素屬性進行的分類。按照這種分法，可分為： 氣候因素，包括溫度、濕度、氣壓、雨、雪、冰、霜、沙塵、鹽霧、腐蝕性氣體等； 力學因素（也稱機械因素），包括振動、沖擊

2、、搖擺、恒加速度、爆炸、地震、噪聲振動等； 生物因素，包括霉菌、昆蟲、海洋生物等；電磁輻射因素，包括無線電干擾、雷電、電場、磁場等。1.2 環(huán)境條件環(huán)境條件是指產(chǎn)品所經(jīng)受到周圍的各種氣候、化學、生物和物理的條件。通常用參數(shù)來表述。環(huán) 境參數(shù)是表征環(huán)境條件的一個或數(shù)個物理、化學和生物的特征量。根據(jù)不同條件下各種環(huán)境因素 影 響程度的不同，還劃分出不同的嚴酷等級。如加速度、速度、位移等。1.3 環(huán)境試驗環(huán)境試驗是為了保證產(chǎn)品在規(guī)定的壽命期間， 在預(yù)期的使用、運輸或貯存的所有環(huán)境下，保持功 能可靠性而進行的活動。是將產(chǎn)品暴露在自然的或人工的環(huán)境條件下經(jīng)受其作用，以評價產(chǎn)品在 實際使用、運輸和貯存的環(huán)

3、境條件下的性能，并分析研究環(huán)境因素的影響程度及其作用機理。1.4 力學環(huán)境試驗力學環(huán)境試驗是為了保證產(chǎn)品在規(guī)定的壽命期間，在預(yù)期的使用、運輸、流通環(huán)境條件下，保持 功能可靠性而進行的活動。特點：以力作用為突出特征。考核、評價產(chǎn)品在力作用下的功能可靠性、結(jié)構(gòu)完好性。1.5 力學環(huán)境試驗方法1.5.1 自然暴露試驗自然暴露試驗是將試驗樣品放到某些典型的自然環(huán)境條件下，一般分露天、棚下和室內(nèi)三種狀態(tài)進行暴露。1.5.2 現(xiàn)場試驗（外場試驗）現(xiàn)場試驗是將試驗樣品放置在各種典型的使用現(xiàn)場，進行正常使用定期測試。1.5.3 人工模擬試驗（試驗室試驗）人工模擬試驗是人們在科研和生產(chǎn)中廣泛采用的一種試驗方式。

4、 即在試驗室里利用試驗設(shè)備創(chuàng)造 出一個單環(huán)境因素或多個環(huán)境因素綜合作用于產(chǎn)品上， 以此考核產(chǎn)品在使用、運輸和貯存中主要 環(huán)境因素作用下的適應(yīng)性能。人工環(huán)境試驗可以分為三種：模擬單一環(huán)境因素對試驗樣品影響的單項試驗；模擬兩個或兩個以上的環(huán)境因素同時作用于試驗樣品的綜合試驗；兩個或兩個以上的環(huán)境因素依次或交替作用于試驗樣品的組合試驗。1.5.4 試驗室試驗常用方法1規(guī)定一種機械運動。這是應(yīng)用最為廣泛的試驗方法。1）規(guī)定一種接近實際環(huán)境的機械運動來模擬。2）根據(jù)試驗產(chǎn)品破壞或失效的等效原理來規(guī)定一種機械運動。用規(guī)定一種機械運動的方法作試驗的特點是，當滿足各項運動特征參數(shù)的容差要求時，試驗具 有高的再

5、現(xiàn)性。2規(guī)定一種試驗機，這是用試驗樣品破壞或失效的等效原理而引出的一種試驗方法。 規(guī)定試驗機試驗方法的特點是試驗中不需要測量運動特征參數(shù)，但在某些情況下再現(xiàn)性較差。3規(guī)定一種結(jié)構(gòu)響應(yīng)譜。這種方法主要用于沖擊試驗中1.5.5 國內(nèi)外力學環(huán)境試驗方法標準中規(guī)定的力學環(huán)境試驗，常見的有以下幾種：正弦振動試驗；隨機振動試驗；沖擊試驗； 碰撞試驗；離心恒加速度試驗；搖擺試驗；傾跌與翻倒試驗；彈跳試驗；撞擊試驗；自由跌落試驗等。與力學環(huán)境因素組合在一起的多因素綜合試驗有：溫度、振動綜合試驗；2） 溫度、濕度、振動綜合試驗；3） 溫度、濕度、低氣壓、振動綜合試驗等。上述的各項力學環(huán)境試驗是針對非包裝產(chǎn)品或者

6、包裝可視為產(chǎn)品的組成部分的產(chǎn)品，對于包裝產(chǎn)品（運輸包裝件）的力學環(huán)境試驗，除了選擇上述部份的試驗項目外，還有下列試驗項目：運輸包裝件六角滾筒試驗；垂直沖擊跌落試驗；水平?jīng)_擊試驗； 堆碼試驗； 壓力試驗；材料動態(tài)特性試驗等。我國目前正在貫徹執(zhí)行的電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程以及國家軍用標準中的各項試驗方法，就是標準化了的人工模擬試驗，它們是等效采用或等同采用了國際標準和美國軍用標準。1.5.6 采用標準化了的人工模擬試驗方法的特點1） 試驗的模擬性可按照使用目的比較真實地模擬實際環(huán)境的影響。2） 試驗的再現(xiàn)性可使不同試驗室里所做的試驗?zāi)軌蛳嗷ミM行比較，以避免試驗程序和試驗設(shè)備上的差異給試驗結(jié) 果

7、帶來影響。3） 試驗的重復(fù)性可對在同一個試驗室里4） 經(jīng)濟、方便1.5.7 環(huán)境試驗的標準化以理論研究為基礎(chǔ)統(tǒng)一、規(guī)范試驗室試驗方法。1） 國際環(huán)境試驗技術(shù)的標準化。國際電工委員會（IEC） TC50 是影響面最廣，最有權(quán)威性的組織。美國軍事系統(tǒng)各部門在環(huán)境條件與試驗方面也進行了較為深入、系統(tǒng)和全面的研究工作。在環(huán)境試驗方面最有影響的美國軍用標準有： MIL-STD-810,其名稱在 810C 時叫“環(huán)境試驗”，在 810D 時叫“環(huán)境試驗方法和工程導則”； MIL-STD-202 電子和電氣元件的環(huán)境試驗方法； MIL-STD-750 半導體器件的試驗方法； MIL-STD-883 微電子器

8、件實驗方法和程序等等。國際標準化組織（ISO）的標準范圍寬，涉及面廣，與環(huán)境試驗有關(guān)的如：振動沖擊的名詞術(shù)語； 試驗設(shè)備的特性描述；運輸包裝件的基本試驗；材料的試驗等等，許多物理特性的試驗也屬其范 疇。2） 我國環(huán)境試驗技術(shù)的標準化二十世紀 80 年代，在國家標準總局的領(lǐng)導下，成立了跨行業(yè)、跨部門的全國電工電子產(chǎn)品環(huán)境技術(shù)標準化技術(shù)委員會（簡稱環(huán)標委）。我國的環(huán)境試驗起步于二十世紀50 年代。我國的專業(yè)標準化技術(shù)委員會除了環(huán)標委以外，與環(huán)境試驗技術(shù)有關(guān)的還有“全國機械振動和沖 擊標準化技術(shù)委員會”（簡稱振標委）、“全國試驗機標準化技術(shù)委員會”（簡稱試標委）、“全 國包裝技術(shù)標準化技術(shù)委員會”等

9、。近二十多年來，我國環(huán)境試驗的標準化工作瞄準了國際標準，新的環(huán)境技術(shù)標準不斷涌現(xiàn)，有 利的促進了環(huán)境試驗技術(shù)的快速發(fā)展。1）采用 IEC 標準，我國先后相應(yīng)制定了GB/T4796-4798 電工電子產(chǎn)品環(huán)境參數(shù)分類及其嚴酷等級、自然環(huán)境條件、應(yīng)用環(huán)境條件； GB/T24212424 電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程，其中包括總則和項環(huán)境試驗方法和導則； GB/T5170 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗設(shè)備基本參數(shù)檢定方法； GB/T10593 電工電子產(chǎn)品環(huán)境參數(shù)測量方法等。2）等效采用 ISO 標準，我國先后相應(yīng)制定了 GB4857 運輸包裝件基本試驗一系列包裝試驗標準； GB10586-592 環(huán)境試驗

10、設(shè)備技術(shù)條件；GB7670 試驗設(shè)備特性的描述方法等。3）為適應(yīng)我國國防建設(shè)的需要，參照 MIL 標準，先后相應(yīng)制定了 GJB4.14.13 艦船電子設(shè)備環(huán)境試驗軍用標準；GJB150 軍用設(shè)備環(huán)境試驗方法；GJB360 電子及電氣元件試驗方法；GJB367 軍用通信設(shè)備通用技術(shù)條件、環(huán)境試驗方法；GJB548 微電子器件試驗方法和程序等等。4）為了進一步規(guī)范試驗設(shè)備和測量器具，國家計量局先后制定JJG 標準，對試驗設(shè)備的計量起到了良好的作用。2.力學環(huán)鏡試驗?zāi)康暮鸵饬x2.1 力學環(huán)境因素是在經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)中大量遇到的環(huán)境因素。強烈的振動和沖擊會導致設(shè)備的失效。力學環(huán)境條件對人體也會造成嚴

11、重的危害。振動是噪音的來源，強噪音會造成環(huán)境污染，使人不能正常地工作和休息，并造成各種職業(yè)病和 污染性病害，危及人類的健康。在航天醫(yī)學研究上，飛行員和宇航員對于航天航空中遇到的振動、沖擊、變加速度的環(huán)境適應(yīng)性 研究已成為了一個重要課題。對于振動、沖擊的研究，經(jīng)濟和國防建設(shè)的發(fā)展又提出了更高更苛刻的要求。2.2 研究力學環(huán)境試驗技術(shù)，研究振動與沖擊的目的，就是要防止各種力學環(huán)境因素對機器、 設(shè) 備、裝備、結(jié)構(gòu)、元件、器件的影響和對人身造成的危害，確保產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，這是我國 國民經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)的重要課題之一。環(huán)境預(yù)防就是對產(chǎn)品精心進行環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計、在設(shè)計時針對產(chǎn)品的環(huán)境條件，進行必要的

12、抗振 動沖擊的設(shè)計。環(huán)境防護是根據(jù)特定環(huán)境中對產(chǎn)品起著有害影響的因素，在產(chǎn)品設(shè)計上采取相應(yīng)的防護措施環(huán)境控制是改變產(chǎn)品所在場所的局部工作環(huán)境。降低振源強度，如做好高速旋轉(zhuǎn)機械的運動平衡、減少氣流、液流的脈動力等；積極進行隔振，包括主動隔振（振源隔離）和被動隔振（對精密儀器設(shè)備進行隔振加以保護）；采取各種措施降低系統(tǒng)對激勵的響應(yīng)（減振），如改變固有頻率避開共振，阻尼減振，動力 減振以及振動主動抑制等。環(huán)境利用就是考慮振動沖擊除危害性的一面外，在某些情況下還可利用其為人類服務(wù)。3.力學環(huán)境試驗設(shè)備3.1 振動試驗設(shè)備機械振動臺：雙向、單向、定頻、掃頻線性、指數(shù)等。 特點：重載、低頻（5 100Hz

13、）、價廉、操作方便、可靠。主要參數(shù):載荷、基本運動（正弦）、頻率范圍、加速度、位移、橫向運動、波形失真、振幅容差、 均勻度等。電動振動臺：功能強大（正弦、隨機、沖擊等）、頻率范圍大、系統(tǒng)復(fù)雜、承載小、維修不便。主要參數(shù)：推力、基本運動（正弦、隨機、沖擊等）、頻率范圍、加速度、位移、速度、橫向運動、波形失真、振幅容差、均勻度、定振精度、均勻度等。電液振動臺：功能強大（正弦、隨機、沖擊等）、承載大、位移大、低頻、頻率范圍適中、需基礎(chǔ)。主要參數(shù)：推力、基本運動（正弦、隨機、沖擊等）、頻率范圍、加速度、位移、速度、橫向運 動、波形失真、振幅容差、均勻度、定振精度、均勻度等。3.2 沖擊試驗設(shè)備沖擊臺：

14、自由跌落式、強迫跌落式、沖擊放大式、水平?jīng)_擊式等。主要參數(shù):載荷、基本運動（半正弦、后峰鋸齒、梯形）、峰值加速度、脈沖持續(xù)時間、速度變化 量、波形容差、均勻度、橫向運動等。強沖擊試驗機：輕量級、中量級、重量級。主要參數(shù)：擺錘質(zhì)量、擺角等。沖擊譜試驗機：自由跌落式、擺錘式等主要參數(shù):載荷、響應(yīng)加速度、頻率范圍、容差等。3.3 碰撞試驗設(shè)備碰撞臺：自由跌落式、強迫跌落式、沖擊放大式等。主要參數(shù):載荷、基本運動（半正弦）、脈沖重復(fù)頻率、峰值加速度、脈沖持續(xù)時間、速度變化量、波形容差、均勻度、橫向運動等。3.4 沖擊、碰撞試驗設(shè)備沖擊、碰撞試驗臺：強迫跌落式、沖擊放大式等主要參數(shù):載荷、基本運動（半正弦、后峰鋸齒、梯形）、脈沖重復(fù)頻率、峰值加速度、脈沖持續(xù) 時間、速度變化量、波形容差、均勻度、橫向運動等。3.5 恒加速度試驗設(shè)備離心式恒加速度試驗機：轉(zhuǎn)盤式、轉(zhuǎn)臂式等主要參數(shù) : 載荷、加速度、加速度梯度、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度、切向加速度等。 直線式恒加速度試驗機主要參數(shù) : 載荷、加速度、加速度穩(wěn)定度等。3.6 搖擺試驗設(shè)備搖擺臺: 機械式、液壓式等。主要參數(shù):載荷、基本運動 （正弦、隨機等 ） 、搖擺方向、周期、角位移 、波形失真、周期誤 差、角位移誤差等。3.7 公路運輸振動試驗設(shè)備 固定貨物運輸 : 模擬汽車運輸試驗臺 主要參數(shù) : 載荷、基本運動 （隨機） 、模擬