1、力學環境試驗技術概述1.力學環境試驗1.1 環境環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的條件的總和。環境分類按自然環境分：可分為陸地、海洋、高空和宇宙空間等；按產品所處的狀態分：可分為貯存、運輸、安裝、搬運和使用等；按起因分：可分為自然環境（例如：重力、溫度、濕度、氣壓、沙塵、鹽霧等）和由設備引起或 者由設備與周圍介質相互作用引起的環境（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 環境條件環境條件是指產品所經受到周圍的各種氣候、化學、生物和物理的條件。通常用參數來表述。環 境參數是表征環境條件的一個或數個物理、化學和生物的特征量。根據不同條件下各種環境因素 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 環境試驗環境試驗是為了保證產品在規定的壽命期間， 在預期的使用、運輸或貯存的所有環境下，保持功 能可靠性而進行的活動。是將產品暴露在自然的或人工的環境條件下經受其作用，以評價產品在 實際使用、運輸和貯存的環

3、境條件下的性能，并分析研究環境因素的影響程度及其作用機理。1.4 力學環境試驗力學環境試驗是為了保證產品在規定的壽命期間，在預期的使用、運輸、流通環境條件下，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、評價產品在力作用下的功能可靠性、結構完好性。1.5 力學環境試驗方法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境條件下，一般分露天、棚下和室內三種狀態進行暴露。1.5.2 現場試驗（外場試驗）現場試驗是將試驗樣品放置在各種典型的使用現場，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中廣泛采用的一種試驗方式。

4、 即在試驗室里利用試驗設備創造 出一個單環境因素或多個環境因素綜合作用于產品上， 以此考核產品在使用、運輸和貯存中主要 環境因素作用下的適應性能。人工環境試驗可以分為三種：模擬單一環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規定一種機械運動。這是應用最為廣泛的試驗方法。1）規定一種接近實際環境的機械運動來模擬。2）根據試驗產品破壞或失效的等效原理來規定一種機械運動。用規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的容差要求時，試驗具 有高的再

5、現性。2規定一種試驗機，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，但在某些情況下再現性較差。3規定一種結構響應譜。這種方法主要用于沖擊試驗中1.5.5 國內外力學環境試驗方法標準中規定的力學環境試驗，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。上述的各項力學環境試驗是針對非包裝產品或者

6、包裝可視為產品的組成部分的產品，對于包裝產品（運輸包裝件）的力學環境試驗，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；水平沖擊試驗； 堆碼試驗； 壓力試驗；材料動態特性試驗等。我國目前正在貫徹執行的電工電子產品基本環境試驗規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境的影響。2） 試驗的再現性可使不同試驗室里所做的試驗能夠相互進行比較，以避免試驗程序和試驗設備上的差異給試驗結 果

7、帶來影響。3） 試驗的重復性可對在同一個試驗室里4） 經濟、方便1.5.7 環境試驗的標準化以理論研究為基礎統一、規范試驗室試驗方法。1） 國際環境試驗技術的標準化。國際電工委員會（IEC） TC50 是影響面最廣，最有權威性的組織。美國軍事系統各部門在環境條件與試驗方面也進行了較為深入、系統和全面的研究工作。在環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“環境試驗”，在 810D 時叫“環境試驗方法和工程導則”； MIL-STD-202 電子和電氣元件的環境試驗方法； 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，與環境試驗有關的如：振動沖擊的名詞術語； 試驗設備的特性描述；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） 我國環境試驗技術的標準化二十世紀 80 年代，在國家標準總局的領導下，成立了跨行業、跨部門的全國電工電子產品環境技術標準化技術委員會（簡稱環標委）。我國的環境試驗起步于二十世紀50 年代。我國的專業標準化技術委員會除了環標委以外，與環境試驗技術有關的還有“全國機械振動和沖 擊標準化技術委員會”（簡稱振標委）、“全國試驗機標準化技術委員會”（簡稱試標委）、“全 國包裝技術標準化技術委員會”等

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

10、設備技術條件；GB7670 試驗設備特性的描述方法等。3）為適應我國國防建設的需要，參照 MIL 標準，先后相應制定了 GJB4.14.13 艦船電子設備環境試驗軍用標準；GJB150 軍用設備環境試驗方法；GJB360 電子及電氣元件試驗方法；GJB367 軍用通信設備通用技術條件、環境試驗方法；GJB548 微電子器件試驗方法和程序等等。4）為了進一步規范試驗設備和測量器具，國家計量局先后制定JJG 標準，對試驗設備的計量起到了良好的作用。2.力學環鏡試驗目的和意義2.1 力學環境因素是在經濟建設和國防建設中大量遇到的環境因素。強烈的振動和沖擊會導致設備的失效。力學環境條件對人體也會造成嚴

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

12、抗振 動沖擊的設計。環境防護是根據特定環境中對產品起著有害影響的因素，在產品設計上采取相應的防護措施環境控制是改變產品所在場所的局部工作環境。降低振源強度，如做好高速旋轉機械的運動平衡、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（對精密儀器設備進行隔振加以保護）；采取各種措施降低系統對激勵的響應（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。3.力學環境試驗設備3.1 振動試驗設備機械振動臺：雙向、單向、定頻、掃頻線性、指數等。 特點：重載、低頻（5 100Hz

13、）、價廉、操作方便、可靠。主要參數: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、系統復雜、承載小、維修不便。主要參數：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。主要參數：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 沖擊試驗設備沖擊臺：

14、自由跌落式、強迫跌落式、沖擊放大式、水平沖擊式等。主要參數:載荷、基本運動（半正弦、后峰鋸齒、梯形）、峰值加速度、脈沖持續時間、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：擺錘質量、擺角等。沖擊譜試驗機：自由跌落式、擺錘式等主要參數:載荷、響應加速度、頻率范圍、容差等。3.3 碰撞試驗設備碰撞臺：自由跌落式、強迫跌落式、沖擊放大式等。主要參數:載荷、基本運動（半正弦）、脈沖重復頻率、峰值加速度、脈沖持續時間、速度變化量、波形容差、均勻度、橫向運動等。3.4 沖擊、碰撞試驗設備沖擊、碰撞試驗臺：強迫跌落式、沖擊放大式等主要參數:載荷、基本運動（半正弦、后峰鋸齒、梯形）、脈沖重復頻率、峰值加速度、脈沖持續 時間、速度變化量、波形容差、均勻度、橫向運動等。3.5 恒加速度試驗設備離心式恒加速度試驗機：轉盤式、轉臂式等主要參數 : 載荷、加速度、加速度梯度、轉速穩定度、切向加速度等。 直線式恒加速度試驗機主要參數 : 載荷、加速度、加速度穩定度等。3.6 搖擺試驗設備搖擺臺: 機械式、液壓式等。主要參數: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備 固定貨物運輸 : 模擬汽車運輸試驗臺 主要參數 : 載荷、基本運動 （隨機） 、模擬