运输4

（3）临界速度试验法。适用于笨重、结构强度和刚度都较大的 产品，即产品的破损相对于峰值加速度不敏感，而相对于速度增 量敏感。 临界速度试验可采用矩形波或半正弦波。
电荷 放大器 产品 冲击砧 示波器
2、基本试验程序 参考破损边界曲线的绘制过程，应注意： （1）加速度误差应在±10%以内。 （2）固定高度的选择应参考设计跌落高度。 设计跌落高度参考值
2、常见的破损形式 （1）元器件失灵 （2）装配松脱 （3）因应力集中造成局部裂纹 （4）产品表面局部塌陷 （5）产品表面摩擦损伤 （6）因衬垫、填料粘接造成剥落 （7）长期堆码形成产品整体性变形 （8）疲劳破损 3、包装件破损的主要原因 （1）流通环境条件严酷 （2）产品性能，如抗冲击、抗振动、抗压性能较差； （3）包装方式与质量
2、许用脆值 许用脆值指考虑产品的价值、强度及重要程度等因素而规定产 品的许用加速度值，即
[G ] = Gc n n ≥1
n =1 ~ 2 是安全系数，与缓冲包装的运输可靠性及经济性有密切关
系。 3、两点注释 • 破损首先发生在产品的脆弱部件或部位，因而，产品脆值或许 用脆值实质上是评价产品易损部件的动态强度极限。 • 缓冲包装设计要求
Gm ≤ [G ] = Gc ≤ Gc n
二、传统的脆值理论 美国贝尔实验室明德林（R.D. Mindlin）于1945年在著名论文 《Dynamics of Package Cushioning》中提出了冲击脆值理论。 （1）基于产品的破坏性跌落试验 （2）实质上是机械冲击脆值 m2 k m2
H x
Gm
(∆Vi , Gm(i ) )
∆ V c = (1 + e ) 2 gh
∆Vc
∆V
（2） 确定临界加速度 • 首先选择一个合适的跌落高度，保证速度增量离开破损边界曲 线的弯曲部分，一般要求跌落高度满足：
∆V > 1.57∆Vc
恒定的速度增量是通过调节冲击试验机的冲击脉冲持续时间获 得的，如调节组成冲击砧的弹簧和胶垫等弹性体的尺寸、种类， 可获得不同的冲击波形。 • 保持速度增量恒定，逐次增大 G ，直到产品破损。记录破损前 一次的加速度峰值，并将其作为临界加速度 G ，并过 G 作水平线。
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
破 损 率 （ ） %
1 2 3 4 5 6其
量
因
因
1 2
3
4
5
6
， 破损 25%。 减 80% 的破损 。
的 有效措施
破损
55% 因
的
，
第二节
一、脆值概念 1、脆值
脆值理论
易损度，冲击灵敏度，Fragility 国标GB8166-87“缓冲包装设计方法”中定义 “脆值指产品不 发生物理损伤或功能失效所能承受的最大加速度值”。 脆值常以重力加速度的倍数来表示，无量纲 Gc 。 脆值是产品缓冲包装设计或改进设计中的一项重要的基本参数。 脆值越大，表示产品对外力的承受能力愈强。 缓冲包装设计要求产品承受的最大加速度幅值小于或等于产品 脆值或许用脆值（[G ]）。
amax =
p( x) m
=
2H xm
g
3、
Gm =
2H xm
a = Gm g p ( x) = GmW
跌落冲击过程中，产品承受的冲击力的大小等于产品重量与 Gm 因子的乘积。当冲击力 p (x) 超过产品所允许的结构强度极限时， 产品将发生破损。 三、破损边界理论 传统的脆值理论是一种理想情况，如忽略缓冲衬垫的阻尼耗能， 且近似为线性弹性体，以单自由度系统问题代替多自由度冲击问 题。 1968年美国学者R. E. Newton依据冲击谱理论，提出破损边界 概念、破损边界理论。该理论比较全面地反映了加速度峰值、速 度变化量、冲击波形和产品破损之间的关系。
第四章 第一节
一、包装件破损 1、破损
脆值理论
包装件破损规律
破损指产品物理的或功能的损伤，如包装件变形、破裂、变质 和失效等。产品因承受内外因素影响而产生破损的特性，称之为 易损性。 根据损坏性质和程度的不同，破损可分为三大类： （1）失效，严重破损，指产品已丧失使用功能且不可恢复 （2）失灵，轻微破损，指产品使用功能虽已丧失，但可以恢复 （3）商业性破损，主要指不影响产品使用功能而仅在外观上造 成的破损。产品虽可使用，但也降低商品的价值。
fn
fn
< 1 ，产品本身相当于一个减振器。 fh 6
fh
> 1 ，需要采取防振措施。 6
2、破损边界曲线（DBC）
Gm
破损区
B
非破损区
A
C
∆V
非破损区的条件： ∆V < ∆Vc
Gm < Gc
∆V > ∆Vc 破损区的条件： Gm ≥ Gc
3、破损边界曲线的绘制 采用冲击试验机进行试验，半正弦脉冲的冲击时间约为2ms， 通过改变跌落高度以增加冲击能量。 （1）确定临界速度增量 选用一系列跌落高度对产品进行跌落。跌落高度从小到大，逐 次提高，直到产品破损。记录破损前一次的跌落高度，计算速度 增量 ∆Vc，并过 ∆Vc作垂线。
表2 日本防卫厅规格
脆 值 10以下 10-25 25-40 40-60 60-90 90-120 120以上 大型电子计算机 导弹跟踪装置，高级电子仪器，晶体振荡器 精密测量仪器，航空导航装置 大型电子管，变频装置，精密指示仪，电子仪器 大型精密机器 小型电子计算机 ，现金出纳机，大型磁带录音机， 彩色电视机，一般测量装置 黑白电视机，磁带录音机，照相机，真空管，光学仪器 无线电装置 ，热水瓶，鸡蛋 洗衣机，电冰箱，钟表 机械类产品，一般器材 产 品 举 例
3、最大应力准则 因应力或应变超过允许值，部件破裂或永久变形，产品损坏。 例如，一些电子产品的易损件，在谐振时内部应力逐渐增大， 若易损件承受的应力过大，将造成电子产品损坏。 4、疲劳破损准则 包装件在振动循环交变应力的作用下，因疲劳而损坏。疲劳破 损机理十分复杂，取决于材料、缺口灵敏度、应力级、载荷变化、 晶格结构排列以及裂缝等条件。
H + 系：包装件的势能全部转化为缓冲衬垫的变形能。
mg ( H + xm ) = ∫ p( x)dx
0
xm
2、对于线弹性衬垫（满足虎克定律）有：
p ( x ) = kx
2 mgH = 1 kxm 2
( xm << H )
p ( x) =
2 mgH xm
产品所承受的最大冲击加速度为：
第三节 确定产品脆值的方法
• 试验法
冲击机试验法。理论严密，技术要求高，测量精度高。包括矩 形波试验法，半正弦波试验法，临界速度试验法。 缓冲材料试验法。理论简单，操作方便，测量精度低。包括高 度记录法，加速度记录法。 • 经验法 简易计算法，经验估算法，查表类比法
一、试验法 基于破坏性试验。 • 使用冲击试验机测定产品脆值的试验方法。GB/T 15099 • 使用缓冲材料测定冲击脆值的试验方法。GB/T 8171 （一）冲击机试验法 1 1、分类 （1）矩形波试验法。适用于流通环境参数不确定的情况，如缓 冲材料没有确定，缓冲衬垫或元件特性参数未知，等效跌落高度 不明确等。 （2）半正弦波试验法。适用于设计参数确定的情况，如已知等 效跌落高度，已知半正弦波冲击，已知跌落冲击的概率。
二、破损准则 1、最大挠度准则（过大的相对位移准则） 产品的某些部件振动时位移超过了它的最大允许值，导致破损。 （1）元件安装板振动挠度过大，使得其上的电子元件或焊点在接 触处产生短路现象，导致失灵。 （2）易损件振动挠度过大，与相邻部件碰撞而损坏。 2、最大时间准则 相对位移超过规定值所占的时间（比例）大于允许值。 例如，继电器簧片在振动条件下产生抖动，造成瞬时触点误动。 若触点误动时间超过允许时间范围，电子设备将发生故障。
W( kg) 10以下 10- 25 25-100 100-225 225-450 450以上 装卸方式 一人手提 一人肩扛 二人抬 小型机械作业 小型机械作业 大型机械作业 H(cm) 107 92 76 61 46 31
∆V (cm / s )
91.5 84.8 77.2 69.1 600 488
（1） 几种脉冲 矩形脉冲：
&& U m (0 ≤ t ≤ Th ) && U = (t ≤ 0 / t ≥ Th ) 0
&& Um
Th
半正弦脉冲：
π U& m sin 2T t ( 0 ≤ t ≤ T h ) & h & U& = 0 (t ≤ 0 / t ≥ Th )
& U&m
Gm
非 破
2Gc
区
损
破损区
Gc
破损区
∆ V c 1.57 V ∆c
∆V
的 的 破损 曲线。
四、典型产品的脆值 表1 英国综合防护手册
脆 值 40以下 40 ~ 60 60 ~ 80 80 ~ 100 100 ~ 120 产 品 举 例 雷达及其控制系统，自动控制仪表，真空管，陀螺仪 瞄准器 精密仪器，马赫表，制动陀螺 量油计，压力计，一般电器 阴极射线管，电冰箱，牢固的真空管 热交换器，油冷却器，取暖电炉，记忆装置，散热器
循环交 变应力 滑 移 微 裂 纹 裂 纹 破 损
三、包装件破损分析方法 1、破损特性因素图。定性分析包装件的破损原因。
材 质 结 构 易损件 缓冲包装 固定方法 容器质量 车 辆 道 路 载 重 技 术 物 重 工 具 周 转 销 售 盗 失 周 期 温湿度 堆 码
2、帕里特曲线 定量描述破损原因及其程度，能够提供有效的减损措施。
m c c
调节 的方法：冲击试验机汽缸内先用较低压力的气体，冲 击时间较长， 较小；然后逐次增加汽缸内气体的压力，减小冲 Gm Gm 击持续时间，增大加速度峰值。