第6-2可靠性试验实例

随机振动－高斯分布
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对随机振动而言: ● 因为对于每一个现象皆为独立的,因此无法使
用明确的数学定义
● 随机讯号具有不重复性.
● 在假设系统为线性系统之下, 大量的随机讯号 会依照高斯机率密度(Gaussian probability density)分布
功率频谱密度
振动试验参数
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Sine vibration 频率范围(Frequency Range)：单位为Hz。 扫描速率(Sweep rate): 单位为Octave/min 加速度(Acceleration)：单位为G 或m/s²,1G = 9.81m/s² 测试时间或次数(Test time/Cycle/sweep) 振幅单位(Displacement)：单位为mm 或inch。 测试轴向(Axis):X、Y、Z
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共振搜寻以较低的振动能、由低频到高频以固 定能量强度及连续的频率、适度的扫描速率进 行测试。用以激发试件的振动模式，找出结构 或零组件的共振频率及共振倍率。
通常共振搜寻需先将搜寻频率范围适度加宽， 更确实掌握实际发生的环境变异及试件因疲劳 老化产生安全度萎缩或损坏。
共振搜寻测试 Input 1
Intel
50g,11ms Square wave 3 shocks/axis
Mindray
5/10/15g,6/11ms Half sine wave 3 shocks/axis
附: 三种冲击波形测试时,其速度变化量(△Velocity) 加速度峰值(Acceleration)和作用时间(Duration time)之间的关系: 半正弦波: △V = 2AD x 10-3/ 后峰锯齿波: △V = 0.5 AD x 10-3 梯形波(方波): △V = 0.9 AD x 10-3
6.7.1 振动试验
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• 测试目的 - 测试产品耐使用及运输环境振动应力之能力 - 测试产品因为制程不良缺陷、作为设计与改善 - 振动试验类型：正弦振动、随机振动
导致： 导线的磨损 紧固件/器件的松动 断续的电气接触 光学上或机械上失调 结构裂纹或断裂
产品在运输或使用过程中，不可避免会遭遇振动情形
PSD g2/Hz 3 dB/Oct
P1 5 75
P2 0.2
-6 dB/Oct P3
200 2000
dB/3
P1 = P2 F1 F2
EX:
F1 = 5 Hz ; F2 = 75 Hz
P2 = 0.2 g2/Hz
S = 3 dB/Oct 3/3
P1 = 0.2 5 75
Frequency Hz
= 0.0133 g2/Hz
4. 冲击测试与跌落试验并不相同： -冲击试验为待测物受到连续的撞击。 -跌落试验为待测物受到一次g值的撞击。
5. 冲击测试与碰撞试验的差异： -冲击是物体同研究对象间的单次相互作用 非经常性，非重复性的冲击力，其加速度 较大，时间短。 -碰撞：次数多，重复性，g较小，时间长。
冲击试验条件参数
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典型的可靠性实验
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6.7.1 6.7.2 6.7.3 6.7.4 6.7.5 6.7.6 6.7.7 6.7.8 6.7.9 6.7.10
振动试验 冲击试验 跌落试验 碰撞试验 模拟运输试验 外壳防护要求及试验 盐雾试验试验 环境温湿度试验 低气压试验 高加速寿命实验（HALT）
超声产品2108的冲击测试
测试条件：100g、6ms 、半正弦
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6.7.3 跌落试验
Y
跌落试验定义:
X
将包装产品按规定的高度 和一定的方向跌落于坚硬, 平整的水平面上,通过检 查货物的跌落效果,测定 所包装的物品损坏程度, 以此评定纸箱承受垂直冲 击的能力和纸箱对内装物 品的保护能力.
S:功率谱密度曲线与f轴所包围的面积，通过积分可求
公式法: 复杂,但是准确
PSD
最佳方法: 让控制器软件自动计算
Hz
典型的随机振动测试剖面图
GJB 1032对随机振动的定义： PSD(功率频谱密度)：0.04g2/Hz 频谱范围：10-2000Hz 时间：不超过20min
PSD g2/Hz 3dB/Oct
冲击波形 (Shock Wave) 冲击加速度 g (Acceleration) 冲击波作动时间 ms (Duration) 冲击波速度变化率ΔV (Velocity Change, m/s) 冲击轴向 (Axis) 冲击次数 (Times /Cycle)
冲击试验的种类
Shock 1.半正弦波(Half Sine) 2.方波(Square) 3.锯齿波(Saw tooth)
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在随机振动测试中，PSD (power spectral density)功率频谱密度的单位为：g2/Hz。
它表示作随机振动时，单位时间内功率所集中的 程度。
它定义了信号或者时间序列的功率如何随频率分 布。
随机振动PSD计算公式说明
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功率谱密度函数通常有2种定义方法。 1、相关函数的傅立叶变换； 2、求得样本的频谱，然后求其平方后的时间平均；
棱 面
6 相对最小面
面
7 相邻测试角之次小面
面
8 相对次小面
面
9 相邻测试角之最大面
面
10 相对最大面
面
跌落测试试验条件需求
落下高度 ( Drop Height ) 各端面定义(Definition Face) 落下次数 ( Drop Cycle) 检查项目 ( Check Item )
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30 g
15 ms
锯齿波 Saw tooth
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介于前两者之间,一般像是撞击弹性系数较差的物品,也 就是变形后较不恢复原状的物体,如铅块,纸箱折角…等.
40 g 10 ms
包装冲击试验
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冲击波形：半正弦波 冲击时间：9ms 冲击加速度：60g 冲击频率：3次/轴向 （Total:总共冲击18次）
1. 在运输、碰撞、跌落等过程中，产品会遇到不同 程度的机械冲击。
2. 与一般的振动试验比较, 冲击测试为可数的.(冲击 次数)。
3. 以往的冲击测试依赖机械测试设备, 目前的冲击 测试已经可以在电磁式振动机上测试。但是机械 式冲击和在电磁式振动台上的试验还是有非常大 的差异。
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61.0cm
81.3 cm
18.62kg~27.66kg
45.7cm
61.0 cm
27.67kg~45.36kg
30.5cm
EN1789:2000标准中的要求: Free fall according to IEC60068-2-32,Procedure 1 Height of fall:0.75m Number of falls:1 on each of the six surfaces
振动试验设备
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正弦振动
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正弦振动是用一个加速度和一个频率来表达的。 从发动机转速、螺旋桨和涡轮叶片的扫过频率、 浆片的扫过和他们的谐波都会产生激励，这样 的环境最好用正弦试验表示。
正弦振动试验类型：
1.正弦扫描频率振动 2.正弦定频振动 3.正弦搜寻 4.共振驻留
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Input 2
共振搜寻测试谱线
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共振搜寻谱线
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10 ~ 500 Hz 加速度 1 g 1 Oct/min
gn 260.00
例：BS100产品正弦扫频振动测试
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振幅值0.15mm，频率范围为10-55-10Hz，持续时间30分钟，1倍频程/分钟
半正弦波 (Half sine)
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一般多使用短波的作动时间,由于波长较短,对于待测 物外观上的影响较为明显,一般跌落多属半弦波.
50 g
11 ms
方波 Square/Trapezoid
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一般多使用于长波(>11ms)的作动时间,由于波形是由无限多 的半波所组成,较能引起结构上的共振,相对的对结构影响也 较大,一般撞击能够储蓄能量的物体所产生如汽压缸、弹簧等
50.8 cm
ECRI PB-296 892 中section AIII 6.7.3标A W准orld要To求gether
钢球释放高度30.5cm,工作状态 跌落高度82.3cm,工作状态
不同的位置释放3次
重复3次
正弦扫描频率测试
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● 在实际的运用上,对数速率较常被应用.
- 振动测试最主要目的是让被测试物零件疲劳. - 我们希望的测试是让待测物在每个频率上获
得相同次数的振动(疲劳). - 因此愈高频所需的测试时间愈短,扫描速率
可以愈快. - 对数扫描正好符合.
共振搜寻(Resonance Research)
应用范围： 于实验室内常用单行波(半正弦波/锯齿波) 等模拟遭 受的冲击破坏、与应用响应频普來仿真产品于实际环 境破坏效应。
冲击试验的特点
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物体受到向下的力开始自由落体式运动，落在一弹 性或塑性体(波形发生器)上实现动能到变形能的转 化后，然后台面反弹向上运动，速度渐增，反向加 速度减小直到两者分离。
0.04
-3dB/Oct
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20 80
350
2000 Frequency Hz
● 注意：对有些产品的器件在上述条件下，不足以激发潜在
缺陷成为故障，可适当地提高振动量级和延长振动时间。
6.7.2.机械冲击试验
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试验目的： 冲击试验主要以仿真装备及组件在使用与运输过程中， 可能遭遇的冲击效应为主，了解其机械结构弱点及特 定功能之退化情形，并透过冲击波于瞬间瞬时能量交 换，评估失效的特性分析产品承受外界冲击环境之能 力，作为设计改善的參考。
随机振动
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定义 ：简单来说随机振动波即为相同时间内， 不同频率合成的结果(复频波)。
基本参数如下： A、频率范围：振动的频率产生的范围。 B、功率频谱密度(Power Spectrum Density 缩
写PSD)单位为 g2/Hz C、测试时间：执行测试所需时间，单位为min或hr
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Test sample
1.0～1.3 m
跌落方式及顺序要求
6 4
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ISTA 国际安全运输协会
1
2
1 包装箱接缝端之最脆弱角；2-3-5 2 角相邻测试角之最短边
角 棱
3 相邻测试角之次长边
棱
3
5包装接缝处
4 相邻测试角之最长边 5 相邻测试角之最小面
P3 = 0.002 g2/Hz
均方根值
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随机振动各个频率上的能量值，及随机振动加速度总
均方根值 GRMS
如何求出均方根值(grms)? 在直线部分采用面积法: 计算涵盖面积下的大小后开根号(会有误差)
s Total G ＝ RMS
在斜线部分，稍为比较困难，则通过积分可求。
Random vibration 频率范围(Frequency Range)：单位为Hz。 功率频谱密度P.S.D(g2/Hz): 功率频谱密度代表需要组成 的复频波中，各频率所提供的功率成分。 测试时间：执行测试所需时间，单位为min 或hour。 加速度实效值：Grms 测试轴向(Axis):X、Y、Z
包装跌落试验标准
GB/T 4857.5-92标准规定的跌落高度
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包装件重量（kg） 跌落高度(mm)
<10
800
10-20
600
20-30
500
ISTA 1A/2A标准规定的跌落高度
包装试件重量
1A
2A
0.45kg~9.52kg来自76.2cm96.5 cm
9.53kg~18.59kg
Bump/Impact 1.传统Bump (机械式,气锤式 ) 2.振动模拟机
Drop
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冲击试验设备
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不同厂商的冲击测试条件
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Apple
20g,11ms Square wave 1 shock/z-axis