运输包装振动试验方法解析

运输包装振动试验方法解析

运输包装测试就是通过包装测量和包装试验等方法，对包装的技术性能进行评价。这是促进包装管理、提高包装质量、减少货物在流通过程中的损失、实现包装合理化的重要手段，也是进行包装事故仲裁的有效手段。正确确定试验强度和选择试验时间可以让试验结果更接近现实，帮助企业更好地选择包装材料和包装结构，控制运输包装成本，提前预见货损，避免发生重大的经济损失。

运输包装测试主要分为振动试验和冲击试验两大部分。本文主要介绍运输包装振动试验需要确定的量值、试验方法以及如何确定试验时间等相关问题。

振动的危害

在运输过程中，产品会因振动发生表面擦伤、漆膜或镀膜脱落等问题，内部部件还会因反复施加作用力发生螺钉松动、部件变形弯曲、产生裂纹、断裂、脱落等现象，造成不必要的损失。

运输包装件所受的振动危害主要来自运输环境和运输工具。在汽车运输过程中，公路路面的起伏不平、汽车发动机的固有振动、轮胎的充气程度和减震弹簧的性能等因素都可能会使运输包装件发生上下、前后、左右不同方向的振动；在火车运输过程中，受牵引机车和铁轨接缝的影响，运输包装件也会发生周期性的振动；在海运过程中，运输包装件除了受到发动机的振动影响外，还因水面风浪的颠簸发生低频振动；在空运过程中，运输包装件不但受到发动机高频激振的影响，还会受气流作用产生低频振动以及周期性的上下和左右摇摆。由于运输工具和运输环境存在差异，运输包装件的振幅范围也不尽相同。目前在国内外的一些研究中，对汽车、火车、船舶、飞机等运输工具的实测结果说明，平稳随机振动大量存在于汽车、火车和飞机的运输环境中，船舶的随机振动量很小。火车和飞机的随机振动功率谱密度值比汽车小得多，这说明汽车运输的机械条件最差。

振动试验需要确定的量值

运输包装的振动试验分为正弦定频振动试验、正弦变频振动试验和随机振动试验三种。振动试验中需要确定的量值很多，有的与样品特性有关，有的与气候有关，有的则与包装流通过程中的力学条件有关。三种振动试验中需要确定的量值如表1所示。

表1 振动试验需要确定的量值

正弦定频振动试验

进行正弦定频振动试验的目的就是在实验室内模拟运输包装件在运输过程中可能受到的正弦定频振动，用以评定在正弦定频振动情况下运输包装件的强度及对内装物的保护能力。它既可以作为单项试验，也可以作为一系列试验的组成部分。

在《GB/T 4857.7－2005包装运输包装件基本试验方法》中，规定了两种正弦定频振动试验方法。

1.定加速度法

试验时，在不能确定运输方法的情况下，一般采取的方式是，在相应的频率范围内确定试验频率，产生在0.5～1.0g的某一目标加速度值，故称之为定加速度法的正弦定频振动试验。这个试验不需要确定振幅参数值，因为振动频率、振动加速度和振幅三者之间存在着固定的数学关系，用振动状态方程式表示为：

振幅y=Asin（ωt+φ）

速度v=Aωcos（ωt+φ）

加速度a=-Aω²sin（ωt+φ）

振幅：y=A sinωt

则加速度a=-ω^2 ·A sin ωt

其中，ω=2π/T ；A为振子的最大振幅

需要注意的是，通常振動位移都採用峰-峰值（D p-p）表示，而式中D0-p表示半峰值位移，单位为mm；G表示振动加速度，一般习惯用g 的倍数表示；f表示振动频率，单位为Hz。振动位移D p-p是半峰值位移D0-p的两倍，即D p-p＝2D0-p。

在这类振动试验中，试验时间的确定主要有以下两种方式：

①根据实际情况和试验目的，由客户确定；

②在确定运输包装件的固有频率后，按照不同的运输方法，在测得的共振点上进行定加速度的定频试验。试验时间一般根据相关标准规定的试验强度等级进行选择，详见表2。

这类试验适用于机械和电子产品类的运输包装件。

表2 定加速度正弦定频振动试验的时间选择

2.定位移法

定位移法是选定预定的振幅，使样品在2Hz的频率下振动，并逐渐提高频率，直到试验样品即将与振动台分离为止。在试验期间，沿试验样品底部移动厚度为1.5～3.0mm、最小宽度为50mm的标准量具，如果在至少三分之一试验样品的底面积部分，该标准量具可以被插入，即认为试验样品与振动台分离。根据ASTM D999的规定，位移一般确定为25.4mm（即1.0in.），振动频率主要在低频范

围内，一般为2～5Hz。这种试验方法又被称为连续冲击试验。

国际安全运输协会（ISTA）发布的测试程序中采用的就是定位移法。ISTA 1A和ISTA 1B根据运输包装件的质量不同，分别选择了不同的试验强度。

规定，当运输包装件质量小于68kg时：

ISTA 1B规定，当运输包装件质量大于68kg时：

试验时间可以通过上面的公式计算得到，在ISTA的标准程序中总结了一些经验参数值，当运输包装件质量大于68kg时，振动时间的经验参数值详见表3。这种方法中的冲击次数是一定的（14200次或11800次），频率不同，测试时间也会相应产生变化。

表3 定位移正弦定频振动试验的时间选择

正弦变频振动试验

在运输过程中，有时外力的振动频率与运输包装件的固有频率相一致，就会引起共振现象。正弦变频振动试验的目的是确定运输包装件的固有频率，找出引起产品损坏的共振点，并考察在正弦变频振动或共振情况下运输包装件的强度及对内装物的保护能力，为防震包装的结构设计提供基本参数。

一般而言，共振点是运输包装件的薄弱环节。实践证明，运输包装件若在共振点上能经得住规定的应力循环的振动，那么在其他频率点上也就一定能经住考验。正弦变频振动试验既可以作为单项试验，也可以作为一系列试验的组成部分。正弦变频振动试验主要有两种试验方法。

范围内，并重复两个周期。变频速率为每分钟0.5倍频程。最大加速度可设定为2.5m/s2，5m/s2或7.5m/s2。