力学环境试验技术概述
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力学环境试验技术概述
1.力学环境试验
1.1 环境
环境是指在任何时间和地点所存在的或遇到的自然的和诱发的条件的总和。
环境分类
按自然环境分：可分为陆地、海洋、高空和宇宙空间等；
按产品所处的状态分：可分为贮存、运输、安装、搬运和使用等；
按起因分：可分为自然环境（例如：重力、温度、湿度、气压、沙尘、盐雾等）和由设备引起或者由设备与周围介质相互作用引起的环境（例如加速度、振动、冲击、电或动力加热、气动激励等）。
但目前使用较多的分类方法是按环境因素属性进行的分类。按照这种分法，可分为：
气候因素，包括温度、湿度、气压、雨、雪、冰、霜、沙尘、盐雾、腐蚀性气体等；
力学因素（也称机械因素），包括振动、冲击、摇摆、恒加速度、爆炸、地震、噪声振动等；
生物因素，包括霉菌、昆虫、海洋生物等；
电磁辐射因素，包括无线电干扰、雷电、电场、磁场等。
1.2 环境条件
环境条件是指产品所经受到周围的各种气候、化学、生物和物理的条件。通常用参数来表述。环境参数是表征环境条件的一个或数个物理、化学和生物的特征量。根据不同条件下各种环境因素影响程度的不同，还划分出不同的严酷等级。如加速度、速度、位移等。
1.1 环境
环境是指在任何时间和地点所存在的或遇到的自然的和诱发的条件的总和。
环境分类
按自然环境分：可分为陆地、海洋、高空和宇宙空间等；
按产品所处的状态分：可分为贮存、运输、安装、搬运和使用等；
按起因分：可分为自然环境（例如：重力、温度、湿度、气压、沙尘、盐雾等）和由设备引起或者由设备与周围介质相互作用引起的环境（例如加速度、振动、冲击、电或动力加热、气动激励等）。
但目前使用较多的分类方法是按环境因素属性进行的分类。按照这种分法，可分为：
气候因素，包括温度、湿度、气压、雨、雪、冰、霜、沙尘、盐雾、腐蚀性气体等；
力学因素（也称机械因素），包括振动、冲击、摇摆、恒加速度、爆炸、地震、噪声振动等；
生物因素，包括霉菌、昆虫、海洋生物等；
电磁辐射因素，包括无线电干扰、雷电、电场、磁场等。
1.2 环境条件
环境条件是指产品所经受到周围的各种气候、化学、生物和物理的条件。通常用参数来表述。环境参数是表征环境条件的一个或数个物理、化学和生物的特征量。根据不同条件下各种环境因素影响程度的不同，还划分出不同的严酷等级。如加速度、速度、位移等。
1.3 环境试验
环境试验是为了保证产品在规定的寿命期间，在预期的使用、运输或贮存的所有环境下，保持功能可靠性而进行的活动。是将产品暴露在自然的或人工的环境条件下经受其作用，以评价产品在实际使用、运输和贮存的环境条件下的性能，并分析研究环境因素的影响程度及其作用机理。
1.4 力学环境试验
力学环境试验是为了保证产品在规定的寿命期间，在预期的使用、运输、流通环境条件下，保持功能可靠性而进行的活动。
特点: 以力作用为突出特征。考核、评价产品在力作用下的功能可靠性、结构完好性。
1.5 力学环境试验方法
1.5.1 自然暴露试验
自然暴露试验是将试验样品放到某些典型的自然环境条件下，一般分露天、棚下和室内三种状态进行暴露。
1.5.2 现场试验（外场试验）
现场试验是将试验样品放置在各种典型的使用现场，进行正常使用定期测试。
1.5.3 人工模拟试验（试验室试验）
人工模拟试验是人们在科研和生产中广泛采用的一种试验方式。即在试验室里利用试验设备创造出一个单环境因素或多个环境因素综合作用于产品上，以此考核产品在使用、运输和贮存中主要环境因素作用下的适应性能。人工环境试验可以分为三种:
模拟单一环境因素对试验样品影响的单项试验；
模拟两个或两个以上的环境因素同时作用于试验样品的综合试验；
两个或两个以上的环境因素依次或交替作用于试验样品的组合试验。
1.5.4 试验室试验常用方法
①规定一种机械运动。这是应用的试验方法。
1） 规定一种接近实际环境的机械运动来模拟。
2） 根据试验产品破坏或失效的等效原理来规定一种机械运动。
用规定一种机械运动的方法作试验的特点是，当满足各项运动特征参数的容差要求时，试验具有高的再现性。
②规定一种试验机，这是用试验样品破坏或失效的等效原理而引出的一种试验方法。
规定试验机试验方法的特点是试验中不需要测量运动特征参数，但在某些情况下再现性较差。
③规定一种结构响应谱。这种方法主要用于冲击试验中
1.5.5 国内外力学环境试验方法标准中规定的力学环境试验，常见的有以下几种：
正弦振动试验； 随机振动试验；
冲击试验； 碰撞试验；
离心恒加速度试验；摇摆试验；
倾跌与翻倒试验；弹跳试验；
撞击试验； 自由跌落试验等。
与力学环境因素组合在一起的多因素综合试验有：
温度、振动综合试验；
2） 温度、湿度、振动综合试验；
3）温度、湿度、低气压、振动综合试验等。
上述的各项力学环境试验是针对非包装产品或者包装可视为产品的组成部分的产品，对于包装产品（运输包装件）的力学环境试验，除了选择上述部份的试验项目外，还有下列试验项目：
运输包装件六角滚筒试验； 垂直冲击跌落试验；
水平冲击试验； 堆码试验； 压力试验；
材料动态特性试验等。
我国目前正在贯彻执行的电工电子产品基本环境试验规程以及国家军用标准中的各项试验方法，就是标准化了的人工模拟试验，它们是等效采用或等同采用了标准和美国军用标准。
1.5.6 采用标准化了的人工模拟试验方法的特点
1） 试验的模拟性
可按照使用目的比较真实地模拟实际环境的影响。
2） 试验的再现性
可使不同试验室里所做的试验能够相互进行比较，以避免试验程序和试验设备上的差异给试验结果带来影响。
3） 试验的重复性
可对在同一个试验室里
4） 经济、方便
1.5.7 环境试验的标准化
以理论研究为基础统一、规范试验室试验方法。
1）环境试验技术的标准化。
电工委员会（IEC）TC50是影响面zui广，zui有性的组织。
美国军事系统各部门在环境条件与试验方面也进行了较为深入、系统和全面的研究工作。
在环境试验方面zui有影响的美国军用标准有：
· MIL-STD-810，其名称在810C时叫“环境试验”，在810D时叫“环境试验方法和工程导则”；
· MIL-STD-202电子和电气元件的环境试验方法；
· MIL-STD-750半导体器件的试验方法；
· MIL-STD-883微电子器件实验方法和程序等等。
标准化组织（ISO）的标准范围宽，涉及面广，与环境试验有关的如：振动冲击的名词术语；试验设备的特性描述；运输包装件的基本试验；材料的试验等等，许多物理特性的试验也属其范畴。
2）我国环境试验技术的标准化
二十世纪80年代，在国家标准总局的*下，成立了跨行业、跨部门的全国电工电子产品环境技术标准化技术委员会（简称环标委）。我国的环境试验起步于二十世纪50年代。
我国的专业标准化技术委员会除了环标委以外，与环境试验技术有关的还有“全国机械振动和冲击标准化技术委员会”（简称振标委）、“全国试验机标准化技术委员会”（简称试标委）、“全国包装技术标准化技术委员会”等。
近二十多年来，我国环境试验的标准化工作瞄准了标准，新的环境技术标准不断涌现，有利的促进了环境试验技术的快速发展。
1） 采用IEC标准，我国先后相应制定了
GB/T4796～4798电工电子产品环境参数分类及其严酷等级、自然环境条件、应用环境条件；
· GB/T2421～2424电工电子产品基本环境试验规程，其中包括总则和项环境试验方法和导则；
· GB/T5170电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法；
· GB/T10593电工电子产品环境参数测量方法等。
2） 等效采用ISO标准，我国先后相应制定了
· GB4857运输包装件基本试验一系列包装试验标准；
· GB10586-592 环境试验设备技术条件；
GB7670 试验设备特性的描述方法等。
3） 为适应我国国防建设的需要，参照MIL标准，先后相应制定了
· GJB4.1～4.13舰船电子设备环境试验军用标准；
GJB150军用设备环境试验方法；
· GJB360电子及电气元件试验方法；
· GJB367军用通信设备通用技术条件、环境试验方法；
· GJB548微电子器件试验方法和程序等等。
4） 为了进一步规范试验设备和测量器具，国家*先后制定JJG标准，对试验设备的计量起到了良好的作用。
2.力学环镜试验目的和意义
2.1力学环境因素是在经济建设和国防建设中大量遇到的环境因素。
强烈的振动和冲击会导致设备的失效。
力学环境条件对人体也会造成严重的危害。
振动是噪音的来源，强噪音会造成环境污染，使人不能正常地工作和休息，并造成各种职业病和污染性病害，危及人类的健康。
在航天医学研究上，飞行员和宇航员对于航天航空中遇到的振动、冲击、变加速度的环境适应性研究已成为了一个重要课题。
对于振动、冲击的研究，经济和国防建设的发展又提出了更高更苛刻的要求。
2.2 研究力学环境试验技术，研究振动与冲击的目的，就是要防止各种力学环境因素对机器、设备、装备、结构、元件、器件的影响和对人身造成的危害，确保产品的质量和可靠性，这是我国国民经济建设和国防建设的重要课题之一。
· GJB360电子及电气元件试验方法；
· GJB367军用通信设备通用技术条件、环境试验方法；
· GJB548微电子器件试验方法和程序等等。
4） 为了进一步规范试验设备和测量器具，国家*先后制定JJG标准，对试验设备的计量起到了良好的作用。
2.力学环镜试验目的和意义
2.1力学环境因素是在经济建设和国防建设中大量遇到的环境因素。
强烈的振动和冲击会导致设备的失效。
力学环境条件对人体也会造成严重的危害。
振动是噪音的来源，强噪音会造成环境污染，使人不能正常地工作和休息，并造成各种职业病和污染性病害，危及人类的健康。
在航天医学研究上，飞行员和宇航员对于航天航空中遇到的振动、冲击、变加速度的环境适应性研究已成为了一个重要课题。
对于振动、冲击的研究，经济和国防建设的发展又提出了更高更苛刻的要求。
2.2 研究力学环境试验技术，研究振动与冲击的目的，就是要防止各种力学环境因素对机器、设备、装备、结构、元件、器件的影响和对人身造成的危害，确保产品的质量和可靠性，这是我国国民经济建设和国防建设的重要课题之一。
环境预防就是对产品精心进行环境适应性设计、在设计时针对产品的环境条件，进行必要的抗振动冲击的设计。
环境防护是根据特定环境中对产品起着有害影响的因素，在产品设计上采取相应的防护措施。
环境控制是改变产品所在场所的局部工作环境。
· 降低振源强度，如做好高速旋转机械的运动平衡、减少气流、液流的脉动力等；
· 积极进行隔振，包括主动隔振（振源隔离）和被动隔振（对精密仪器设备进行隔振加以保护）；
· 采取各种措施降低系统对激励的响应（减振），如改变固有频率避开共振，阻尼减振，动力减振以及振动主动抑制等。
环境利用就是考虑振动冲击除危害性的一面外，在某些情况下还可利用其为人类服务。
3.力学环境试验设备
3.1振动试验设备
机械振动台:双向、单向、定频、扫频〔线性、指数〕等。 特点: 重载、低频（5—100Hz）、价廉、操作方便、可靠。
主要参数:载荷、基本运动（正弦）、频率范围、加速度、位移、横向运动、波形失真、振幅容差、均匀度等。
电动振动台:功能强大（正弦、随机、冲击等）、频率范围大、系统复杂、承载小、维修不便。
主要参数:推力、基本运动（正弦、随机、冲击等） 、频率范围、加速度、位移、速度、横向运动、波形失真、振幅容差、均匀度、定振精度、均匀度等。
电液振动台:功能强大（正弦、随机、冲击等）、承载大、位移大、低频、频率范围适中、需基础。
主要参数:推力、基本运动（正弦、随机、冲击等） 、频率范围、加速度、位移、速度、横向运动、波形失真、振幅容差、均匀度、定振精度、均匀度等。
3.2 冲击试验设备
冲击台:自由跌落式、强迫跌落式、冲击放大式、水平冲击式等。
主要参数:载荷、基本运动（半正弦、后峰锯齿、梯形）、峰值加速度、脉冲持续时间、速度变化量、波形容差、均匀度、横向运动等。
强冲击试验机:轻量级、中量级、重量级。
主要参数:摆锤质量、摆角等。
冲击谱试验机:自由跌落式、摆锤式等
主要参数:载荷、响应加速度、频率范围、容差等。
3.3碰撞试验设备
碰撞台:自由跌落式、强迫跌落式、冲击放大式等。
主要参数:载荷、基本运动（半正弦）、脉冲重复频率、
峰值加速度、脉冲持续时间、速度变化量、波形容差、均匀度、横向运动等。
3.4冲击、碰撞试验设备
冲击、碰撞试验台:强迫跌落式、冲击放大式等
主要参数:载荷、基本运动（半正弦、后峰锯齿、梯形）、脉冲重复频率、峰值加速度、脉冲持续时间、速度变化量、波形容差、均匀度、横向运动等。
3.5恒加速度试验设备
离心式恒加速度试验机:转盘式、转臂式等
主要参数:载荷、加速度、加速度梯度、转速稳定度、切向加速度等。
直线式恒加速度试验机
主要参数:载荷、加速度、加速度稳定度等。
3.6摇摆试验设备
摇摆台:机械式、液压式等。
主要参数:载荷、基本运动（正弦、随机等）、摇摆方向、周期、角位移 、波形失真、周期误差、角位移误差等。
3.7公路运输振动试验设备
固定货物运输:模拟汽车运输试验台
主要参数:载荷、基本运动（随机）、模拟车速、强化等级、总均方根加速度等。
散装货物运输: 弹跳试验机
主要参数:载荷、基本运动、频率、振幅等。
3.8运输包装件试验方法
3.8.1振动:机械振动台、电动振动台、电液振动台等。
3.8.2冲击:垂直冲击、水平冲击。
跌落台: 转腕式、自由跌落式、翻板式等。
主要参数:载荷、跌落高度、冲击速度、跌落方式等。
水平冲击机:斜面冲击机、吊摆冲击机等。
主要参数:载荷、冲击速度等。
3.9测量仪器
正弦振动测试仪、冲击测量仪、数字式振动冲击测量仪。
主要参数:载荷、基本运动（半正弦、后峰锯齿、梯形）、脉冲重复频率、峰值加速度、脉冲持续时间、速度变化量、波形容差、均匀度、横向运动等。
3.5恒加速度试验设备
离心式恒加速度试验机:转盘式、转臂式等
主要参数:载荷、加速度、加速度梯度、转速稳定度、切向加速度等。
直线式恒加速度试验机
主要参数:载荷、加速度、加速度稳定度等。
3.6摇摆试验设备
摇摆台:机械式、液压式等。
主要参数:载荷、基本运动（正弦、随机等）、摇摆方向、周期、角位移 、波形失真、周期误差、角位移误差等。
3.7公路运输振动试验设备
固定货物运输:模拟汽车运输试验台
主要参数:载荷、基本运动（随机）、模拟车速、强化等级、总均方根加速度等。
散装货物运输: 弹跳试验机
主要参数:载荷、基本运动、频率、振幅等。
3.8运输包装件试验方法
3.8.1振动:机械振动台、电动振动台、电液振动台等。
3.8.2冲击:垂直冲击、水平冲击。
跌落台: 转腕式、自由跌落式、翻板式等。
主要参数:载荷、跌落高度、冲击速度、跌落方式等。
水平冲击机:斜面冲击机、吊摆冲击机等。
主要参数:载荷、冲击速度等。
3.9测量仪器
正弦振动测试仪、冲击测量仪、数字式振动冲击测量仪。