電工電子產(chǎn)品沖擊試驗能力驗證方法分析

張廣志 山天涯

摘要 沖擊試驗廣泛應用于航空、航天、軌道交通、汽車等領(lǐng)域，模擬產(chǎn)品在實際使用中能夠承受的沖擊破壞的能力。通過沖擊試驗來評定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力，有效提高產(chǎn)品的可靠性。沖擊能力驗證通過監(jiān)測樣品在指定條件下的最大沖擊響應峰值加速度值進行評價，同時分析得出沖擊試驗結(jié)果的影響因素。

關(guān)鍵詞沖擊試驗;沖擊響應峰值加速度;能力驗證;影響因素

中圖分類號：TM506

1引言

電工電子產(chǎn)品沖擊是對產(chǎn)品施加短時大量級機械沖擊脈沖應力，考核產(chǎn)品機械結(jié)構(gòu)強度和承受沖擊的能力。沖擊試驗的嚴酷程度可通過監(jiān)測產(chǎn)品的沖擊響應峰值加速度來分析[1]。沖擊試驗能力驗證基于監(jiān)測指定樣品的沖擊響應峰值加速度考察實驗室的測試能力，通過能力驗證把試驗技術(shù)水平進一步提高，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2沖擊能力驗證

2.1被測樣品和測試方法

2.1.1 被測樣品

沖擊能力驗證采用樣品為特制的金屬結(jié)構(gòu)件，樣品主要由鋁合金底板、支撐架、懸臂桿、砝碼等組成[1]，在沖擊試驗時，實驗室將鋁合金底板固定在試驗臺面上，在砝碼前端平面上設置傳感器，測定指定點最大沖擊響應峰值加速度。

2.1.2 測試方法

測試依據(jù)標準《GB/T 2423.5-2019環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法試驗Ea和導則：沖擊》，試驗控制參數(shù)為半正弦波脈沖，峰值加速度15g，脈沖持續(xù)時間11ms。

試驗要求如下：

1）測試環(huán)境溫度（23±2）℃、相對濕度（50±10）%、無其他振動和熱輻射影響;

2）樣品需在試驗環(huán)境條件下放置至少1小時進行預處理;

3）通過安裝孔或夾具將樣品固定在振動試驗臺面上，樣品的安裝面呈水平狀態(tài);

4）將監(jiān)測傳感器設置在樣品砝碼前端指定平面上;

5）在垂直方向上進行沖擊試驗，得出樣品指定點的最大沖擊響應峰值加速度。

2.2結(jié)果評價

2.2.1 能力評價原則

依據(jù)CNAS-GL002：2018《能力驗證結(jié)果的統(tǒng)計處理和能力評價指南》中的算法A對實驗室測試結(jié)果進行統(tǒng)計分析[2]。

式中：—參加實驗室提交的結(jié)果;

—指定值，參加實驗室測試結(jié)果的穩(wěn)健平均值取20.8g[3];

—能力評定標準差，參加實驗室測試結(jié)果穩(wěn)健標準差取1.17g[3]。

沖擊試驗能力評價如下：

為合格（滿意）結(jié)果，為不合格（不滿意）結(jié)果。

2.2.2 結(jié)果能力評價

實驗室能力驗證結(jié)果及評價如表 1所示。

實驗室采用兩種固定方案，一種是通過壓板將樣品直接固定在振動臺動圈上，減少中間傳遞環(huán)節(jié)，提升整個系統(tǒng)的剛度，實測最大沖擊響應峰值加速度為21.1g;另一種采用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、剛度好的垂直擴展臺作為過渡固定樣品，擴展臺材質(zhì)具有較高的剛度-質(zhì)量比，采用筋板結(jié)構(gòu)焊接工藝、臺面嵌入鋼制螺紋孔套，可螺栓直接固定樣品，擴展臺固有頻率為1800Hz，可避免在試驗頻率內(nèi)與樣品產(chǎn)生共振，滿足試驗要求，實測最大沖擊響應峰值加速度結(jié)果為21.4g，最終沖擊能力驗證結(jié)果為滿意。

3沖擊試驗結(jié)果影響因素

沖擊試驗的最大沖擊響應峰值加速度結(jié)果的準確性受很多因素影響，沖擊試驗結(jié)果的影響因素主要包括樣品的固定[4]、傳感器的選擇與靈敏度設置[4]、傳感器的布置等因素。

3.1樣品的固定

GB/T 2423.43-2008對動力學試驗樣品的安裝要求，在任何情況下，元件應固定在剛性試驗夾具上或直接緊固在試驗臺的安裝表面上。但在實際環(huán)境中，受限于樣品的安裝孔位或工裝夾具動態(tài)特性等因素限制，試驗安裝一般做不到絕對剛性，但應盡量剛性安裝。針對樣品裝夾提出以下幾點建議：

1） 盡量將樣品裝夾在試驗臺面的中間;

2） 樣品裝夾應采用剛性固定，固定力應足夠（滿足安裝力矩要求），并且對稱平衡，保證試樣不受過度應力而變形;

3） 樣品應直接裝在試驗臺面上，如樣品的安裝孔不合適，可選擇合適的剛性壓板緊固等方式，應盡量減少過渡環(huán)節(jié)。

3.2傳感器的選擇與參數(shù)設置

選擇合適的傳感器對測量準確度有重要影響。尤其監(jiān)測傳感器的重量對測量結(jié)果有較大影響，根據(jù)固有頻率公式可知，當傳感器重量越大整個系統(tǒng)的固有頻率越小，反之傳感器重量越小系統(tǒng)的固有頻率越大，而固有頻率的變化則直接影響最大沖擊響應峰值加速度測量值。一般傳感器重量為10g左右較合適，傳感器重量過大或過小都會影響試驗數(shù)據(jù)。

傳感器的另一個重要指標為靈敏度值，一般傳感器出廠都會附帶證書標定靈敏度值，但是傳感器在使用中可能會出現(xiàn)靈敏度飄移的情況，因此使用的傳感器應定期送檢計量，在實際使用中還要根據(jù)試驗條件、傳感器的頻響特性曲線和幅值線性度情況，選擇合適準確的靈敏度值。

3.3傳感器的布置

沖擊試驗需要安裝兩種傳感器，一種是安裝在某個特定的控制點處，用于檢測反饋控制信號的傳感器，稱為控制傳感器?？刂泣c是在沖擊試驗中用以控制沖擊量值的傳感器的安裝點，該點應該緊靠樣品固定點進行布置。一種是安裝在“監(jiān)測點”處，用于檢測樣品在沖擊試驗中響應狀態(tài)參數(shù)的傳感器，稱為監(jiān)測傳感器。監(jiān)測傳感器應布置在樣品砝碼前端指定平面中心處，一般要求傳感器粘貼緊固，可采用膠水粘貼，粘貼前應保證傳感器底部干凈平整。

4結(jié)論

通過沖擊試驗能力驗證，考核了實驗室人員對標準的理解、試驗操作能力和試驗設備的準確性等多方面，保證測試結(jié)果的可靠性。此外從樣品的安裝、傳感器的選擇和靈敏度設置、傳感器的布置等方面，提出了提高沖擊試驗能力驗證結(jié)果準確性的方法。

參考文獻

[1] 威凱檢測技術(shù)有限公司.基于最大沖擊響應峰值加速度的沖擊試驗能力驗證方法：CN202010915428.4[P]. 2020.12.11.

[2] CNAS-GL002：2018能力驗證結(jié)果的統(tǒng)計處理和能力評價指南[S]. 2018： 10-19.

[3] 威凱檢測技術(shù)有限公司. 沖擊試驗能力驗證報告[R]. CNCA-20-11，2020： 3-14.

[4] 龔志高，孫彭城，張煥，黃劍鋒. 電動振動臺振動試驗和能力驗證[J]. 中國檢驗檢測，2020（04）： 19-21.