張廣志 山天涯

摘要 沖擊試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于航空、航天、軌道交通、汽車等領(lǐng)域，模擬產(chǎn)品在實(shí)際使用中能夠承受的沖擊破壞的能力。通過沖擊試驗(yàn)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(yàn)證通過監(jiān)測樣品在指定條件下的最大沖擊響應(yīng)峰值加速度值進(jìn)行評價(jià)，同時(shí)分析得出沖擊試驗(yàn)結(jié)果的影響因素。

關(guān)鍵詞沖擊試驗(yàn);沖擊響應(yīng)峰值加速度;能力驗(yàn)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(shí)大量級機(jī)械沖擊脈沖應(yīng)力，考核產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承受沖擊的能力。沖擊試驗(yàn)的嚴(yán)酷程度可通過監(jiān)測產(chǎn)品的沖擊響應(yīng)峰值加速度來分析[1]。沖擊試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證基于監(jiān)測指定樣品的沖擊響應(yīng)峰值加速度考察實(shí)驗(yàn)室的測試能力，通過能力驗(yàn)證把試驗(yàn)技術(shù)水平進(jìn)一步提高，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2沖擊能力驗(yàn)證

2.1被測樣品和測試方法

2.1.1 被測樣品

沖擊能力驗(yàn)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(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室將鋁合金底板固定在試驗(yàn)臺(tái)面上，在砝碼前端平面上設(shè)置傳感器，測定指定點(diǎn)最大沖擊響應(yīng)峰值加速度。

2.1.2 測試方法

測試依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 2423.5-2019環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)Ea和導(dǎo)則：沖擊》，試驗(yàn)控制參數(shù)為半正弦波脈沖，峰值加速度15g，脈沖持續(xù)時(shí)間11ms。

試驗(yàn)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(dòng)和熱輻射影響;

2）樣品需在試驗(yàn)環(huán)境條件下放置至少1小時(shí)進(jìn)行預(yù)處理;

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

4）將監(jiān)測傳感器設(shè)置在樣品砝碼前端指定平面上;

5）在垂直方向上進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，得出樣品指定點(diǎn)的最大沖擊響應(yīng)峰值加速度。

2.2結(jié)果評價(jià)

2.2.1 能力評價(jià)原則

依據(jù)CNAS-GL002：2018《能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評價(jià)指南》中的算法A對實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[2]。

式中：—參加實(shí)驗(yàn)室提交的結(jié)果;

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

—能力評定標(biāo)準(zhǔn)差，參加實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果穩(wěn)健標(biāo)準(zhǔn)差取1.17g[3]。

沖擊試驗(yàn)?zāi)芰υu價(jià)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(jià)

實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證結(jié)果及評價(jià)如表 1所示。

實(shí)驗(yàn)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(dòng)臺(tái)動(dòng)圈上，減少中間傳遞環(huán)節(jié)，提升整個(gè)系統(tǒng)的剛度，實(shí)測最大沖擊響應(yīng)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(kuò)展臺(tái)作為過渡固定樣品，擴(kuò)展臺(tái)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(tái)面嵌入鋼制螺紋孔套，可螺栓直接固定樣品，擴(kuò)展臺(tái)固有頻率為1800Hz，可避免在試驗(yàn)頻率內(nèi)與樣品產(chǎn)生共振，滿足試驗(yàn)要求，實(shí)測最大沖擊響應(yīng)峰值加速度結(jié)果為21.4g，最終沖擊能力驗(yàn)證結(jié)果為滿意。

3沖擊試驗(yàn)結(jié)果影響因素

沖擊試驗(yàn)的最大沖擊響應(yīng)峰值加速度結(jié)果的準(zhǔn)確性受很多因素影響，沖擊試驗(yàn)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(shè)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(dòng)力學(xué)試驗(yàn)樣品的安裝要求，在任何情況下，元件應(yīng)固定在剛性試驗(yàn)夾具上或直接緊固在試驗(yàn)臺(tái)的安裝表面上。但在實(shí)際環(huán)境中，受限于樣品的安裝孔位或工裝夾具動(dòng)態(tài)特性等因素限制，試驗(yàn)安裝一般做不到絕對剛性，但應(yīng)盡量剛性安裝。針對樣品裝夾提出以下幾點(diǎn)建議：

1） 盡量將樣品裝夾在試驗(yàn)臺(tái)面的中間;

2） 樣品裝夾應(yīng)采用剛性固定，固定力應(yīng)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(yīng)力而變形;

3） 樣品應(yīng)直接裝在試驗(yàn)臺(tái)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(yīng)盡量減少過渡環(huán)節(jié)。

3.2傳感器的選擇與參數(shù)設(shè)置

選擇合適的傳感器對測量準(zhǔn)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(dāng)傳感器重量越大整個(gè)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(yīng)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(huì)影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

傳感器的另一個(gè)重要指標(biāo)為靈敏度值，一般傳感器出廠都會(huì)附帶證書標(biāo)定靈敏度值，但是傳感器在使用中可能會(huì)出現(xiàn)靈敏度飄移的情況，因此使用的傳感器應(yīng)定期送檢計(jì)量，在實(shí)際使用中還要根據(jù)試驗(yàn)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(zhǔn)確的靈敏度值。

3.3傳感器的布置

沖擊試驗(yàn)需要安裝兩種傳感器，一種是安裝在某個(gè)特定的控制點(diǎn)處，用于檢測反饋控制信號的傳感器，稱為控制傳感器。控制點(diǎn)是在沖擊試驗(yàn)中用以控制沖擊量值的傳感器的安裝點(diǎn)，該點(diǎn)應(yīng)該緊靠樣品固定點(diǎn)進(jìn)行布置。一種是安裝在“監(jiān)測點(diǎn)”處，用于檢測樣品在沖擊試驗(yàn)中響應(yīng)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(yīng)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(yīng)保證傳感器底部干凈平整。

4結(jié)論

通過沖擊試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證，考核了實(shí)驗(yàn)室人員對標(biāo)準(zhǔn)的理解、試驗(yàn)操作能力和試驗(yàn)設(shè)備的準(zhǔn)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(shè)置、傳感器的布置等方面，提出了提高沖擊試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證結(jié)果準(zhǔn)確性的方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 威凱檢測技術(shù)有限公司.基于最大沖擊響應(yīng)峰值加速度的沖擊試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證方法：CN202010915428.4[P]. 2020.12.11.

[2] CNAS-GL002：2018能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評價(jià)指南[S]. 2018： 10-19.

[3] 威凱檢測技術(shù)有限公司. 沖擊試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證報(bào)告[R]. CNCA-20-11，2020： 3-14.

[4] 龔志高，孫彭城，張煥，黃劍鋒. 電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)試驗(yàn)和能力驗(yàn)證[J]. 中國檢驗(yàn)檢測，2020（04）： 19-21.