力学环境试验

力学环境试验

一、力学环境试验的概念

任何产品都处在一定的环境条件之中，在一定的环境下使用、运输和储存，产品总是摆脱不了这些环境条件的影响。

那么，什么是环境条件呢？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。按环境因素的属性不同，环境条件可分为：

① 气候因素，包括温度、湿度、气压、沙尘、盐雾等； ② 力学因素（也称机械因素），包括振动、冲击、碰撞、恒定加速度、爆炸、噪声振动等； ③ 生物因素，包括霉菌等；

④ 电磁辐射因素，包括无线电干扰、雷电、电磁场等。 力学环境试验是以力学因素为环境条件的试验。其目的是确定产品经受力学环境条件的适应性以及评价其结构的完好性（包括研究其动态性能）。

恒定加速度试验 机械冲击试验 振动试验

二、恒定加速度试验 1、试验目的与作用

恒定加速度也称稳态加速度或加速度，用于确定元器件、设备和其它电子产品经受恒定加速度环境所产生的力（重力除外），如运行的车辆、空中运载工具、旋转机械和抛射体所产生的力的作用下，结构的适应性和性能是否良好，以及评价一些元器件的结构完好性。

恒定加速度试验也可用来测定恒加速度对微电子器件的影响，其目的是显示在冲击和振动试验时不一定能检测出的结构和机械的缺陷，也可用来做高应力试验来测定封装、内部金属化和引线系统、芯片附着能力及微电子器件其它部件的结构强度极限值。 2、试验条件参数的描述 恒定加速度试验条件包括：

● 加速度值 ● 试验方向 ● 试验时间

3、试验产品的安装

①产品的安装一般采用磁吸法和埋沙法，如我们所生产的金属外壳产品都可采用磁性夹具安装，优点是单一方向安装方便，试验效率高；缺点：很难做三轴六向；埋沙法的优点是便于做三轴六向试验和外形不规则产品的离心试验，缺点是大产品不适用。 ②对于非金属外壳产品可采用可移的双面胶带安装。 ③产品必须对称安装，保持离心机的动态平衡。

⑤ 根据被试产品形状设计专用夹具，避免外壳悬空，产品的引线和电缆也应固定好，以防止产生新的失效机理。

4、试验半径的计算

试验样品按试验条件的规定正确取向并安装在离心机上之后，应进行测量和计算（如旋转半径—即旋转中心到产品基板粘接面的距离），以保证试验样品经受的的加速度值在规定的容差范围内。 加速度值与旋转半径、转速的关系式为：

A = ω2·R

式中：A----加速度值（m/s2） ω=2πn (n为每秒转速) R----旋转半径（m） 5、试验设备

若无其它规定，恒定加速度试验应采用能在规定试验内施加规定加速度的离心机进行，离心机一般有两种类型：一种为转盘式，适用于电子元件及微电子器件的恒加速度试验，其旋转半径仅几十厘米，加速度可达上万个g；一种为转臂式，适用于部件和小型整机的恒定加速度试验，其旋转半径可达8米，加速度可达10个g。

机械冲击试验

目前模拟电子产品现场所遇到的冲击有两种方法：一种是规定冲击脉冲波形的方法；另一种是规定冲击机的方法。前者统称冲击试验，后者称为强碰撞冲击试验。这里主要讲规定脉冲波形的冲击试验。 1、试验目的和意义

1.1 规定冲击脉冲波形的冲击试验，也叫机械冲击试验主要用来确定元器件、设备和其它产品在使用和运输过程中经受非多次重复的适应性，以及评价结构的完好性，是一种内强度试验

1.2 当有规定或经充分试验得到证明时，本试验的某些条件可作为器件的筛选条件，用于剔除早期试销品。

1.3 本试验的某些条件可用于器件改进措施有效性的验证。 2、设备

2.1机械冲击试验所使用的设备通常有三类：

第一类为气动式冲击试验台，实现的加速度量值大，范围宽：100g～30000g，试验效率高，缺点是气流难控制，干扰大、杂波多；

第二类为液压式冲击试验台，实现的加速度量值低，仅为15g～200g，缺点是动作慢、效率低；

第三类可以用电动振动台实现30g以下的小加速度冲击试验。 2.2 冲击试验设备应能按规定对器件本体施加规定要求的冲击脉冲，判断冲击波形是否合格，主要观察设备产生的波形是否完全包含在标准容差包络线内。

2.3 冲击试验设备应配有专用的母夹具和多种产品适用的子夹具。

3、三种标称冲击脉冲波形

因为现场环境下的冲击脉冲波形要在实验室内直接复现是非常困难的，为了解决这个问题，本冲击试验方法采用等效损伤原理，即保证在试验室内用标称脉冲对产品进行冲击所产生的故障、损坏、失效与现场所发生的故障、损坏、失效相一致。所以冲击试验方法又称为规定冲击脉冲波形的冲击试验方法。

机械冲击试验的标称冲击脉冲波形有三种： ①半正弦波--大多数的冲击波形--- 图形

②后峰锯齿波—模拟带减震装置的设备产生的冲击环境效应---图形

③梯形波—模拟诸如空间探测器或卫星发射阶段爆炸螺栓所引起的冲击环境效应--图形 4、试验条件参数的描述

冲击试验条件是由峰值加速度、脉冲持续时间、冲击波形、冲击方向、冲击次数五个参数共同决定。

4.1 峰值加速度：峰值加速度的大小能直观地反映出施加给产品的冲击力的大小。峰值加速度越大，对产品的破坏力越大。单位：g 4.2 脉冲持续时间：是指加速度保持在规定峰值加速度比率上的时间间隔，即峰值10%的时间间隔。单位：ms 4.3 试验条件的选择：

① 标准方法规定； ② 根据工艺要求给出；

③ 合同或用户要求；有的用户根据标准提出，也有是实际

测出，

5、试验过程中的注意事项

5.1 冲击试验设备在每次正式试验前均应进行预试验，选用适当的波形发生器，使其冲击参数符合规定要求。

5.2 器件安装时要对其本体牢牢固定，且对器件外引线采取适当保护；

5.3 安装器件的夹具设计要合理，夹具材料一般采用铝合金或有机玻璃，器件固定在子夹具中不能移动。

5.4 产品应刚性地安装在试验台面上，并尽可能均匀分布。 5.5 操作冲击台或调整波形发生器，必须一个人操作，并在台体下放置足够强度的支撑物或者在两根导向柱上插入安全杆。

三 振动试验

振动试验是力学环境试验的一种，它是在试验室模拟各种振动的条件，以检验振动对产品的影响。振动试验的目的是确定产品从制成开始，在运输、使用及工作过程中可能承受外来的振动或自身产生的振动时，而不被破坏并能保持其原有性能，达到预期的寿命和可靠性。

1、振动试验的分类 1.1 按试验目的的分类

每个振动试验均有自身的试验目的，按试验目的可分为:

1) 环境适应性试验。它的目的是选用试件未来可能承受的振动环境去激励试件，检验其环境的适应性。航空航天中使用的机载仪表设备，大部分进行该试验。这类试验的最大特点是振动条件越接近真实环境越好。

2) 动力学强度试验。它的目的是考核试件的动强度，检验在给定的试验条件下试件是否会产生疲劳破坏。这类试验的试件大部分是结构件，试验时间长。

3) 动力特性试验。它的目的是用试验的方法测出试件的动力特性参数，如振型、频率、阻尼等，这类试验是激振力可以很小并与实际环境无关，但必须选好激振点的位置且测试的点要多，测出足够多的数据才能得出准确的参数。

4) 其他试验。其他如振动筛选试验，其目的是对生产线上的元件、

组件、整机进行振动筛选，找出工艺生产中的薄弱环节，剔除劣质产品从而提高整个产品的可靠性。 1.2 按试验加载性质分类

1）正弦振动试验。该试验给试件施加的是正弦振动，可以是正弦定频，也可以是正弦扫频振动试验。

2）随机振动试验。该试验给试件施加的是随机振动，

3）混合型振动试验。该试验给试件同时施加随机和正弦振动。一般情况下是宽带随机的背景上叠加一个或几个正弦信号，这些信号可以是固定的也可以是变化的。

正弦振动

正弦振动试验是属于“规定一种机械运动”的力学环境试验方法，而这种机械运动就是以正弦曲线为基本运动的轨迹。所以在正弦振动试验中，若知过去的运动状态就可以确定未来任何时刻运动的各要素。

如GJB360B中低频振动与高频振动及GJB548B中的扫频振动均为正弦振动。

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