沖擊是驟然的、劇烈的能量釋放、能量轉(zhuǎn)換和能量傳遞，沖擊的持續(xù)時(shí)間短暫：沖擊的過(guò)程次性完成而不呈現(xiàn)周期性。沖擊具有的這些特點(diǎn)，決定了產(chǎn)品在流通過(guò)程和使用過(guò)程中無(wú)處不存在著沖擊環(huán)境源。

任意機(jī)械系統(tǒng)、電子裝置、生物體或者由他們的不同組合形成的系統(tǒng)，因受沖擊作用而導(dǎo)致的影響，必須認(rèn)真考慮。有不少例證說(shuō)明這種影響具有相當(dāng)?shù)奈：π?。如?duì)航天飛行器中的有效負(fù)載（、衛(wèi)星、電源裝置等），就必須考慮到因?yàn)榛鸢l(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火、關(guān)機(jī)以及級(jí)間分離，導(dǎo)致系統(tǒng)的能量發(fā)生突變而引起的有害影響，它不僅能損害、衛(wèi)星等小系統(tǒng)的運(yùn)行性能，常常還會(huì)危及飛行器整個(gè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

通常，沖擊環(huán)境來(lái)自彈性體之間的機(jī)械撞擊。如散裝貨物在車(chē)輛運(yùn)輸中出現(xiàn)的隨機(jī)性彈跳沖擊，產(chǎn)品在粗糙搬運(yùn)和操作中受到的意外敲擊、震搖、跌落，為了利用沖擊能加工而造成受控沖擊環(huán)境等?；瘜W(xué)能、核能的突然釋放，將會(huì)引起波及范圍更加廣泛的嚴(yán)酷沖擊環(huán)境。此外工程中還會(huì)遇到一些隨時(shí)間歷程呈現(xiàn)隨機(jī)性變化的多次重復(fù)沖擊即碰撞等。從物理概念上講，產(chǎn)品受沖擊后所產(chǎn)生的沖擊響應(yīng)的大小反映了產(chǎn)品實(shí)際所受到的沖擊強(qiáng)度，若產(chǎn)品的瞬時(shí)響應(yīng)幅值超過(guò)了產(chǎn)品本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度所允許的響應(yīng)時(shí)，將導(dǎo)致產(chǎn)品破損。這種損傷是極限應(yīng)力的峰值破壞，而不是累積疲勞損傷。這種峰值破壞會(huì)造成結(jié)構(gòu)變形，安裝松動(dòng)產(chǎn)生裂紋甚至斷裂，還會(huì)使電氣連接松動(dòng)，接觸不良，造成時(shí)斷時(shí)通，使產(chǎn)品工作性能不穩(wěn)定，還可使產(chǎn)品內(nèi)部各單元的相對(duì)位置發(fā)生變化，造成性能下降或超差，甚至?xí)乖骷虿考屏眩蛊錈o(wú)法工作。

實(shí)際的沖擊環(huán)境的波形是復(fù)雜的并很少有重復(fù)；也難以用數(shù)學(xué)表達(dá)式描述；無(wú)確定的沖擊持續(xù)時(shí)間；波形呈多峰值等等。所以，真實(shí)環(huán)境的沖擊波形一般是不能直接利用的。即使是同類(lèi)環(huán)境的沖擊波形，其重復(fù)性并不好，難以找到代表性波形，所以，試驗(yàn)室一般不采用模擬真實(shí)波形的方法，而是采用模擬沖擊環(huán)境對(duì)產(chǎn)品造成的影響的方法。

一、沖擊試驗(yàn)的等效損傷原則

在試驗(yàn)室對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使試驗(yàn)樣品造成的損傷及故障與沖擊環(huán)境的影響相當(dāng).稱(chēng)之等效損傷模擬。目前，大多數(shù)的沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)均是采用等效損傷的概念制定的，IEC的沖擊、碰撞標(biāo)準(zhǔn)屬于此類(lèi)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)沖擊、碰撞試驗(yàn)方法等效于IEC標(biāo)準(zhǔn)，情況類(lèi)同。因此，如何評(píng)價(jià)產(chǎn)品的損傷及故障就成為等效模擬試驗(yàn)的技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題。損傷及故障的概念包含了兩種含義：一是考核產(chǎn)品在沖擊作用條件下的結(jié)構(gòu)完好性，又稱(chēng)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)；二是考核產(chǎn)品性能在沖擊作用下是否合格，又稱(chēng)產(chǎn)品功能穩(wěn)定性試驗(yàn)。也就是說(shuō)，電工電子產(chǎn)品等效損傷模擬是與產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和性能穩(wěn)定性評(píng)價(jià)相聯(lián)系的。

由于試驗(yàn)樣品的損傷及故障與它受激勵(lì)下產(chǎn)生的最大應(yīng)力直接相關(guān)，因此，沖擊試驗(yàn)的等效關(guān)系是以沖擊響應(yīng)譜作為依據(jù)的，并用最大響應(yīng)加速度相等來(lái)實(shí)現(xiàn)。

電工電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與性能穩(wěn)定性與產(chǎn)品響應(yīng)的應(yīng)力直接相關(guān)。對(duì)單自由度系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在彈性極限內(nèi)，產(chǎn)品所受的應(yīng)力相同，其變形相同，所以表現(xiàn)的故障也是相同的。廣義來(lái)說(shuō)，所謂等效損傷原則就是指“試驗(yàn)樣品因承受激勵(lì)而產(chǎn)生的應(yīng)力是相當(dāng)?shù)模蚨鴮?duì)試驗(yàn)樣品造成的損傷也是相當(dāng)?shù)摹薄?/p>

二、簡(jiǎn)單沖擊環(huán)境的試驗(yàn)脈沖標(biāo)準(zhǔn)化

設(shè)計(jì)沖擊試驗(yàn)的時(shí)候，要考慮兩個(gè)方面，一是沖擊環(huán)境特性，二是試驗(yàn)樣品的特性。就是說(shuō)，在試驗(yàn)室里重現(xiàn)沖擊環(huán)境對(duì)產(chǎn)品的影響時(shí)，必須將沖擊環(huán)境特性和試驗(yàn)樣品特性綜合考慮，才能有合理、滿(mǎn)意的結(jié)果。

三、碰撞試驗(yàn)脈沖的標(biāo)準(zhǔn)化

產(chǎn)品在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用和維修過(guò)程中，會(huì)遇到各種各樣的沖擊環(huán)境，產(chǎn)品在壽命期間受到了隨機(jī)沖擊，所謂隨機(jī)沖擊就是沖擊發(fā)生的時(shí)刻、持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短、量值的大小、沖擊作用的時(shí)間歷程以及沖擊的重復(fù)頻率等都是隨機(jī)變化的。

重復(fù)脈沖對(duì)產(chǎn)品的作用是否相關(guān)，要視脈沖持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短、重復(fù)周期的大小以及產(chǎn)品固有頻率的高低而定。如果產(chǎn)品在第二次沖擊前其物理狀態(tài)已經(jīng)恢復(fù)，可以認(rèn)為兩次沖擊之間互不相關(guān)：或者說(shuō)，第二次沖擊是在第一次沖擊對(duì)產(chǎn)品的影響已經(jīng)結(jié)束以后才發(fā)生的.否則是相關(guān)的。顯然，單脈沖對(duì)產(chǎn)品的作用是互不相關(guān)的。

對(duì)于單次沖擊，主要考慮的是沖擊強(qiáng)度對(duì)產(chǎn)品的損傷，對(duì)于重復(fù)沖擊，除了考慮強(qiáng)度以外，還要考慮產(chǎn)品的疲勞損傷。在沖擊類(lèi)的環(huán)境試驗(yàn)方法中單純考核產(chǎn)品耐沖擊強(qiáng)度的試驗(yàn)歸屬于沖擊試驗(yàn)；互不相關(guān)的重復(fù)沖擊歸屬于碰撞試驗(yàn)：相關(guān)的重復(fù)沖擊歸屬于彈跳試驗(yàn)，在IEC和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的沖擊、碰撞以及在后面要介紹的傾倒、翻滾、自由跌落等方法均屬不相關(guān)的沖擊試驗(yàn)。理論上，它們的沖擊損傷機(jī)理是一樣的，只是由于傾倒、翻滾、自由跌落等沖擊環(huán)境，形式較為簡(jiǎn)單，易于采用狀態(tài)模擬技術(shù)。

四、沖擊、碰撞試驗(yàn)條件及嚴(yán)酷等級(jí)

前面介紹了真實(shí)沖擊環(huán)境在試驗(yàn)室模擬的原理和原則，它從理論上解決了從沖擊環(huán)境條件中選取沖擊參數(shù)及其嚴(yán)酷等級(jí)的方法。但這還不夠，還需要對(duì)試驗(yàn)的條件以及試驗(yàn)結(jié)果再現(xiàn)性的許多技術(shù)細(xì)節(jié)等進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)定，這樣才能保證沖擊、碰撞試驗(yàn)參數(shù)的同一性和試驗(yàn)條件的再現(xiàn)性，才能保證在不同的試驗(yàn)室，在不同的試驗(yàn)設(shè)備上，不同的操作人員之間，按相同的技術(shù)條件要求，對(duì)同一種產(chǎn)品進(jìn)行沖擊、碰撞試驗(yàn)時(shí)有相同的結(jié)果。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)沖擊、碰撞試驗(yàn)方法的規(guī)定，主要有三種形式：

（1）規(guī)定一種沖擊運(yùn)動(dòng)。這種方法是事先確定一種沖擊脈沖（如半正弦脈沖、后峰鋸齒脈沖、梯形脈沖等）并規(guī)定其容差限，然后按照該沖擊脈沖的加速度時(shí)間歷程、沖擊和碰撞次數(shù)、沖擊重復(fù)頻率等進(jìn)行各種嚴(yán)酷等級(jí)的沖擊或碰撞試驗(yàn)。由于這種沖擊脈沖在試驗(yàn)室內(nèi)較容易產(chǎn)生并此方法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)茌^好地進(jìn)行機(jī)理性模擬，因此，目前國(guó)內(nèi)外在環(huán)境試驗(yàn)中廣泛采用，同時(shí)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)主要也是依據(jù)該方法制定的。

（2）規(guī)定一種沖擊譜。這種方法是用沖擊響應(yīng)譜表達(dá)沖擊運(yùn)動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，是衡量沖擊運(yùn)動(dòng)對(duì)設(shè)備作用力大小的一種方法，較為科學(xué)合理，沖擊譜在研究沖擊運(yùn)動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的損壞能力方面以及確定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)是非常有用的。在實(shí)際情況中沒(méi)有兩個(gè)沖擊完全相同，按照損傷度來(lái)定義沖擊是很重要的。目前，國(guó)內(nèi)正在積極推廣這種試驗(yàn)方法。

（3）規(guī)定一種沖擊機(jī)及其操作方法。這種方法也稱(chēng)試驗(yàn)機(jī)規(guī)范，是將沖擊機(jī)結(jié)構(gòu)、圖紙、技術(shù)要求以及被試產(chǎn)品在其上的安裝方法、沖擊機(jī)的操作運(yùn)行方式等都以規(guī)范的形式確定下來(lái)。這種方法目前主要用于對(duì)艦船使用的電機(jī)、電器及電子設(shè)備的沖擊試驗(yàn)上。應(yīng)該指出的是這種沖擊機(jī)規(guī)范實(shí)際上仍然是以一定的沖擊譜為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)驗(yàn)收該沖擊機(jī)為依據(jù)的。

1．沖擊試驗(yàn)條件及嚴(yán)酷等級(jí)

沖擊試驗(yàn)條件包含了基本脈沖波形、峰值加速度、相應(yīng)的標(biāo)稱(chēng)脈沖持續(xù)時(shí)間，相應(yīng)的速度變化量以及這些參數(shù)的容差范圍，另外還有施加沖擊的次數(shù)及沖擊方向等。

基本脈沖波形。GB／T 2423.5-95標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了當(dāng)沖擊試驗(yàn)機(jī)及夾具裝上試驗(yàn)樣品時(shí)，在檢測(cè)點(diǎn)上所施加的沖擊脈沖應(yīng)為以下三種基本脈沖波形。

1）半正弦脈沖：即正弦波的半個(gè)周期。半正弦波脈沖適用于模擬線性系統(tǒng)的撞擊或線性系統(tǒng)的減速所引起的沖擊效應(yīng)，例如彈性結(jié)構(gòu)的撞擊等，這種波形在沖擊試驗(yàn)中最為常用。

2）梯形脈沖：即具有短的上升和下降時(shí)間的對(duì)稱(chēng)四邊形。梯形脈沖能在較寬的頻譜上比半正弦脈沖產(chǎn)生更高的響應(yīng)。如果試驗(yàn)的目的是為了模擬諸如空間探測(cè)器或衛(wèi)星發(fā)射階段爆炸螺栓所引起的沖擊環(huán)境的效應(yīng)，便可采用這種沖擊波形。

3）后峰鋸齒形脈沖：即具有短的下降時(shí)間的不對(duì)稱(chēng)三角形。后峰鋸齒形脈沖與半正弦和梯形脈沖相比更具有均勻的響應(yīng)譜。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GJB150.18規(guī)定了半正弦波和后峰鋸齒波兩種基本脈沖波形。GJB360.23也同樣規(guī)定了兩種沖擊試驗(yàn)時(shí)的兩種基本波形。

脈沖波形和嚴(yán)酷等級(jí)的應(yīng)用。當(dāng)工作或運(yùn)輸環(huán)境的沖擊譜已知時(shí)，以便選擇最接近這種沖擊譜的脈沖波形，當(dāng)工作或運(yùn)輸環(huán)境的沖擊譜未知時(shí)，可參考適用于各類(lèi)運(yùn)輸和各種工作方式的樣品的嚴(yán)酷等級(jí)和脈沖波形，對(duì)有包裝的樣品在裝卸運(yùn)輸過(guò)程中所經(jīng)受的沖擊，其特性是簡(jiǎn)單的，所以可以使用通過(guò)觀察速度變化而得出的半正弦脈沖。

2．碰撞試驗(yàn)條件及嚴(yán)酷等級(jí)

碰撞試驗(yàn)條件包括了碰撞試驗(yàn)的基本脈沖波形，峰值加速度，相應(yīng)標(biāo)稱(chēng)脈沖持續(xù)時(shí)間.相應(yīng)的速度變化量以及試驗(yàn)方向和碰撞次數(shù)等。

（1）基本脈沖波形。GB／T 2423.6-95標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了當(dāng)碰撞試驗(yàn)機(jī)和（或）夾具裝上樣品時(shí)，在檢測(cè)點(diǎn)上所施加的碰撞的基本脈沖波形為半正弦脈沖波形，每一半正弦脈沖的真值應(yīng)在容差范圍內(nèi)。

（2）碰撞試驗(yàn)條件及嚴(yán)酷等級(jí)。GB／T 2423.6-95中規(guī)定的碰撞試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)，應(yīng)在樣品的三個(gè)互相垂直軸線的每個(gè)方向上施加規(guī)定的碰撞次數(shù)。每方向的碰撞次數(shù)為：100±5；1000±10；4000±10。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GJB4.8《艦船電子設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)》碰撞試驗(yàn)中規(guī)定：根據(jù)該類(lèi)設(shè)備所安裝的艦船類(lèi)型將試驗(yàn)樣品的試驗(yàn)分為1.2.3級(jí)。1級(jí)主要適用于安裝在艇（包括艇，快艇、水翼艇、高速炮艇以及特種工作快艇）上的設(shè)備：2級(jí)主要適用于其他水面艦船以及安裝在潛艇上的設(shè)備；對(duì)某些特定產(chǎn)品經(jīng)有關(guān)方面協(xié)商同意后可按3級(jí)要求進(jìn)行試驗(yàn)。

該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的沖擊脈沖波形應(yīng)為比較光滑的近似半正弦波，除有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)另有規(guī)定外，試驗(yàn)樣品一般只進(jìn)行垂直試驗(yàn)。

（3）碰撞試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)的應(yīng)用。在進(jìn)行元器件的碰撞試驗(yàn)時(shí)，可允許用最少的碰撞次數(shù)來(lái)滿(mǎn)足規(guī)范中的要求，這主要取決于可用于試驗(yàn)的同一種樣品的數(shù)量和安裝排列。如果有六個(gè)樣品可用于試驗(yàn)，它們可以按六個(gè)不同的方向安裝，從而使碰撞臺(tái)僅在一個(gè)方向上施加碰撞就可以滿(mǎn)足規(guī)范的要求。如果有3～5個(gè)樣品，則只需在兩個(gè)方向上對(duì)安裝樣品施加碰撞。同樣，如果有兩個(gè)樣品，則應(yīng)在三個(gè)方向上對(duì)樣品施加碰撞。對(duì)只有一個(gè)樣品，則需在六個(gè)方向上施加碰撞。

對(duì)于設(shè)備型樣品，總是按它們的正常安裝底座安裝在車(chē)輛上使用或運(yùn)輸?shù)?，因此僅需在該基座上安裝的情況下經(jīng)受碰撞試驗(yàn)。在運(yùn)輸期間，可能有一個(gè)以上安置面的樣品，應(yīng)在有關(guān)規(guī)范規(guī)定的每軸線和方向上進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行三個(gè)互相垂直方向的試驗(yàn)通常就足夠了。為了保證試驗(yàn)的再現(xiàn)性，要求在兩次碰撞之間內(nèi)部的任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)基本上為零。否則在樣品共振衰減的不同階段上會(huì)產(chǎn)生共振的再激振，以致會(huì)使相同的樣品得出不同的試驗(yàn)。

五、沖擊、碰撞試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)

GB／T 2423.5《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)》第2部分中試驗(yàn)方法的試驗(yàn)Ea和導(dǎo)則：沖擊和GB／T 2423.6電工《電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)》第2部分中試驗(yàn)方法的試驗(yàn)Eb和導(dǎo)則：碰撞這兩部國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等效采用了IEC國(guó)際標(biāo)電工委員會(huì)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容包括了以下部分：

（1）目的：表述了制定標(biāo)準(zhǔn)目的，即提供一種確定樣品承受規(guī)定嚴(yán)酷等級(jí)沖擊能力和經(jīng)受規(guī)定的峰值加速度和脈沖持續(xù)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)脈沖的重復(fù)沖擊的標(biāo)準(zhǔn)方法。

（2）一般說(shuō)明：表述了標(biāo)準(zhǔn)制定的原則，試驗(yàn)的目的、試驗(yàn)的對(duì)象、試驗(yàn)的效應(yīng)及試驗(yàn)的狀態(tài)條件等。

標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)規(guī)定脈沖波形的原則，試驗(yàn)的目的是通過(guò)沖擊或碰撞來(lái)揭露機(jī)械的弱點(diǎn)或（和）性能的下降情況，結(jié)合有關(guān)規(guī)范，來(lái)決定樣品是否可以接收，在某些情況下，可用來(lái)確定樣品的結(jié)構(gòu)完好性或作為質(zhì)量控制的手段。試驗(yàn)主要針對(duì)非包裝樣品以及在運(yùn)輸條件下其包裝可看做產(chǎn)品本身一部分的樣品。標(biāo)準(zhǔn)中的沖擊和碰撞不是用來(lái)模擬實(shí)際經(jīng)受的沖擊和碰撞，而是加于試驗(yàn)樣品的試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)應(yīng)能模擬樣品將要經(jīng)受的實(shí)際運(yùn)輸和工作環(huán)境的效應(yīng)、如果試驗(yàn)的目的是為了評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)完好性，則應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。在條件試驗(yàn)期間，試驗(yàn)樣品應(yīng)始終緊固在試驗(yàn)機(jī)臺(tái)面上或通過(guò)夾具緊固在試驗(yàn)機(jī)臺(tái)面上。

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