運輸試驗中振動原因分析及計算公式

2020-11-28 騰訊網

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以下為正文：

運輸包裝試驗就是模擬產品的運輸過程，通過試驗找出產品的設計缺陷，可能存在的風險。提前預見產品在運輸過程中的損失，且實現產品設計成本合理化，也是進行產品運輸問題事故仲裁的有效手段。

振動的危害

振動是運輸包裝試驗項主要組成部分之一，在運輸過程中，產品會因振動發生表面擦傷、漆膜或鍍膜脫落等問題，內部部件還會因反覆施加作用力發生螺釘鬆動、部件變形彎曲、產生裂紋、斷裂、脫落等現象。

振動的由來

產品運輸所受的振動危害主要來自運輸環境和運輸工具。運輸工具主要包括：公路運輸、鐵路運輸、空運和海運。在汽車運輸過程中，公路路面的起伏不平、汽車發動機的固有振動、輪胎的充氣程度和減震彈簧的性能等因素都會使產品發生任意方向的振動；在火車運輸過程中，受牽引機車和鐵軌接縫的影響，產品也會發生周期性的振動；在海運過程中，產品除了受到發動機的振動影響外，還因水面風浪的顛簸發生低頻振動；在空運過程中，產品不但受到發動機高頻激振的影響，還會受氣流作用產生低頻振動以及周期性的上下和左右搖擺。

運輸工具對比

在國內外的一些研究中，四大運輸環境中，船舶的隨機振動量很小，火車和飛機的隨機振動功率譜密度值比汽車小得多，汽車運輸的機械條件最差。

振動試驗發展過程

運輸包裝振動試驗的類型是從正弦定頻正弦掃頻隨機振動發展而來的。正弦定頻振動試驗可以在選定的一個或數個頻率（通常選試件的共振頻率）下對試件進行振動試驗，由於不可能測出試件所有的共振頻率對產品的影響。同時，共振頻率本身在試驗過程中也是變化的，於是就發展了正弦掃頻振動試驗，該試驗過程中對試件所能碰到的所有共振頻率都能進行衡量。那為什麼又要進行隨機振動試驗呢？這是因為在進行正弦掃頻振動試驗時，試件在各共振頻率下依次發生共振，而隨機振動試驗時，試件各共振頻率同時發生共振。

振動的量值

產品的振動試驗分為正弦定頻振動試驗、正弦變頻振動試驗和隨機振動試驗三種。振動試驗中需要確定的量值很多。三種振動試驗中需要確定的量值如表所示。

三種振動的力學量值公式(重點)

1：正弦定頻振動

正弦定頻振動試驗方法有兩種：

1) 定加速度法

具體測試方法《GB/T 4857.7－2005》中有介紹，這裡只介紹一個力學條件量值公式，因為振動頻率、振動加速度和振幅三者之間存在著固定的數學關係，用振動狀態方程式表示為：

D0-p：表示半峰值位移，單位為mm；G：表示振動加速度，一般習慣用g的倍數表示；f：表示振動頻率，單位為Hz。

2) 定位移法

具體測試方法《GB/T 4857.7－2005》中有介紹，這裡只介紹另外兩種標準。

ASTM D999標準：位移一般確定為25.4mm，振動頻率主要在低頻範圍內，一般為2-5Hz。

ISTA標準：

ISTA 1A規定，當運輸包裝件質量小於68kg時：

ISTA 1B規定，當運輸包裝件質量大於68kg時：

2：正弦變頻振動

正弦變頻振動試驗方法有兩種，具體測試方法《GB/T 4857.10－2005》中有介紹，這裡只介紹兩個力學條件量值公式，倍頻程和變頻速率。

倍頻程計算公式為：

n表示倍頻程，單位為oct；表示上限頻率，單位為Hz；表示下限頻率，單位為Hz。

變頻速率計算公式為：

R表示變頻速率，單位為oct/min；T表示變頻時間，單位為min或s。

3：隨機振動

隨機振動試驗具體測試方法《GB/T 4857.23－2012》中有介紹，這裡只介紹三個力學條件量值功率譜密度（PSD）、加速度均方根（Grms）和振動時間。國內外通過採集運輸數據，利用統計學制定出隨機振動譜。以ASTM D4169-08為例，如圖：

如圖已知各頻率下的PSD值，Grms值則為功率譜密度譜線下的面積值開平方。PSD變化n倍和Grms變化m倍，n和m直接是存在倍數關係的，如圖：

利用這種關係，也是可以建立新的隨機振動譜，Grms值越大，隨機振動的能量就越大。

各種標準對試驗時間有著不同的要求，GB/T 4857.23-2012推薦值為3小時。ASTM D4169-08規定振動時間的範圍是0.5～6小時，推薦值為3小時。各標準試驗時間都有計算方程式，以ISTA為例：

Tt：試驗時間，單位為min；L：運輸距離，單位為km；8：試驗時間估算常數，標準中規定試驗時間最大為6小時。

結尾：

從這三種振動對應的力學條件和量值來看，它們都是獨立的，不存在這個試驗可以完全替代另一個試驗，也不存在這個試驗比另一個試驗更加嚴酷。根據產品定義，正確選擇試驗項目、試驗強度和試驗時間可以讓試驗結果更接近現實。以微鯨電視為例：只做後兩項振動，樣品量值和力學量值自己制定。

相關標準：

1.GB/T 4857.10-2005 包裝 運輸包裝件基本試驗 第10 部分:正弦變頻振動試驗方法

2.GB/T 4857.7-2005 包裝 運輸包裝件基本試驗 第7 部分:正弦定頻振動試驗方法

3.GB/T 4857.23-2012 包裝 運輸包裝件基本試驗 第23 部分:隨機振動試驗方法

4.ISTA 1A、ISTA 1B、ISTA 3E、ISTA 3H

5.ASTM D4728-06《運輸包裝箱隨機振動測試》

6.ASTM D4169-08《運輸包裝箱和系統性能測試標準規範》

7.ASTM D999

來源：嘉峪檢測網會員分享

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